Факультет

Студентам

Посетителям

Опыты со светлыми и темными бутылками в пруду

Тема: Экология  

Наконец, в пруду подвешивают темные и светлые бутылки для наблюдения изменений содержания кислорода под влиянием обмена веществ планктонных организмов.

Часть пробы воды с каждого уровня наливается в стеклянные бутылки. Одни бутылки обвертываются алюминиевой фольгой или черной бумагой так, чтобы свет не мог в них проникнуть. Эти так называемые темные бутылки служат для сравнения со светлыми бутылками, которые ничем не закрыты. Вода в нескольких бутылках немедленно «фиксируется» химическими веществами, для того чтобы узнать количество кислорода в образчике воды в начале опыта. После этого на разных глубинах пруда подвешиваются парами светлые и темные бутылки, из которых до начала опыта были взяты образчики воды. По истечении суток бутылки извлекаются из пруда и кислород в каждой из них «фиксируется» при помощи последовательного добавления следующих реактивов: сульфата марганца, йодистого калия и серной кислоты. Эта обработка освобождает элементарный йод в количестве, пропорциональном содержанию кислорода. Вода в бутылках приобретает коричневый цвет: чем интенсивнее окраска, тем больше кислорода в воде. Затем образчики воды титруются в лаборатории при помощи тиосульфата натрия (гипосульфита, применяемого в фотографии) до исчезновения окраски. Объем добавляемого тиосульфата калибруется таким образом, что получается сразу концентрация кислорода в миллиграммах или в миллилитрах на 1 л воды. Миллиграммы на литр дают меру кислорода — единицы на миллион частей.

Снижение содержания кислорода в темных бутылках указывает на интенсивность дыхания водного столба, а увеличение кислорода в светлых бутылках — на собственно фотосинтез (а именно итоговый результат фотосинтеза и дыхания); обе эти величины в сумме дают характеристику чистого фотосинтеза, или общую пищевую продуктивность за сутки, поскольку выделение кислорода зелеными растениями прямо пропорционально фиксации световой энергии. Один из методов вычисления скорости фотосинтеза колонки воды над поверхностью дна в 1 м2 заключается в получении средних данных на каждый метр данного уровня и пересчета кислорода на 1 м2 (простой перенос запятой, т. к. миллиграммы на 1 л равны граммам на 1 м2); показатели для различных уровней, сложенные вместе, дают оценку общего выделения кислорода на 1 м2 поверхности пруда. В простейшем случае, если бутылки были помещены на глубину в 0,5—1,5 или 2,5 м, можно считать данные каждой пары бутылок характеристикой для первого, второго и третьего кубических метров; сумма этих значений даст нам определение для колонки глубиной в 3 м. Кроме того, можно построить график бутылочных значений, нанесенных против глубины, и тогда площадь графика, лежащая под кривой, даст нам определение количества кислорода для всей колонии. Если плотность фитопланктона небольшая, как это имеет место в больших глубоких озерах или в открытом океане, чувствительность метода светлых и темных бутылок может быть сильно повышена добавлением меченых атомов углерода в бутылку. Через некоторое время фитопланктон извлекается при помощи фильтра, а затем прибором подсчитывается количество скопившегося в организмах радиоактивного углерода. Этот метод, позволяющий определять чистый фотосинтез, широко используется в океанографических работах. На море нет необходимости вывешивать вновь бутылки в море и держать их там в течение 24 часов; образчики могут быть подвергнуты воздействию освещения и температуры моря на палубе корабля, который в то время плывет к новым пунктам сбора материала.

С других позиций весь пруд можно рассматривать как темную и светлую бутылки. Определяя кислород с интервалом в 2—3 ч на протяжении суточного цикла, можно составить дневную кривую, которая показывает увеличение количества кислорода на протяжении дня, когда идет фотосинтез, и уменьшение ночью, когда осуществляется только дыхание. Дневной период эквивалентен светлой бутылке, а ночь — тёмной бутылке. Преимущество метода вычерчивания дневной кривой состоит в том, что можно получить представление о фотосинтезе всего пруда, включая растения со дна, которые нельзя захватить бутылками. Трудность заключается в том, что физический обмен кислородом между воздухом и водой и между водой и донными осадками должен быть как-то также учтен для того, чтобы получить правильную величину продукции кислорода растениями данного пруда. Обычно бутылочный метод дает минимум, а метод дневной кривой максимум определения кислорода.

В какой-то мере трудоемкий, но испытанный и прямой химический метод определения кислорода может быть заменен «кислородным электродом», который позволит непрерывно определять кислород в бутылке или в водоеме. Такие электронные методы находятся сейчас в стадии разработки. Как и в любой другой отрасли науки, создание новых методов, позволяющих увеличить точность и количество фактов, является чрезвычайно важным и в экологических исследованиях.