Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья: Методические указания и контрольные задания для выполнения СРС

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ГОУ ВПО ВСГТУ)

Методические указания и контрольные задания для выполнения СРС по курсу «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья»

УДК: 637: 504.054 (075.8) Э 40 Методические указания к выполнению лабораторного практикума и контрольные задания для выполнения самостоятельной работы студентов по курсу «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья» для студентов очного и заочного обучения, по специальности 110303 «Механизация продуктов сельскохозяйственной переработки»Улан-Удэ, Издательство ВСГТУ, 2005.- 38 c. Составитель: к.б.н., ст.преп. кафедры «Биоорганическая и пищевая химия» Мангутова Е.В. Рецензент: Доц. кафедры «Пищевая инженерия», к.т.н. Цыдендашиев Б.Д.

Составитель: к.б.н., ст.преп. Мангутова Е.В.

Издательство ВСГТУ Улан-Удэ, 2005

и

аграрная

Методические указания представляют собой изложение основных разделов курса «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья», разработанные для студентов технологических специальностей, обучающихся по направлению 110303 «Механизация продуктов сельскохозяйственной переработки». Также рассмотрены возможные вопросы и задания для выполнения самостоятельной работы студентов по данному курсу.

ВВЕДЕНИЕ

Оглавление Содержание ВВЕДЕНИЕ Экономико-правовые основы обеспечения экологической безопасности Влияние сельского хозяйства на природную окружающую среду Лабораторная работа №1 Фитоэкспертиза семян зерновых культур методом рулонов и макроскопическим методом по А. Т. Троповой. Лабораторная работа №2 Анализ рулонов, обработка результатов по фитоэкспертизе семян зерновых культур. Лабораторная работа №3 Принятие решения по использованию партии семян на основании фитоэкспертизы. Проблема пестицидов (ядохимикатов) Лабораторная работа № 4, 5 Определение хлорсодержащих соединений Лабораторная работа № 6,7 Определение хлорофоса в воде и кормах методом хроматографирования в тонком слое Проблема рационального использования удобрений

стр 4 6 8 15

18 20 23 25 28 32

На современном этапе развития цивилизации возникла настоятельная потребность в выработке основ правильного экологического сознания и элементов правильного поведения каждой конкретной личности в среде своего обитания. Возникающие экологические проблемы связанные как с существованием человека, так и с его деятельностью приводят к потребности изучать, а главное корректировать и восстанавливать возможное воздействие человека на окружающую среду. В результате хозяйственной деятельности человека в биосфере циркулирует огромное число различных ксенобиотиков, как неорганической, так и органической природы, обладающих исключительной токсичностью. Антропогенная токсикация приобрела настолько значительные масштабы, что наносит ощутимый, реальный вред здоровью человека и грозит перерасти в экологическую катастрофу. В настоящее время в окружающей природной среде выявлено свыше 55 тысяч различных химических соединений, являющихся продуктами хозяйственной деятельности человека. Особенно глобальным загрязнением отличается воздушная среда. Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья решает ряд вопросов связанных с проникновением и накоплением чужеродных токсичных для человека и сельскохозяйственных животных веществ.

Распределение часов (выписка из учебного плана) для студентов дневного отделения по направлению Наименование дисциплины

Семе стр/ зачет

Экологическая безопасность сельскохозяйствен ного сырья

заче т

6

Объем работы студентов в часах из них ауд. занятий СР Всего С всего лекц л/р пр.

85

34

17

17

-

51

Сельскохозяйственная индустрия является основой жизни человеческого общества, так как дает человеку то, без чего не возможна жизнь – пищу и одежду (вернее сырье, для производства одежды). Сельское хозяйство должно снабжать население экологически качественной продукцией и оказывать минимум отрицательного влияния на среду обитания. Курс «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья» рассматривает основные вопросы обеспечения безопасности сельскохозяйственного сырья и производства сельскохозяйственной продукции, не причиняющей вреда человеку и окружающей среде. В данном методическом указании рассмотрены основные вопросы, касающиеся природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе, влияние глобального загрязнения воздушной среды на состояние растений в агроэкосистемах, а также основные виды загрязнителей и ксенобиотиков сельскохозяйственной продукции. - ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

После изучения курса «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья» студент должен: - иметь представление: 1 – о гигиенических характеристиках сельскохозяйственного сырья; 2 – о методах контроля загрязнителей и ксенобиотиков; 3 – о способах снижения вредного воздействия на агропромышленные комплексы и агроэкосистемы: 4 – о способах утилизации отходов; знать: 5 – источники загрязнения агроэкосистем и сельхозсырья; 6 – основные законы РФ, регламентирующие безопасность сырья и правовую базу природоохранной деятельности; 7 – химическую природу и виды основных загрязнителей сельскохозяйственного сырья; 8 – основные источники загрязнения агроэкосистемы; уметь: 9 – провести диагностику степени загрязнения и повреждения сельскохозяйственного сырья. ЭКОНОМИКО-ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Важной целью охраны природы является обеспечение экологической безопасности – состояния защищенности настоящего и будущего поколений от вредного для их здоровья воздействия окружающей природной среды вследствие ее сверхнормативного загрязнения за счет деятельности человека в разных сферах либо за счет стихийных бедствий. Экологическая безопасность является важнейшей составной частью безопасности человека.

Экологическая безопасность имеет экономическое и правовое обеспечение. Экономическое обеспечение природоохранной деятельности состоит в том, чтобы обеспечить наиболее полное извлечение и потребление природных ресурсов при наименьших затратах труда и материальных средств, учитывая и затраты на обеспечение экологической безопасности человека и природных сообществ. В расчет затрат необходимо закладывать не только затраты на добычу, переработку сырья и получение готовой продукции, но и затраты на восстановление природных биогеоценозов, на восстановление здоровья человека при отрицательном воздействии на природную окружающую среду в случае ее значительного ухудшения за счет попадания в эту среду различных загрязнителей. Основную правовую базу природоохранной деятельности Российской Федерации составляет Конституция РФ 1993 года статья 42, Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» и ряд других законов РФ, Постановления Правительства РФ, связанные с охраной природы: Закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1991 г.); - «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (1994 г.); - «Об экологической экспертизе» (1995 г.). Правовое и экономическое обеспечение охраны природы делает реальным осуществление природоохранной деятельности и способствует преодолению разных аспектов экологического кризиса, нацеливает каждого гражданина на активное участие в работе по охране среды своего обитания.

Влияние сельского хозяйства на природную окружающую среду Сельскохозяйственная индустрия является основой жизни человеческого общества, так как дает человеку то, без чего не возможна жизнь – пищу и одежду (вернее сырье, для производства одежды). Основой для сельскохозяйственной деятельности является почва – «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различных организмов, живых или мертвых (В.В. Докучаев). По В.Р. Вильямсу, «почва – это поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». В.И. Вернадский считал почву биокосным телом, так как она формируется под воздействием различных организмов. Важнейшим свойством почв является плодородие, т.е. способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле, для того, чтобы они (растения) могли нормально функционировать и давать продукцию, составляющую урожай. На основе почв реализуется растениеводство, которое является основой животноводства, а продукция растениеводства и животноводства обеспечивает человека пищей и многим другим. Сельское хозяйство обеспечивает сырьем пищевую, частично легкую, биотехнологическую, химическую (частично), фармацевтическую и другие отрасли народного хозяйства. Экология сельского хозяйства состоит в том влиянии, которое на него оказывает деятельность человека, с одной стороны, а, с другой стороны, в его влиянии на природные экологические процессы и на организм человека.

Так как базисом сельскохозяйственного производства является почва, то продуктивность этой отрасли хозяйства зависит от состояния почв. Хозяйственная деятельность человека к деградации почв, в результате чего ежегодно с поверхности Земли исчезает до 25 млн. кв. м пахотного слоя почвы. Данное явление получило название «дезертификация», т.е. процесса превращения пахотных земель в пустыни. Выделяют несколько причин деградации почв. К ним относят: 1.эрозию почв, т.е. механическое разрушение почвы под воздействием воды и ветра (эрозия может протекать и в результате воздействия человека при нерациональной организации поливов и применения тяжелой техники); 2.опустынивание поверхности – резкое изменение водного режима, приводящее к иссушению и большой потере влаги в своем составе; 3.токсификация – заражение почв различными, отрицательно воздействующими на почвенные и другие организмы (засоление, накопления пестицидов и т.д.); 4.прямые потери почв за счет их отвода на городские постройки, дороги, линии электропередач и т.д. Промышленная деятельность в разных отраслях приводит к загрязнению литосферы, а это в первую очередь относится к почвам. Да и само сельское хозяйство, превратившееся в настоящее время в агропромышленный комплекс, может оказывать отрицательное воздействие на состояние почв. Деградация почв приводит к потере урожая и к обострению Продовольственной проблемы. Процессам токсикации почв способствует биоаккумуляция различных соединений (в том числе и ядовитых) – т.е. накопление в организмах соединений различных элементов, в том числе и токсичных. Так , соединения свинца и ртути накапливаются в грибах и т.д. Концентрации токсинов в организмах растений могут

быть настолько высокими, что употребление их в пищу может вызвать серьезные отравления и даже смерть. Нерациональное использование удобрений и средств защиты растений, проведение поливов и мелиорационных работ, нарушение технологии выращивания сельскохозяйственных культурных растений, погоня за прибылью может привести к получению экологически загрязненной продукции растительного происхождения, что по цепочке будет способствовать снижению качества продукции животноводства. При сборе урожая образуются отходы растительной продукции (солома, полова и т.д.), которые могут загрязнять природную среду. Сельское хозяйство (агропромышленный комплекс) широко использует различную технику и оборудование, позволяющее механизировать и автоматизировать труд работников, занятых в сфере данной отрасли. При рассмотрении природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе все виды влияния необходимо учитывать комплексно, в единстве и взаимосвязи и только это позволит уменьшит последствия экологического кризиса и сделать все возможное для выхода из него. В основе всей природоохранной деятельности в области сельскохозяйственного производства лежит оптимальный способ хозяйствования - т.е. ведение хозяйственной деятельности так, чтобы природе наносился минимальный ущерб - минимум потерь удобрений и оптимальная технология его использования, минимум сноса поверхностного слоя почвы и биогенов, минимальное загрязнение водоемов, применение пестицидов в таком количестве и в такой технологии при которой среда обитания оставалась бы практически неизменной и т.д.

Очень важной природоохранной мерой является оптимизация применения пестицидов. Необходимо находить такие пестициды, которые были бы эффективны в борьбе с вредителями сельского хозяйства, но, в тоже время были малотоксичными для человека и других организмов и легко усваивались природной средой и не подвергались биоаккумуляции. Это очень трудная задача, но ее необходимо решать. Важна и необходима комплексная программа борьбы с вредителями за счет применения различных форм борьбы, включая и биологические методы. К экологически безопасным методам борьбы с вредителями сельского хозяйства, в частности, растениеводства относят: 1. Карантин (пример организационно хозяйственного мероприятия). 2. Агротехнические мероприятия, состоящие в определенных способах обработки почвы, последовательности внесения удобрений, соблюдении оптимальных сроков сева, уничтожение послеуборочных остатков посевов и т.д. 3. Прогнозирование возможностей массового размножения вредителей и принятие мер по их ликвидации экологически безопасными средствами; 4. Широкое применение биологических методов защиты растений. К этим методам относят использование энтомофагов, биологически активных веществ, микробиологических препаратов, методов генетики. В качестве биологически активных веществ применяют аттрактанты (вещества, привлекающие одних животных к другим), репеленты (естественные или полученные химическим путем вещества, которые отпугивают животных). Использование таких веществ

позволяет или концентрировать вредителей, а потом уничтожать их какими-то способами, либо удалять эти организмы в охраняемой территории. Использование микробиологических препаратов позволяет уничтожать вредителей, заражая их специфическими заболеваниями. Метод требует осторожности в использовании и точном знании того, что применяемые микроорганизмы безвредны для человека и других организмов. Генетические методы основаны на выведении стерилизованных форм вредителей или неполноценных рас в природные сообщества организмов, что способствует сокращению процессов размножения у вредителей, обитающих на данной территории. Экологически безопасными являются физикомеханические методы борьбы, включающие различные меры улавливания и сбора вредных насекомых (ловчие канавки, ловушки, клеевые ловчие кольца) хоть эти методы и трудоемки, но они в наименьшей степени вызывают загрязнение природной среды. Важным природоохранным мероприятием является утилизация отходов растениеводства и животноводства. Так, солома, ботва, полова могут использоваться как удобрения, но без предварительной подготовки это малоэффективно, их следует использовать в комплексе с отходами животноводства и бытового комплекса для изготовления компостов, которые применяются в качестве эффективных органических удобрений. Наибольшим по массе отходом животноводства является навоз, смешанный с соломой, применяемой в качестве подстилки окоту, птичий помет, жидкий навоз. В населенных пунктах, не имеющих канализации к таким отходам относятся и фекальные массы. Эти смеси

веществ нельзя использовать непосредственно в качестве органических удобрений, они должны пройти процессы брожения и удаления различных микроорганизмов, цист, яиц гельминтов (паразитических червей). При утилизации отходов сельского хозяйства используют методы биотехнологии. В качестве мер природоохранной деятельности биотехнология используется для очистки сточных вод животноводческих комплексов и предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции. Биотехнологические методы применяются и при переработке навоза в особых аппаратах, где в процессе анаэробного сбраживания образуетсябиогази смесь органических соединений, которые можно использовать в качестве органического удобрения. Биогаз- смесь метана, углекислого газа и других газообразных веществ с неприятным запахом, которая образуется при анаэробном брожении навоза, компоста. Следует отметить, что биотехнологические производства могут приносить и экологический вред при нарушении режимов технологии и авариях на производстве. Так, на заводе по производству кормовых дрожжей в г. Кириши Ленинградской области из-за несоблюдения технологических режимов в природную среду попадала пылевидная продукция, которая вызывала аллергические заболевания жителей данного района. Но это отнюдь не снижает экологической роли использования биотехнологических методов для охраны природы. Важная роль в системе охраны природы в сельском хозяйстве является создание рациональной системы применения удобрений. Ранее говорилось о проблемах загрязнения окружающей среды и получение экологически загрязненной продукции за счет избыточного и нерационального использования разных удобрений. Поэтому

важно разработать научно обоснованную технологию применения удобрений и не нарушать ее. Наряду с традиционными минеральными, органическими удобрениями и их смесями в современной агротехнике применяют и новые виды удобрений -сидераты - сельскохозяйственные культуры, зеленая масса которых запахивается в почву целиком и в результате процессов гниения дает ценное удобрение. Примером сидератов является люпин. Внесение сидератов в почву экологично, но не всегда достаточно для восстановления плодородия почвы. Охрана природы в сельскохозяйственном производстве этим не ограничивается - она включает и мероприятия по нейтрализации воздействия транспорта и оборудования, работающего на полях. Так, разрабатывается сельскохозяйственная техника меньших габаритов, которая разрушала бы структуру почвы в меньшей степени, чем крупногабаритная. Природоохранная деятельность, характерная для транспорта, приемлема и в сельском хозяйстве, когда речь идет о работе парка сельскохозяйственных машин. И, как и в любой отрасли хозяйства, большой вклад в природоохранную деятельность вносит экологическое просвещение всех работников сельского хозяйства (от рядового фермера до руководителя крупного агропромышленного предприятия). Задания для самостоятельной работы 1.Сформулируйте понятия «загрязнитель», «загрязнение природной окружающей среды», «загазованность», «запыление», «смог». 2.Назовите основные группы загрязнителей: а) по агрегатномусостоянию; б) по токсичности; в) по характеру воздействия на средуобитания. 3.Приведите три примера загрязнителей

атмосферы различного агрегатного состояния. 4.Кратко охарактеризуйте смог, его разновидности, а также его воздействие на флору, фауну и организм человека. 5.Охарактеризуйте экологическую роль загрязнителей атмосферы. 6.Кратко охарактеризуйте особенности загрязнения гидросферы различными загрязнителями. 7.Охарактеризуйте влияние загрязнителей гидросферы на флору, фауну и организм человека. 8.Покажите, как влияет деятельность человека на загрязнение почв и других компонентов литосферы. 9.Кратко охарактеризуйте влияние загрязнителей почв и других компонентов литосферы на органический мир Земли (включая человека). 10. Кратко охарактеризуйте комплексное влияние загрязнителей на биосферу Земли. Лабораторная работа №1 Тема занятия: Фитоэкспертиза семян зерновых культур методом рулонов и макроскопическим методом по А. Т. Троповой. Цель занятия: Научиться анализировать фитосанитарное состояние и посевные качества семян макроскопическим методом и методом рулонов. Общие положения: Качество семян является основой для прохождения растениями первого критического периода развития и формирования такого основополагающего элемента структуры урожая как густота стояния растений. Фитоэкспертиза партий семян, проводимая заблаговременно в зимний или ранний весенний период, предоставляет необходимую информацию

для принятия решения по планированию следующих агротехнических и защитных мероприятий: 1) выбор оптимального для данной партии семян срока посева по степени физиологической зрелости зародышевых органов; 2) определение оптимальной глубины заделки семян по максимальной длине колеоптиле сорта; 3) определение нормы высева по всхожести семян для обеспечения оптимальной густоты стояния растений; 4) принятию решения о необходимости протравливания и выбору препарата по видовому составу возбудителей "черноты зародыша". Приборы и материалы: 1. Образцы семян яровой пшеницы, ячменя. 2. Проглаженная с двух сторон фильтровальная бумага шириной2,5—3 см и 50 см длиной по две полоски на каждый анализируемый образец. 3. Крупнопористая бумага (фильтровальная, газетная, бумажное полотенце) шириной 25 см и длиной 50 см, перегнутая вдоль пополам и простерилизованная утюгом. 4. 0,5 % раствор перманганата калия для стерилизации семян. 5. Пинцет. 6. Марля размером 15 х 15 см. 7. Этикетка 2x3 см.Ход работы: 1. Проанализировать семена на пораженность "черным зародышем" по шкале А. Т. Троповой; 1.1. Отобрать случайным образом по 100 семян из каждого образца; 1.2. Распределить семена в соответствии с баллами поражения шкалы на белом листе бумаги;

Условная шкала по оценке "черноты зародыша": Балл Степень поражения 0 Здоровые

Описание внешних признаков

Равномерная окраска зерновки, характерная для сорта 0,1 Очень Едва заметное побурение в области слабая зародыша 1 Слабая Зона побурения охватывает до 1/3 зародыша 2 Средняя Зона побурения до 1/2 зерновки 3 Сильная Зона побурения более 1/2 зерновки 1.3. Подсчитать процентное содержание семян разной степени зараженности "черным зародышем" и определить долю больных семян (балл 1 и выше). 2. Заложить рулон для анализа фитосанитарного состояния партии семян; 2.1. На этикетке написать название культуры, сорта, дату закладки образца; 2.2. Отсчитать 100 семян (использовать проанализированные макроскопическим методом); 2.3. Семена вместе с этикеткой завернуть в марлевый мешочек и опустить в раствор перманганата на 10—15 минут; 2.4. Простерилизованные семена промыть в проточной воде до исчезновения розового окрашивания; 2.5. Смочить широкую полосу бумаги в кипяченой воде до насыщения и наложить на нее узкую полоску фильтровальной бумаги на расстоянии 1—1,5 см от края сгиба; 2.6. Разложить равномерно 50 простерилизованных семян по центру фильтровальной бумаги, укладывая их бороздкой на бумагу, зародышем вниз (от сгиба); 2.7. Наложить вторую полоску фильтровальной

бумаги смоченную в воде на семена и аккуратно свернуть рулон, вложить этикетку между слоями фильтровальной бумаги; 2.8. Положить рулон вертикально в новый полиэтиленовый пакет и оставить инкубироваться в темноте при 22—25 "С на 7 суток. Лабораторная работа №2 Тема занятия: Анализ рулонов, обработка результатов по фитоэкспертизе семян зерновых культур. Цель занятия: Подготовить все необходимые данные для принятия решения по использованию партии семян. Приборы и материалы: 1. Рулон с пророщенными семенами, заложенный на предыдущемзанятии. 2. Линейка. 3. Микроскоп. 4. Калькулятор. Ход работы: 1. Осторожно, придерживая проростки левой рукой, правой развернуть рулон и снять верхнюю полоску фильтровальной бумаги; 2. Подсчитать число проросших семян. Проросшим считается семя, имеющее проросток и корни размером не менее 1 см; 3. Подсчитать долю пораженных проростков. Пораженным считается проросток, имеющий бурые пятна или штрихи на корнях и побеге; 4. Осторожно снять проростки с бумаги, и по оставшимся на фильтровальной бумаге пятнам определить под микроскопом долю проростков, зараженных грибами рода Fuzarium (розовое

окрашивание пятен, характерное спороношение) и Penicillium (зеленое окрашивание, характерное спороношение). 5. Просмотреть нижнюю полоску фильтровальной бумаги под микроскопом и подсчитать колонии грибов B. sorkiniana и Penicillium spp., микроскопируя под увеличением не менее х100. 6. Занести данные в таблицу 1. Таблица 1 Результаты фитоэкспертизы семян (название образца) методом рулонов Число Число Всхо Число Доля семян, %, зараженных: семян проро жесть, пораже B. Fuzarium Alternari Penicilli стков % нных, sorkinian spp. a spp. um spp. a %

7. Измерить у всех проростков длину самого длинного корня, длину колеоптиле, высоту ростка и занести данные в таблицу 2 Таблица 2 Темпы развития зародышевых органов (название образца) № п/п Длина, см корень колеоптиле росток 1 2 3 4 5 ... 50 С

Лабораторная работа №3 Тема занятия: Принятие решения по использованию партии семян на основании фитоэкспертизы. Приборы и материалы: 1. Образцы семян. 2. Результаты анализа семян методом рулонов, полученные на предыдущих занятиях. 3. Весы ВЛТК - 500. Ход работы: 1. Определение кондиционного класса семян и расчет норм высева. 1.1. Определение класса семян делается на основании всхожести по таблице 1. Семена со всхожестью ниже III класса на семенные цели обычно не рекомендуется (сделать вывод). Таблица 1 Государственный стандарт на посевные качества семян Культура Класс Всхожесть, Норма высева, млн % всхожих зерен/га для северной лесостепи Приобья Яровая мягкая пшеница

I II III

95 93 90

6

Яровая ячмень

I II III

95 92 90

5

1.2. Для расчета количества килограммов зерна, которое следует высеять на гектар, нужно отсчитать 2 раза по 500 зерен и взвесить каждый образец отдельно.

Если разница в массе не превышает 3 %, вычислить среднее и, умножив на 2, использовать при расчете нормы высева. Если разница превышает 3 %, отсчитать третий образец и вычислить среднее по тем навескам, которые имеют меньшую разницу1.3. Вычислить норму высева по формуле: Нкг/га = гМ/В, где Н — норма высева семян, кг/га; г — число всхожих зерен/м2; М — масса 1000 зерен, г; В — всхожесть семян, % 2. Определение оптимальных сроков сева по степени физиологической зрелости зародышевых органов проводится по табл. 2. Методика основана на том, что при ранних сроках сева, характеризующихся более низкими температурами почвы и достаточным увлажнением, создаются условия, стимулирующие ускоренное развитие корневой системы. При поздних сроках условия больше благоприятствуют развитию надземной части (сделать вывод). Таблица 2 Выбор оптимальных сроков сева по длине корней и проростка Соотношение длины корней и проростка

Рекомендуемый срок сева

Разница не превышает 3 см Средний Корни длиннее на 3 см и более Поздний Проростки длиннее на 3 см и более Ранний 3. Определение оптимальной глубины посева и глубины предпосевной подготовки почвы. При посеве следует соблюдать следующие правила: — заделывать семена во влажный слой почвы на глубину, не превышающую длину колеоптиле сорта; — предпосевную подготовку почвы следует проводить на глубину, не превышающую глубину посева с

тем, чтобы семена ложились на твердое ложе и были покрыты "пуховым одеялом" из почвы с комками не более 1 см в диаметре; — во время посева в сухую погоду проводить предпосевное и послепосевное прикатывание, во влажную — только предпосевное; Составить рекомендации. 4. Принятие решения по протравливанию семян следует проводить на основании их фитоэкспертизы в том случае, если зараженность их возбудителем корневых гнилей B. sorokiniana превышает 10%(пшеница) — 15 % (ячмень) или суммарная зараженность этим патогеном и грибами рода Fusariumт превышает 15 % (пшеница) — 25 %(ячмень). Если зараженность семян ниже указанных параметров, а всхожесть не достигает 95 % следует рекомендовать стимулирующий обогрев семян в сушилках с температурой носителя 45—50 °С до температуры 25—30 С минимум в течение 2-х часов или на открытых площадках при теплой погоде. На основании фитоэкспертизы выбрать препарат для протравливания соответствующего спектра действия. 5. Сделать вывод об этиологии "черноты зародыша", сравнив данные макроскопического метода (по Троповой) и результаты зараженности семян патогенами, полученные методом рулонов. 6. На основании всей выполненной работы должны быть составлены подробные рекомендации по использованию партии семян с обоснованием всех выводов, а также предложена система агротехнических мероприятий по созданию фонда здоровых семян. Вопросы для самопроверки: 1. В чем состоит проблема загрязнения окружающей среды?

глобального

2. Какие загрязнители воздушной среды Вы знаете и каково их происхождение? 3. Какие виды растений особенно чувствительны к загрязнителям воздушной среды? 4. Какие хронические и острые симптомы вызывают загрязнители воздуха у растений? 5. Какие мероприятия можно предложить для смягчения повреждающего действия загрязнителей воздуха на сельскохозяйственные культуры в агроэкосистемах? 6. Какие физиологические функции растений нарушают вредные организмы? 7. Что представляют собой процессы фотосинтеза и дыхания растений и почему нарушают их вредные организмы? 8. Какие запасающие органы поражают и повреждают вредные организмы? 9. Какие функции выполняет корневая система и как эти функции нарушаются вредными организмами? 10.Как воздействуют вредные организмы на ростовые процессы растений? Привести примеры. Проблема пестицидов (ядохимикатов) Пестицидами (ядохимикатами) называют вещества, которые применяются для уничтожения тех или иных организмов. Пестициды имеют сложную классификацию по целям и областям использования, химическому составу и др. признакам. Ниже приведены некоторые группы пестицидов. 1) Антигельминты средства борьбы с гельминтами (червями). 2) Афициды- применяются для борьбы с тлями. 3) Бактерициды - средства борьбы с бактериями. 4) Гербициды - средства борьбы с сорными растениями

5) Дефолианты- вещества, удаляющие листья растений. 6) Зооциды - химические средства для борьбы с грызунами. 7) Инсектициды - средства для борьбы с насекомыми. 8) Протравители семян вещества для предпосевной обработки семян с целью борьбы с бактериальными и грибковыми заболеваниями. 9) Регуляторы роста растений - химические соединения регулирующие развитие и рост растений. 10) Фунгициды - средства борьбы с паразитическими грибами. Пестициды являются эффективными средствами борьбы с вредителями сельского хозяйства и повышают урожай культурных растений. Затраты на пестициды легко и быстро окупаются, что является экономической основой их применения. Однако, несмотря на высокий экономический эффект, необходимо учитывать их экологическое воздействие. Было обнаружено, что некоторые из применявшихся пестицидов плохо «усваиваются» окружающей средой (т.е. практически не разлагаются в течение длительного времени и сохраняют свои ядовитые свойства). Пестициды попадают в пищевые цепи и накапливаются в организмах животных и растений, а затем негативно воздействуют на организмы, в которые они попадают с пищей. Так, было запрещено использование ДДТ, вещества являющегося одним из лучших зооцидов. Значительное применение дефолиантов в Узбекистане привело к нарушениям в природных экологических процессах и нанесло вред природной окружающей среде. В настоящее время ставится задача оптимизации в использовании пестицидов, замены химической борьбы с

вредителями сельского хозяйства на биологические формы борьбы, применения более «мягких» пестицидов, разработки технологии таких соединений, которые легко разлагаются при обычных условиях и имеют малые периоды полураспада.

-

бумажные фильтры; медная проволока; спиртовые горелки; пробирки; бумага хроматографическая или пластины “Силуфол”; камера для хроматографии; хроматоскоп; н-гексан; азотнокислое серебро 1% раствор; стандартные растворы искомых препаратов; проявляющий раствор (раствор аммиака и серебра в ацетоне)

Лабораторная работа № 4, 5 Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ Цель работы: - Научиться определять в различных пробах почв хлорсодержащие соединения, в том числе хлорсодержащие пестициды

-

Принцип метода: Метод основан на извлечении препарата из исследуемой пробы органическим растворителе (н-гексан). При помощи качественных реакций устанавливается наличие хлорорганических соединений и их последующее хроматографирование в тонком слое окиси алюминия. Подвижным растворителем служит н-гексан. Пятна определяемых препаратов обнаруживаются после опрыскивания пластинок раствором аммиака и серебра в ацетоне при облучении ультрафиолетовым светом. Количественное определение проводят путем визуального сравнения или путем измерения площадей пятен проб и стандартных растворов. Используемые материалы: - исследуемые образцы почвы; - сито, с диаметром 0,5 – 1 мм.; - колба коническая с притертой пробкой, объемом 250 мл.; - встряхиватель; - фарфоровая чашка;

Ход работы: Экстракция хлорорганических соединений из почвы. Для анализа берут среднюю пробу почвы в количестве 50-100 г., предварительно высушенную на воздухе и просеянную через сито диаметром 0,5-1 мм. Навеску почвы вносят в склянку с притертой пробкой и заливают н-гексаном так, чтобы слой почвы был полностью покрыт растворителем. Почву с растворителем энергично встряхивают в течение 30 минут на аппарате встряхивания или вручную, после чего отфильтровывают через бумажный фильтр в фарфоровую чашку диаметром 10 см. Почву промывают 2-3 раза гексаном, собирая весь фильтрат в чашку. Качественная реакция на хлорорганические соединения. 1. Прокалите медную проволоку в пламени горелки, затем погрузите в исследуемый раствор и снова поднесите в пламя. Если пламя окрашивается в

зеленый цвет, то это свидетельствует о наличие хлорсодержащих соединений. 2. В пробирку отберите 2 мл исследуемого фильтрата и добавьте 2-3 капли 1 %-ного раствора азотнокислого серебра, если выпадет белый осадок, то это свидетельствует о наличие хлорсодержащих соединений. Количественное определение хлорорганические соединения. Оставшийся фильтрат выпарите на воздухе под вытяжным шкафом досуха. Далее высушенную пробу исследуйте для идентификации хлорорганических соединений методом тонкослойной хроматографии. Для этого перед началом анализа в высушенную пробу залейте 0,1 – 0,5 мл гексана и растворите высушенный осадок, получая рабочий раствор. Хроматографирование. На хроматографическую бумагу на расстоянии 1,5 см от края, при помощи медицинского шприца или пастеровской пипетки, нанести исследуемую пробу в одну точку, так чтобы диаметр пятна не превышал 1 см. Осадок с чашки с экстрактом 3 раза смыть небольшими (0,2 мл) порциями гексана, которые затем нанести на пластинку в центр первого пятна. Справа и слева от пробы на расстоянии 2 см нанесите стандартные растворы исследуемых препаратов, содержащие 1 и 10 мкг (0,001 и 0,01 мг) препарата. Пластинку с нанесенными растворами поместить в камеру для хроматографирования, на дно которой заранее был налит гексан, за 30 минут до начала хроматографирования. Край пластинки с нанесенными растворами может быть погружен в подвижный растворитель не более чем на 0,5 см.

После того как фронт растворителя поднимется на 10 см, пластинку выньте из камеры и оставьте на несколько минут для испарения растворителя. Далее пластинку опрыскивайте проявляющим раствором и в течение 10-15 минут облучите УФ-лучами. Пластинку следует располагать на расстоянии 20 см от источника света. При наличии хлорорганических пестицидов на пластинке проявляются пятна серочерного цвета. Количественное определение производят путем сравнения размера пятна пробы с размером пятна стандартных растворов. Расчет формуле:

результатов

анализа

производят

по

А* 1000 Х= --------------; В где, Х – содержание хлорорганических пестицидов в анализируемой пробе, мг/кг; А – количество пестицида, найденное путем визуального сравнения пробы со стандартными растворами путем измерения площади пятен, мг; В – массы навески, мг. Лабораторная работа № 6,7 Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРОФОСА В ВОДЕ И КОРМАХ МЕТОДОМ ХРОМАТОГРАФИРОВАНИЯ В ТОНКОМ СЛОЕ Цель работы: - Познакомиться с видами отравлений и научиться выявлять различные признаки интоксикации организма;

- Уметь рассчитывать летальную дозу, среднесмертельную и смертельную дозу токсичного вещества; - Знать основные методы детоксикации организма. Принцип метода: Метод основан на извлечении препарата из пробы водой, и последующем извлечении из воды органическим растворителем, хроматографированый в тонком слое. Используемые материалы: - NaCl; - хлороформ; - Подвижный растворитель н-гексан – ацетон; - 1% резорцин в 10 % КОН. Ход работы: Трава, корм, силос-навеску 20 г., экстрагируют 20 мин. в 100 мл воды, второй раз в 70 мл. воды. Водные растворы объединяют в делительной воронке, добавляя 1-1,5 г. поваренной соли, экстрагируют три раза хлороформом по 50 мл, дореформенные вытяжки обезвоживают безводным сернокислым натрием фильтруют и выпаривают. Сухой остаток растворяют в 0,2-0,5 мл хлороформа, наносят на пластинку и хроматографируют. Край пластинки с нанесенными растворами должен быть погружен в растворитель бензол не более чем 0,5 см. После того как фронт растворителя поднимается на 10 см., пластинку вынимают из камеры и оставляют на несколько минут для испарения растворителя. Пластинку вновь помещают в камеру для хроматографирования с подвижным растворителем (смесь гексана с ацетоном 1 : 1 ) и хроматографируют как указана выше. Высушенную пластинку опрыскивают проявляющим реактивом (1 % раствор резорцина в 10% растворе КОН и помещают в сушильный шкаф при Т-100 0С до появления оранжево-красных пятен. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА МЕТИЛЭТИЛТИОФОС. Проводится как с хлорофосом, но

при прибавлении молибдата аммония и азотной кислоты выпадает осадок зеленого цвета, который переходит при нагревании в желтый цвет. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОТРАВЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ. (2 мышки, крысы, кролик, кошки) путем парэнтериалъного введения хлорофоса из расчета от 500 до 1000 мг/ кг веса животного в зависимости от вида: кролика - 650 мг/ кг кошкам - 800 мг/ кг крысам -1000 мг/кг. При постановке биологической пробы изучают токсические свойства хлорофоса, клинические признаки и антидотную терапию при отравлениях ФОС (атропинасульфат, фосфалит, ТМБ-4, тропацин, аминазин) ПОСТАНОВКА БИОПРОБЫ. Опытной мышке и кролику вводится подкожно раствор хлорофоса в летальной дозе. Затем за животным ведут наблюдение, определяют характерные клинические признаки при отравлении ФОС и проводят антидотную терапию атропином из расчета 3 мг/ г веса животного. Обратить внимание на лечебную эффективность атропина, фосфолитиш, тропацина при отравлениях ФОС и отметить их недостаток, как антидотаого препарата. Второй мышке также вводится раствор хлорофоса в летальной дозе, а контрольной - растворитель хлорофоса в этом же объеме, что и опытной. После смерти опытной мышки, вскрыть и просмотреть паталогоанатомические изменения ЦНС и внутренних органов. Результаты органов записать. Ферментный метод определения фосфорорганических пестицидов в патматериале. Реактивы:

1. Основной индикаторно- буферный раствор (р-р №1) 2. Индикаторно-буферный раствор (р-р №2) 3. Индикаторно-буферный раствор ацетилхолина (р-р ЖЗ) 4. Холиноетераза или сыворотка крови лошади. Ход работы 20 грамм материала измельчают, заливают равным количеством хлороформа и экстрагируют 1 час периодически перемешивая. Затем пипеткой набирают 1 мл хлороформенного экстракта и переносят в химический стаканчик или пробирку. В контрольный стаканчик (пробирку) вносят 1 мл хлороформа. Оба стаканчика помещают в водяную баню на 3 мин. После этого стаканчик охлаждают до комнатной температуры и вносят в них по 1 мл раствора холинэстераза или сыворотку крови лошади. Содержимое хорошо перемешивают и ставят стаканчики в водяную баню (38-39) на 30 мин. Затем в две пробирки берут по 0,5 мл содержимого стаканчика, прибавляют по 4,5 мл раствора № 3 и отмечают время. Для приготовления колометр, стандарта в отдельную пробирку вносят 0,5 мл содержимого контрольного стаканчика и 4,5 мл раствора №2. Отмечают время уравнивания цвета в контрольных и опытных пробирках с цветом стандарта. Вопросы для самопроверки 1. Какие вещества называют пестицидами? 2. Классифицируй те пестициды по производственному назначению, по химическому составу, по санитарногигиеническому назначению. 3. Какое воздействие способны оказывать пестициды на организм человека?

4. Какое влияние на организм человека оказывают хлорорганические соединения? 5. Дайте определения понятиям период полураспада, смертельная доза, среднесмертельная доза, порог действия, ПДК. 6. Какие организмы (по способу питания) накапливают наибольшее количество пестицидов. 7. Дайте определения понятиям – депонирование, летальный синтез, коагуляция, выведение токсичных веществ. 8. Дайте определения понятиям антидот, антидотная терапия, детоксикация. 9. Почему в качестве растворителя и подвижной фазы используются органические растворители? 10. Обоснуйте необходимость применения или наоборот запрета применения пестицидов в сельском хозяйстве. 11. На какие органы или системы органов пестициды оказывают действие в первую очередь. Ответ обоснуйте. Проблема рационального использования удобрений Удобрениями называют вещества, содержащие питательные элементы в усвояемой растениями форме, внесение которых или в почву, или в форме подкормок приводит к повышению урожайности культурных растений. По происхождению различают органические, неорганические удобрения и органо-минеральные смеси. По составу удобрения разделяют на азотные, калийные, фосфорные, смешанные и комплексные. По количеству питательного элемента, который необходим растению удобрения разделяют на макроудобрения (нужны

организму в больших количествах - азотные, фосфорные, калийные) и микроудобрения (необходимы растению в очень малых количествах - это соединения, содержащие медь, железо, марганец, иод и т.д.). Удобрения только тогда будут эффективными, когда их использование будет оптимальным - нельзя вносить ни малые, ни очень большие дозы удобрений. Кроме того, большое значение имеет срок и способ внесения удобрений. Технологию применения удобрений разрабатывают ученые в области сельского хозяйства, реализуют - агрономы и работники, занятые в сфере сельскохозяйственного производства. Было обнаружено, что азотные удобрения способствуют получению большой массы урожая, однако избыточное внесение азотных удобрений (как аммонийных, так и нитратных) приводит к получению экологически некачественной продукции - она содержит нитратный азот, оказывающий вредное воздействие на человека и при определенных концентрациях нитратов такая продукция вызывает отравления, в ряде случаев приводящих к смерти. Токсичность (ядовитость) нитратов проявляется следующим образом. 1.Первичная токсичность связана с воздействием собственно нитрат-ионов (N0^), при котором происходит угнетение процессов в дыхательной цепи, разобщение процессов окисления и фосфорилирования, нарушение обмена углеводов. Эта токсичность относительно невелика, больший вред приносят другие виды токсичности, связанные с превращением нитрат-ионов в организме человека и теплокровных животных. 2.Вторичная токсичность связана с превращением нитрат-ионов в нитрит-ионы (N0%). Нитрит-ионы взаимодействуют с дыхательным пигментом гемоглобином, который превращается в метгемоглобин (в гемоглобине содержится железо в формеРе2+, а в

метгемоглобине - в виде Ре3+). Метгемоглобин в отличие от гемоглобина не способен взаимодействовать с О2 и переносить его к клеткам тела, т.е. происходит нарушение процессов дыхания, а это приводит к появлению головных болей, головокружениям, рвоте, снижению артериального давления и может даже возникнуть коматозное состояние. 3. Третичная токсичность нитратов связана с дальнейшими превращениями нитрит-ионов в нитрозосоединения, многие из которых обладают канцерогенными свойствами (способны вызывать раковые заболевания). Нитраты, попавшие в организм, выводятся из него в течение 4-12 часов на 50-80 % (в зависимости от возраста - у молодых больше, у пожилых - меньше). Все рассмотренные превращения могут происходить в кишечном тракте и крови. Соединения азота в организм животного могут поступать и в виде нитратов и в виде нитритов и вследствие их инородности для организма, они, внесенные в повышенных дозах, вызывают отравление. Следует отметить, что организмам растений неорганические соединения азота не приносят вреда, так как они необходимы для процессов синтеза азотсодержащих соединений. Но наличие избытка азотных соединений приводит к тому, что растения накапливают их в себе, и если такие растения попадают как пища в организм теплокровного животного или человека, то они вызывают их отравление. Избыточное количество неорганических соединений азота (нитратов, нитритов) может накапливаться не только в результате избыточного внесения неорганических азотных удобрений (селитр,

аммонийных соединений), но и органических удобрений (навоза, гуано и др.). Экологически опасным является избыточное внесение и других макроудобрений - фосфорных, калийных. Эти удобрения, попадают в виде сточных или грунтовых и дождевых вод в водоемы (в их числе и азотные) и вызывают явление, называемое «эв-трофикацией» (бурное развитие растительности водоема, особенно фитопланктона, взвешенных в толще поверхностных вод микроскопических водорослей). Эвтрофикация сопровождается интенсивным поглощением кислорода, и выделением большого количества сероводорода и аммиака, что приводит к гибели рыб и других животных в таких водоемах, вода становится непригодной для питья и даже для купания. Избыточное внесение различных удобрений не только приводит к получению некачественной продукции, загрязняет окружающую среду, но и увеличивает расход на единицу получаемой продукции. Все это требует более рационального использования удобрений и оптимизации технологии их внесения. Кроме рассмотренных выше экологических проблем, связанных с действием антропогенных факторов, существуют и другие проблемы, например: 1)биологические проблемы, связанные с деградацией и сокращением лесов, пастбищ, запасов рыбы и пушнины; 2)экологические проблемы в основе загрязнения основных компонентов биосферы (атмосферы, гидросферы и литосферы); 3)почвенно-геоморфологические проблемы, состоящие в процессах эрозии почв, оврагообразования, засоления и иного загрязнения почвенного покрова; 4) земельные проблемы, связанные с не рациональным землепользованием, урбанизацией,

истощением недр, нерациональным их использованием и добычей полезных ископаемых; 5) ландшафтные проблемы, связанные с ухудшением и потерей природно-рекреационных качеств ландшафтов из-за нерациональной их эксплуатации, а также целый ряд других проблем, не указываемых и не рассматриваемых в данном пособии. Все рассмотренное выше делает необходимым изучение основ промышленной экологии, влияния антропогенных факторов и производственной деятельности человека (составной части антропогенного воздействия на природу) на природную окружающую среду, а также основ и принципов природоохранной деятельности. Эти вопросы в общем виде раскрываются в следующих главах данной книги. Задания для самостоятельной работы 1.Кратко охарактеризуйте сущность проблемы озонового экрана и пути ее разрешения. 2.Напишите формулу озона, и покажите, какие явления способствуют разложению его молекул. 3.Поясните, почему организмы, живущие на Земле, нуждаются в озоновом экране. 4.Сформулируйте понятие «кислотные дожди» и объясните причины их появления (природные и техногенные). 5.Кратко охарактеризуйте влияние кислотных дождей на природные экологические процессы. 6.Поясните, что такое диоксины и почему их считают «СПИДом» химического характера. 7.Сформулируйте понятия «пестицид», «гербицид», «зооцид»,«фунгицид», «инсектицид», «протравитель», «дефолиант» и объясните, почему их

применяют в сельском хозяйстве. 8.Охарактеризуйте экологическую роль пестицидов и предложите пути снижения их негативного воздействия на природу. 9. Охарактеризуйте «тепличный эффект» и назовите вещества, его вызывающие. 10.Охарактеризуйте влияние запыления атмосферы на температурный режим планеты и назовите вещества, вызывающие запыление. 11.Кратко охарактеризуйте явления техногенного характера, вызывающие изменение климата Земли. 12.Сформулируйте понятия «удобрение», «макроудобрение»,«микроудобрение», «простое удобрение», «сложное удобрение», «органическое удобрение», «комплексное удобрение», «органноминеральная смесь». 13.Назовите три вида важнейших макроудобрений (по составу) и охарактеризуйте их экологическую роль. 14.Укажите, является ли рациональным использование максимального количества удобрений на единицу площади для получения экологически качественной продукция (ответ обоснуйте). 15.Укажите, к каким веществам (по токсичности) относятся нитратные удобрения и охарактеризуйте проявление нитратов в организмах животных и человека. 16.Охарактеризуйте способы нейтрализации негативного воздействия от внесения удобрений в природную окружающую среду.

Методические указания к выполнению лабораторного практикума и контрольные задания для выполнения самостоятельной работы студентов по курсу «Экологическая безопасность сельскохозяйственного сырья» для студентов очного и заочного обучения, по специальности «Механизация продуктов сельскохозяйственной переработки»Улан-Удэ, Издательство ВСГТУ, 2005.

Составитель: к.б.н., ст.преп. кафедры «Биоорганическая и пищевая химия» Мангутова Е.В. Ключевые слова: экологическая безопасность, сельское хозяйство, пестициды, хлорсодержащие соединения, токсичность, окружающая среда. Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Усл. п.л. , уч.-изд.л. 1,2. Тираж 50 экз. Заказ № Издательство ВСГТУ. Г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.

© ВСГТУ, 2005