Bearbejdning af ØkoFyn gruppens tilsvarende eksperiment og tilpasning af dette til brug af PASCO datafangst nitratelektrode og spektrofotometer Introduktion Når en landmand høster sine afgrøder, fjerner han samtidig mineraler og næringssalte fra markjorden. Det skyldes, at planterne under deres vækst har optaget disse forbindelser og indbygget dem i forskellige organiske forbindelser i frøene. Inden næste vækstsæson er han derfor nødt til at sikre sig, at der er mineraler og næringssalte nok til, at han påny kan høste en afgrøde på marken. Det kan han eksempelvis gøre ved at følge nedenstående procedure: a) Foretage jordbundsanalyse for at se, hvor mange mineraler og næringssalte, der er tilbage i jorden. b) Beregne, hvor mange næringssalte og mineraler der skal bruges for at give det forventede udbytte. c) Tilføre den manglende mængde, enten i form af handels gødning eller staldgødning. Selv om ovenstående procedure virker meget enkel, er der alligevel problemer forbundet med den. Det skyldes bl.a., at det er meget svært at forudsige, hvor stort høstudbyttet vil blive, fordi der er et nært samspil mellem de abiotiske faktorer og planternes vækst i løbet af vækstsæsonen. Endvidere kan næringssalte og mineraler midlertidigt blive bundet i mikroorganismernes organiske forbindelser, og i den periode er de ikke tilgængelige for planterne. Endelig kan positive ioner bindes til kolloider (lerpartikler, der er negativt ladet) og humuspartikler (små partikler af delvist nedbrudt organisk materiale, også negativt ladet) i jorden, hvad negative ioner ikke kan. Sidstnævnte ioner findes derfor opløst i jordvandet. Da de vil følge vandets bevægelser i jorden, er der risiko for, at de kan blive udvasket, eksempelvis til nærliggende ferskvandssystemer. Tilsvarende gælder selvsagt også positive ioner, hvis der er flere ioner, end ladninger på kolloider og humuspartikler kan binde. I forsøget skal det undersøges, om der er sammenhæng mellem næringssalttilførslen og nettoprimærproduktionen. Samspillet følges på to forskellige jordbundstyper. Endvidere skal det undersøges, om der er forskel på udvaskningen fra de to jordbundstyper. Endelig skal effekten af en evt. udvaskning af næringssalte til planktonalger fra søvand belyses. Materialer 2 plasturtepotter pr. gruppe, der passer til 2 liters syltetøjsglas (se forsøgsopstilling side 3) 2 2 liters syltetøjsglas pr. gruppe Blomsterjord (gerne så og priklejord) Sand Demineraliseret vand Næringssaltopløsning (eks. substral) Filtrerpapir Etiketter Nitratelektrode og Science Workshop Spektrofotometer Vægt Varmeskab 10 250 ml kolber 100 ml måleglas 1
Fremgangsmåde Fælles: Bland 400 ml let sammenpresset blomsterjord og 1600 ml sand godt sammen. Blandingen skal fremtræde helt ensartet. Blandingen anvendes som den ene jordbundstype i forsøget: jord/sand. Blomsterjorden anvendes som den anden jordbundstype: blomsterjord. Bunden i plasturtepotterne dækkes med 3 lag filtrerpapir. Papiret fugtes, så det slutter tæt til siden, for at undgå at jorden løber igennem hullerne i urtepotten. Pr. gruppe: Den ene urtepotte fyldes blomsterjord. Den anden fyldes med blomsterjord/sandblandingen. Urtepottene mærkes: A: Blomsterjord B: Blomster/sandjord Der afvejes to portioner græsfrø à ca. 1 g. Frøene såes i potterne. Potterne gennemvandes med demineraliseret vand. Potterne vejes med to decimalers nøjagtighed. De målte værdier betegnes vådvægte. Resultaterne indføres i resultatskemaet. Urtepottene anbringes i varmeskab ved 25 oc. indtil kimplanterne er spiret godt frem. Opstillingerne vandes løbende med dem. vand. Når kimplanterne er spiret frem, fremstilles de næringssaltopløsninger, der skal vandes med i forsøget: Fælles: I 10 250 ml målekolber fyldes 250 ml demineraliseret vand. Derpå tilsættes næringssaltopløsning (substral) iflg. nedenstående: (benyt målepipette). 1. serie (til blomsterjord): A 1: 0 ml næringssaltopl. A 2: 1 ml A 3: 2 ml A 4: 4 ml A 5: 8 ml 2. serie (til blomster/sandjord): B 1: 0 ml B 2: 1 ml B 3: 2 ml B 4: 4 ml B 5: 8 ml Kolberne dækkes med stanniol og forsynes med etikette med opløsningens nummer (ex: A:1, A:2 og B:5) 2
0 Oversigt over de enkelte gruppers forsøg Gruppe 1 A 1 B 1 Gruppe 2 A 2 B 2 Gruppe 3 A 3 B 3 Gruppe 4 A 4 B 4 Gruppe 5 A 5 B 5 2 2 liters syltetøjsglas pr. gruppe mærkes på samme måde som gruppernes forsøg ovenfor. Urtepottene med de fremspirede kimplanter anbringes i de respektive syltetøjsglas. Opstillingerne anbringes i lys. I den følgende tid vandes så vidt muligt dagligt med 25 ml næringssaltopløsning. (Dog fredag og mandag 50 ml) Når næringssaltopløsningerne er opbrugt vandes jævnligt med 50 ml demineraliseret vand, indtil vandstanden når op til ca. 5 cm under urtepottens bund. Forsøgsafslutning Græsset (primærproduktionen) høstes ved forsigtigt at lempe hele jordklumpen med græs og rødder ud af potterne. Jorden skylles forsigtigt fra, og planterne med rødder lægges hen til lufttørring et døgn. Planterne vejes med to decimalers nøjagtighed. Resultaterne indføres i skemaet. Resultaterne er nettoprimærproduktionen. Fortsættelse af forsøget Til hvert syltetøjsglas tilsættes 10 ml stamkultur af grønalgen Chlorella (skaffes fra Institut for Botanisk Økologi, Københavns Universitet) I den kommende tid følges udviklingen af algerne i syltetøjsglassene. 1) Kvalitativt: Man vurderer farveudviklingen i glassene i forhold til hinanden 2a) Kvantitativt: Ved hjælp af mikroskop og tællekammer følges udviklingen i antallet af grønalger. Der tælles f.eks. 2 gange om ugen 3
2b) Semikvantitativt: Udviklingen i algekoncentrationen følges spektrofotometrisk ligeledes ved målinger 2 gange om ugen. Evt. kan spektrofotometeret tilsluttes PASCO Science Workshop, således at der foretages en automatisk datafangst, med målinger f.eks. én gang hver 20 minut over ét døgn Når dette forsøg afsluttes Vandet i syltetøjsglassene hældes op i måleglas og det aflæses, hvor meget vand der er udvasket fra de forskellige forsøgsopstillinger (jordtyper). Nitratindholdet i vandet i syltetøjsglassene måles ved hjælp af nitratelektroden med tilhørende Science Workshop program. Resultaterne indføres i skemaet. Specielt vedrørende nitratmåling Her kan I følge flere mulige fremgangsmåder: Kvalitativ hurtigmetode 1) Uden at kalibrere elektroden kan man måle den relative forskel mellem nitratindholdet i de forskellige opstillinger. Science Workshop aktiveres og elektroden sænkes ned i de enkelte flasker efter tur (husk at rense meget grundigt i destilleret vand mellem hver måling). Det I måler er i virkeligheden kun en spændingsforskel i de forskellige flasker, forårsaget af et forskelligt indhold af nitraiioner. Jo lavere vædi målingen har, jo højere er nitratindholdet. Dette er hurtigmetoden. Kvantitativ metode 1) Nitratelektroden kalibreres efter fremgangsmåden som er angivet i mappen, der beskriver anvendelsen af Science Workshop. 2) I øvrigt går I frem som anvist ovenfor under hurtigmetoden eneste forskel er at i nu opnår konkrete værdier opgivet i mg NO3 /L drænvand. Fordelen er at resultaterne kan sammenlignes med andre tilsvarende laboratorieforsøg. I kan ikke relatere til resultater fra naturen, da forsøgsbetingelserne er meget anderledes her i laboratoriet. Måling over tid 1) Forbind Science Workshop interface 500 med computeren. Tænd interfacen og derefter computeren (Bemærk rækkefølgen). 2) Forbind nitratelektrodens DIN stik til analog kanal A og aktiver Science Workshop programmet. Indstil Sampling options på langsom f.eks. én måling i timen. 3) Placer nitratelektroden i forsøg B5 (hvori der fra forsøgets start tilsættes 100 ml demineraliseret vand) og klik på Optag før der vandes første gang (hvis man råder over to nitratelektroder placeres der samtidigt én elektrode i A5, hvis man har 4 elektroder vælges endvidere B1 og A1) 4) Følg udviklingen i nitratkoncentrationen over tid 5) Når forsøget afsluttes klikkes på Stop. Grafen registreres som RUN #1. 6) Reaktiver RUN #1. Udskriv grafen. Klik på Statistik og find max. samt min. værdier. Resultatskemaer 4
Primærproduktion i græs A:1 A:2 A:3 A:4 A:5 B:1 B:2 B:3 B:4 B:5 A NPP *** *** *** *** *** NO 3 *** *** *** *** *** B NPP *** *** *** *** *** NO 3 *** *** *** *** *** Udvaskning fra forsøgsopstillingerne A:1 A:2 A:3 A:4 A:5 B:1 B:2 B:3 B:4 B:5 ml Rapportvejledning Da forsøgsvejledningen er meget udførlig, mener jeg ikke, at der er grund til at gentage denne i rapporten. I kan nøjes med at vedlægge den trykte forsøgsvejledning Før eksperimentets start: 1) Start med at formulere en hypotese for eksperimentet. Læs vejledningen grundigt kig derefter på resultatskemaerne og nedskriv en hypotese, der forklarer, hvordan I forventer, at resultaterne vil komme til at se ud. Husk at argumentere for jeres hypotese. Efter eksperimentet er udført: 2) Analyser resultaterne, sæt dem i relation til hypotesen og diskuter om resultaterne bekræfter hypotesen. 3) Vurder: usikkerheder, der kan være årsager til afvigelse fra hypotesen fejlkilder, der kan være årsager til afvigelse fra hypotesen 4) Besvar derefter nedenstående spørgsmål: a) På hvilke måder adskiller blomsterjorden sig fra blomster/sandjorden? b) Hvorfor forventer vi størst græsprimærproduktion på blomsterjorden? c) Fra hvilken jordtype forventer vi størst udvaskning? Begrund svaret. d) I hvilke organiske stofgrupper indbygger primærproducenterne næringssaltene: nitrat NO 3, sulfat SO 4 og phosphat PO 4? e) Hvilken sammenhæng er der mellem næringssalttilførslen og nettoprimærproduktionens størrelse? f) Analyser og forklar graferne I fik fra datafangsten g) Hvilke konsekvenser kan overgødskning af landbrugsjorder få på søøkosystemer, der grænser op til de pågældende jorder? God arbejdslyst 5
NielsOle Hørlyk 6