Овр в органике: Читать онлайн «Окислительно-восстановительные реакции в органической химии» - автор Людмила Куцапкина - Управленческое образование

Содержание

Читать онлайн «Окислительно-восстановительные реакции в органической химии» — автор Людмила Куцапкина

Предисловие

Приступая к работе над этим пособием, я руководствовалась необходимостью внести ясность в понимание сложных для учащихся окислительно — восстановительных реакций в органической химии. Типы и содержание заданий, представленные в данной книге, соотнесены с актуальными на момент сдачи в печать этого небольшого пособия с демонстрационным вариантом и спецификацией ЕГЭ, а также с пособиями, выпущенными ФИПИ. Материал, изложенный ниже, основан, в первую очередь, на наиболее часто встречающихся окислительно-восстановительных реакций в заданиях второй части (вопрос 38) КИМ.

Уравнения, рассмотренные мною, записаны с электронным балансом, рассмотрены с точки зрения окисления- восстановления.

Эта книга предназначена для активного обучения и подготовки к выполнению заданий повышенной сложности, написана с целью оказать помощь как ученикам, так и учителям.

ЖЕЛАЮ УДАЧИ!

Окислители в органической химии

Для окисления веществ в органической химии используют многие соединения (соединения переходных металлов, кислород, озон, перекиси, соединения серы, селена, галогенов, азота и многие другие). В данной работе я уделила внимание, в первую очередь, таким окислителям, как перманганат калия и бихромат аммония.

При окислении органических веществ хром (VI) в любой среде восстанавливается до хрома (III), однако, окисление в щелочной среде в органической химии не находит практического применения.

Перманганат калия в разных средах проявляет себя как сильный окислитель, но его сила увеличивается в кислой среде.

Гидроксид меди (II) обычно используется для окисления альдегидов. Реакция проводится при нагревании, при этом гидроксид меди (II) ярко голубого цвета превращается сначала в гидроксид меди (I) желтого цвета, который затем разлагается до красного оксида меди (I). В качестве окислителя альдегидов также применяют аммиачный раствор гидроксида серебра реакция серебряного зеркала.

Классы органических веществ и окисление

Часть 1. Окисление алканов

В ЕГЭ пишем — алканы не окисляются!!!

При обычных условиях (комнатной температуре) алканы не окисляются даже сильными окислителями, например такими, как перманганат и дихромат калия. При нагревании до 2000 С в присутствии катализатора (чаще всего соединений марганца) происходит окисление и,в зависимости от условий, образуются спирты, кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты. В реакцию вступают наиболее реакционноспособные вторичные или третичные связи С-Н.

СН3- СН (СН3) -СН3кат, О2→ СН3- (СН3) С (ОН) -СН3 (2-метил-пропанол-2)

СН3- СН2-СН2-СН3кат, О2→ Н2О + СН3- СО-СН2-СН3 (бутанон-2)

R- СН2-СН2- Rкат, О2→ R- СООН + R1- СООН

5С10Н14 +24KMn+7O4 +36h3SO4 →

→ 5С6Н5С+3ООН+10CO2+12K2SO4 +24 Mn+2SO4 +56 h3O

При неполном окислении бутана (разрыв связи С2-С3) получают уксусную кислоту:

СН3- СН2-СН2-СН3 +3О2 кат, О2→ 2СН3- СООН +2Н2О

Горение алканов приводит к образованию СО2 и Н2О и сопровождается выделением большого количества теплоты (экзотермическая реакция).

Например: СН4 +2О2 → СО2 +2Н2О +880 кДж

Высшие алканы (n> 25) под действием кислорода воздуха в жидкой фазе в присутствии солей марганца превращаются в смесь карбоновых кислот со средней длиной цепи С12-С18

Кислорода, содержащегося в воздухе, может оказаться недостаточно при горении высших алканов для их полного окисления до СО2. Тогда образуются продукты частичного окисления: СО или С и вода. Поэтому высшие алканы горят на воздухе коптящим пламенем, а выделяющийся попутно токсичный угарный газ (без запаха и цвета) представляет опасность для человека.

Примечание:

первичные атомы углерода имеют степень окисления -3;

вторичные атомы углерода имеют степень окисления -2;

третичные атомы углерода имеют степень окисления -1;

четвертичные атомы углерода имеют степень окисления -0;

Часть 2. Окисление алкенов

1. При мягком окислении (нейтральная или слабощелочная среда) алкены превращаются в двухатомные спирты. Восстановителями служат атомы углерода, между которыми двойная связь.

Реакции протекают следующим образом:

Этен

Окисление пероксидом водорода

Пропен

2,3-диметилбутен-2

Окисление циклогексена

2. В жестких условиях (кислая среда) при окислении разрывается углеродная цепь по двойной связи, при этом образуются две кислоты или кислота и углекислый газ.

Пропен

2-метил-пропен

(Пентен-2)

3. В жестких условиях (сильнощелочная среда) при окислении также разрывается углеродная цепь по двойной связи, при этом образуются соль карбоновой кислоты и карбонат.

Пропен

(Пентен-2)

Часть 3. Окисление алкинов

Алкины окисляются в более жестких условиях, чем алкены, при окислении разрывается углеродная цепь по тройной связи, при этом образуются кислоты и углекислый газ. Продукты реакции зависят от условий проведения реакций и природы окислителя. Алкины обесцвечивают разбавленный раствор перманганата калия, что доказывает их непредельность. Происходит при этом мягкое окисление без разрыва сигма С-С связи. Так получается щавелевая кислота.

1. Нейтральная среда

Этин

Окислительно-восстановительные реакции в органической химии

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 36

ПРОГРАММА элективного курса

«Окислительно-восстановительные реакции

в органической химии»

(углубленный курс)

Возраст обучающихся: 14-16 лет (10-11 класс)

Срок реализации – 0,5 года

Занятия проводятся по 1,5 ч в неделю (спаренные уроки)

Составитель: Сикорская Ольга Эдуардовна

Владикавказ, 2011г

Пояснительная записка.

Предлагаемый элективный курс может быть проведен во втором полугодии 10 класса или в 11 классе для углубленного изучения темы в классах естественно-математического профиля. Курс рассчитан на учащихся с хорошим уровнем базовой подготовки.

Знание химии совершенно необходимо специалистам большинства отраслей народного хозяйства. Глубокое изучение основ химии очень важно будущим врачам для более полного освоения биологии, биохимии, физиологии, фармакологии; химикам-технологам, инженерам-биотехнологам, военным специалистам, агрономам, ветеринарам и т. д. Знания – сила. Но знание может быть разным. Можно вызубрить таблицу умножения, но при этом не суметь решить простейшую задачу. Только знать мало, вряд ли кто-либо станет отрицать тот факт, что теория и практика не могут существовать друг без друга. Потребность в теории непосредственно вытекает из практики; в свою очередь теория служит необходимым руководством практической деятельности. Предлагаемый курс позволяет на практике отработать теоретические вопросы.

На процессы, связанные с окислительно-восстановительными реакциями, мы обращаем внимание учащихся при изучении практически каждого класса органических веществ. Однако, существующие рамки программы, а также недостаток часов, не позволяют учителю всесторонне и глубоко рассмотреть сущность и закономерности протекания данных процессов. Вместе с тем эта тема является одной из сложных тем школьного курса химии. В ряде заданий единого государственного экзамена по химии части C требуется не только привести схему реакции, а составить именно уравнение реакции окисления органического соединения с правильно подобранными коэффициентами.

Целями данного курса являются:

повышение компетентностей учащихся в области знаний об окислительно-восстановительных процессах;
подробное изучение ОВР с участием органических веществ, прогнозирование продуктов реакции;
создание условий для формирования и развития у учащихся умения самостоятельно работать с научной литературой, собственными конспектами и другими источниками информации;
воспитание убежденности в познаваемости химической составляющей окружающей действительности.

Задачи данной программы таковы:

углубить представления учащихся об ОВР с участием органических веществ;
научить прогнозировать состав продуктов ОВР;
совершенствовать навыки составления ОВР используя метод электронного баланса и метод макроподстановки.

После изучения предлагаемого курса учащиеся должны:

Знать:

основные понятия и законы теории ОВР
классификацию ОВР в органической химии;
отношение к восстановителям и окислителям различных классов органических веществ;

Уметь:

в свете представлений об индуктивном и мезомерном эффектах, рассматривать взаимное влияние атомов в молекулах органических веществ;
определять степени окисления атомов в органических веществах алгебраическим и графическим методами;
прогнозировать продукты реакций;
составлять и уравнивать ОВР с участием органических веществ;

использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для критической оценки достоверности химической информации, поступающей из различных источников.

оформлять результаты своей работы;
осуществлять самоконтроль за результатами своей работы.

Основным положительным результатом работы по данному курсу является возможность выработать у учащихся более позитивный подход к решению ОВР с участием органических веществ.

Хочу дать некоторые разъяснения относительно последовательности тем предлагаемого курса.

Изучение первого раздела предполагает последовательное обобщение, систематизацию и углубление знаний основных понятий ОВР и структуры органических веществ.

В ОВР органические вещества чаще проявляют свойства восстановителей, а сами окисляются. Легкость окисления органических веществ зависит от доступности электронов при взаимодействии с окислителем. Все факторы, вызывающие увеличение электронной плотности в молекуле, будут повышать их способность к окислению. Поэтому мне кажется целесообразным одно из занятий данного элективного курса посвятить изучению электронных эффектов в молекулах органических веществ.

Для расстановки коэффициентов обычно используют метод электронного баланса, что требует у учащихся умения расставлять степени окисления в органических веществах. В связи с этим на одном занятии мы разбираем способы определения степени окисления в органических веществах, причем как алгебраическим способом, так и графическим. А одно из занятий мы посвящаем уравниванию этих реакций, разбирая особенности метода электронного баланса, и знакомимся с методом макроподстановки (хотя он конечно оказывается более востребован учащимися уже при обучении в ВУЗе).

Все ОВР в органике можно условно разделить на 3 группы: полное окисление или горение, мягкое окисление и жесткое окисление (деструктивное окисление). Для того чтобы учащиеся более осознанно в дальнейшем оперировали этими понятиями, мне кажется целесообразным на одном из занятий показать все эти реакции и на готовых (но не уравненных) уравнениях: потренироваться в их различении.

На дальнейших занятиях более детально изучаются процессы окисления и восстановления различных классов органических веществ.

Итогом работы учащихся станет выполнение зачетной работы, содержащей задания из части С ЕГЭ по химии.

В приложении я привожу примерный теоретический и практический материал, отрабатываемый на занятиях. Объем предложенного материала варьируется в зависимости от уровня подготовки учащихся и их дальнейшей профессиональной ориентации.

Занятия рекомендуется проводить продолжительностью не менее 1,5 часа (спаренные уроки), что способствует более полному рассмотрению тем и вместе с тем позволяет отработать на практике теоретические вопросы.

Занятия желательно проводить в различных формах:

уроки проблемного обучения;
лекции-беседы;
практикумы;
уроки-исследования;
семинарские занятия.

Учебно-тематический план.

№ темы	Тема занятия	Количество занятий
1.	Введение.	4
2	Окислительные процессы с участием углеводородов.	5
3.	Окислительные процессы с участием кислородсодержащих органических веществ.	4
4.	Окисление аминов.	1
5.	Восстановительные процессы с участием органических веществ.	1
6.	Окислительно- восстановительные реакции в заданиях ЕГЭ.	1
7	Итоговое занятие.	1

Итого 17 занятий.

Содержание тем программы.

№	Тема занятия	Основное содержание.
Введение (4 часа)
1	Вводное занятие.	Знакомство с целями и задачами курса, его структурой. Основные положения теории ОВР(повторение и обобщение изученного в обязательном курсе). Электроотрицательность, валентность, степень окисления, их сходство и различия. Правила определения степени окисления. Способы определения степени окисления в органических веществах: алгебраический и графический методы.
2	Взаимное влияние атомов в молекулах органических веществ.	Электронные эффекты в органических веществах:. мезомерный и индуктивный эффекты. Их влияние на реакционную способность молекул.
3	Составление уравнение окислительно-восстановительных реакций.	Важнейшие окислители и восстановители. Таблицы поведение типичных окислителей и восстановителей. Метод электронного баланса и метод макроподстановки. Особые случаи составления электронного баланса.
4	Классификация ОВР в неорганической и органической химии.	Межмолекуляроное окисление-восстановление, внутримолекулярное окисление- восстановление, реакции диспропорционирования. Классификация ОВР в органической химии: полное окисление или горение, мягкое окисление и жесткое окисление (деструктивное окисление).
Окислительные процессы с участием углеводородов. (5 часов)
5	Окисление алканов	Полное окисление, неполное сгорание, неполное каталитическое окисление. Решение задач на вывод формул по продуктам сгорания алканов.
6	Окисление алкенов	Мягкое окисление алкенов: эпоксидирование или неполное каталитическое окисление, реакция Вагнера. Жесткое окисление. Озонолиз. Полное сгорание.
7	Окисление алкинов	Реакция Кучерова, окисление KMnO₄, K₂Cr₂O₇ в кислой, нейтральной или щелочной средах. Полное окисление.
8	Окисление аренов.	Бензол: полное окисление озонолиз. Гомологи бензола: окисление перманганатом калия (зависимость продуктов реакции от характера среды). Окисление кумола и стирола.
9	Окисление углеводородов.	Тренировочные упражнения, содержащие задания по окислению углеводородов.
Окислительные процессы с участием кислородсодержащих органических веществ. (4 часа)
10	Окисление спиртов.	Полное окисление. Частичное окисление первичных, вторичных и третичных спиртов. Окисление гликолей. Окисление фенола.
11	Окисление альдегидов.	Получение реактива Толленса и гидроксида меди (II). Окисление аммиачным раствором оксида серебра, окисление свежеосаждённым гидроксидом меди (II). Окисление перманганатом калия в кислой, нейтральной и щелочной средах. Особенности окисления муравьиного альдегида. Окисление кетонов.
12	Окисление карбоновых кислот	Окисление муравьиной и щавелевой кислот.
13	Окисление углеводов.	Реакция серебряного зеркала. Реакция моносахаридов с гидроксидом меди(II) при нагревании. Окисление моносахаридов азотной кислотой и бромной водой. Брожение и его виды.
Окисление аминов. (1 час)
14	Окисление аминов.	Полное окисление аминов. Получение красителей.
Восстановление органических веществ (1 час)
15	Восстановительные процессы.	Восстановление алкенов, алкинов, аренов, спиртов и альдегидов. Восстановление альдегидов и кетонов алюмогидридом лития или боргидридом натрия. Восстановление моносахаридов. Реакция Зинина.
Окислительно- восстановительные реакции в заданиях ЕГЭ.
16	Подведем итоги.	Обобщение по всему курсу. Выполнение упражнений по материалам ЕГЭ.
17	Итоговое занятие	Выполнение итоговой работы.

Литература для учащихся:

Архангельская О.В., Тюльков И.А. Задачи по теме «Уравнения окислительно-восстановительных реакций».
Дерябина Г.И. , Кантария Г.В. Интерактивный мультимедиа учебник Органическая химия 1998-2011. (http://www.chemistry.ssu.samara.ru).
Каверина А.А., Медведев Ю.Н., Добротин Д.Ю. ЕГЭ 2009 Химия.- М.:Эксмо, 2009.
Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии: в 2 т.- М: Федеративная книготорговая компания, 1998.
Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., 2500 задач по химии с решениями для поступающих в ВУЗы.- М: «Экзамен», 2005.
Кузнецова Н.Е., Лёвкин А.Н., Задачник по химии для учащихся 10 класса (профильный уровень). –М.: Вентана-Граф,2007.
Литвинова Т.Н., Мельникова Е.Д., Соловьёва М.В., Ажипа Л.Т., Выскубова Н.К. Химия в задачах для поступающих в ВУЗы. М:ООО «Издательство Оникс», ООО «Издательство Мир и образование», 2009.
Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия.-М.: Химия,1989.
Хомченко Г.П., Севастьянова К.Е. Окислительно-восстановительные реакции, М: Просвещение, 1989.
Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Задачи по химии для поступающих в ВУЗы.- М.: Высшая школа,1987.

Литература для учителя:

Гостев М.М. Химический кружок в школе. М.: Изд-во АПН РСФСР. М., 1958.
Денисова В.Г. Материалы мастер-класса «Химические свойства веществ в заданиях ЕГЭ». (http://www.it-n.ru/communities.aspx?cat_no=131642&lib_no=229027&tmpl=lib)
Дерябина Н.Е. Прием макроподстановки как способ определения коэффициентов в уравнениях ОВР // Химия в школе.-2007.-№9.-С. 40-44
Дерябина Н.Е. Методика формирования умения определять степень окисления атома // Химия в школе.-2007.-№7.-С. 24-27
Ермаков, Д.С. Элективные курсы для профильного обучения / Д.С. Ермаков // Педагогика. – 2005. – № 2.
Нейланд О.Я. Органическая химия. М.: Высшая школа,1990.
Солдатова Т.М.. Тренинги и тесты с ответами по теме: «Окислительно-восстановительные реакции».-Волгоград: Учитель, 2007.
Шарп Дж., Госни И., Роули А. Практикум по органической химии / Пер. с англ. М.: Мир, 1993.
Шарпенак А.Э., Косенко С.А. Практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1965.
Шабаров Ю.С. “Органическая химия”, М., Химия, 2000.
Элективные курсы в профильном обучении / Министерство образования РФ. – Национальный фонд подготовки кадров. – М.: Вита-Пресс, 2004.

Приложение.

Примерный теоретический и практический материал, отрабатываемый на занятиях.

Определение степени окисления в органических веществах.

Окислительно-восстановительные реакции органических веществ – важнейшее свойство, объединяющее эти вещества. Склонность органических соединений к окислению связывают с наличием кратных связей, функциональных групп, атомов водорода при атоме углерода, содержащем функциональную группу.

Несмотря на то, что в ходе любых окислительно-восстановительных реакций происходит как окисление, так и восстановление, их классифицируют в зависимости оттого, что происходит непосредственно с органическим соединением (если оно окисляется, говорят о процессе окисления, если восстанавливается – о процессе восстановления).

Степень окисления. Основные способы определения степени окисления в неорганических и органических веществах.

Степень окисления (СО) – формальный заряд, который можно приписать атому, входящему в состав какой-либо частицы (молекулы, иона), исходя из предположения о чисто ионном характере связи в данной частице.

Правила расчета степени окисления (СО)

(при их использовании предпочтение отдаётся правилу с меньшим номером).

1. Сумма СО всех атомов в частице равна заряду этой частицы (в простых веществах СО всех атомов равна 0).

2. В соединениях с ионным и ковалентно-полярным характером связи более электроотрицательным атомам соответствует более низкая СО. В бинарных ионных соединениях, атомы неметалла, как правило, проявляют минимальные СО,

3. Атомы, приведённые в таблице 1, в большинстве своих соединений проявляют постоянную СО. При определении СО предпочтение отдают элементу, который расположен выше:

Характерные СО для некоторых элементов

Щелочные металлы	+1
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd	+2
F	-1
H	+1,-1 (в гидридах)
O	-2 (-1 в пероксидах,+2 в ОF₂)
Cl, Br	-1
B, Al, Ga, In, Sc, Y, La и большинство лантанидов	+3

Например,

Ca⁺²(S^-2C⁺⁴N^-3)₂

Кальций имеет постоянную степень окисления в веществе +2. Значит, ион SCN^— имеет заряд -1.В этом ионе наиболее электроотрицательным является азот, значит, он будет иметь степень окисления -3. Наименее элекроотрицательным будет углерод, он приобретет степень окисления +4. Пусть степень окисления серы х, так как алгебраическая сумма степеней окисления в молекуле равна нулю, то: (+2) +2∙(х+(+4) +(-3))= 0, откуда х = -2.

K⁺¹₄[Fe⁺²(C⁺²N^-3)₆]

Калий имеет постоянную степень окисления +1. 4 атома калия дают заряд 4+. Следовательно, комплексный ион имеет заряд 4-. Цианид ион имеет заряд 1-. таких ионов 6. Значит, они дают -6. Тогда степень окисления железа равна х+6∙ (-1) = -4. Откуда х =+2. Определим степень окисления атомов в цианид ионе. В нем азот более электроотрицательный элемент, чем углерод. Значит, азот имеет степень окисления -3. Тогда степень окисления углерода (у) равна у+(-3) =-1, у=+2

Определение степени окисления атомов в органических веществах.

Применение понятия «степени окисления» (СО) в органической химии очень ограничено и реализуется, прежде всего, при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций. Однако, учитывая, что более или менее постоянной состав продуктов реакции возможен только при полном окислении (горении) органических веществ, целесообразность расстановки коэффициентов в реакциях неполного окисления отпадает. По этой причине обычно ограничиваются составлением схемы превращений органических соединений.

Степень окисления любого атома углерода в органическом веществе равна алгебраической сумме всех его связей с более электроотрицательных элементов (Cl, O, S,N, и др.), учитываемых со знаком «+», и связей с атомами водорода (или другого более электроположительного элемента), учитываемых со знаком «-». При этом связи с соседними атомами углерода не учитываются.

Существуют два подхода к определению степеней окисления элементов в органических веществах.

1. Вычисляют среднюю степень окисления атома углерода в молекуле органического соединения.

В органических веществах можно определять степени окисления элементов алгебраическим методом, при этом получается усредненное значение степени окисления. Такой подход оправдан, если в ходе реакции в органическом веществе разрушаются все химические связи (горение, полное разложение).

2. Графический способ.

Однако, определение степени окисления атомов органических веществ по молекулярной формуле носит формальный характер, так как в органической химии большое значение имеют структурные формулы. В связи с этим для определения степени окисления атомов в органике используют графический способ. Для этого воспользуемся следующим порядком действий:

1) напишем полную структурную формулу вещества;

2) по каждой связи стрелкой покажем смещение электронной плотности к наиболее электроотрицательному элементу;

3) все связи С – С будем считать неполярными

4) далее ведем подсчет: сколько стрелок направлено к атому углерода , столько «–» , сколько от атома углерода – столько «+». Сумма «–» и «+» определяет степень окисления атома.

Например,

Название вещества	Усредненное значение степени окисления	Степень окисления каждого атома углерода
2- аминопропан
1,2 –дихлорпропан
Метилфенилкетон

Оставшуюся часть занятия учащиеся выполняют упражнения.

Составление уравнений окислительно-восстановительных

реакций

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций

применяют:

1. Метод электронного баланса.

2. Метод ионно-электронный.( в данном курсе не рассматривается)

3. Метод макроподстановки (подробно рассмотрен в материалах мастер–класса у Денисовой В.Г.

Расстановка коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций органический химии

Кузнецова А.В.

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Россия, 119991, г. Москва, ул.Ленинские горы д.1, тел.: (495)939-51-50, е-mail: [email protected]

1 стр. (принято к публикации)

Традиционно для расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций используется метод электронного баланса, который позволяет найти коэффициенты перед окислителем и восстановителем, чтобы затем уравнять все остальные элементы. Для реакций окисления органических веществ перманганатом калия, протекающих в кислой среде с разрывом углеродной цепочки, электронного баланса бывает недостаточно. Например, из схемы окисления кетона следует, что коэффициенты, расставленные в соответствии с электронным балансом, не позволяют в итоге уравнять кислород:

5C₆H₁₂О+2KMnO₄+3H₂SO₄ → 10C₂H₅COOH+2MnSO₄+K₂SO₄+3H₂O

Электронный баланс:

10C⁺² — 10e = 10C⁺³

2Mn⁺⁷ +10e = 2Mn⁺²

В учебной и методической литературе отсутствуют конкретные рекомендации, как следует расставлять коэффициенты в подобных случаях.

Для того, чтобы уравнять кислород, предлагается изменить коэффициент перед окислителем.Подобрать подходящий коэффициент перед окислителем предлагается алгебраическим способом. Принципиальным здесь является выполнение условия:

Δh = 5n (т.е. численное значение Δh должно быть кратно пяти),

где Δh – общее число атомов кислорода в продуктах реакции (h₂) минус общее число атомов кислорода в реагентах (h₁).

Коэффициент k перед окислителем KMnO₄ предлагается вычислять по формулам:

k = 2n +a (для чётных а) (1),

k = 2n +(a+1) (для нечётных а) (2),

где а – коэффициент перед окислителем по электронному балансу;

n – любое натуральное число.

Алгоритм расчёта коэффициента k перед окислителем KMnO₄ следующий:

Шаг 1. Проверяем, чтобы выполнялось условие. Численное значение Δh кратно пяти Δh = 35-25 = 10, значит, условие выполняется.

Шаг 2. Рассчитываем величину n.

Δh =10 = 5n, значит, n = 2.

Шаг 3. Определяем величину а. В соответствии с электронным балансом a = 2.

Шаг 4. Подставляем все величины в данном случае в формулу (1) и получаем:

k = 2n +a = (2 × 2) + 2 = 6.

Итак, при k = 6 общее количество атомов кислорода в левой и правой частях уравнения одинаково, все элементы уравнены:

5C₆H₁₂О+6KMnO₄+9H₂SO₄ → 10C₂H₅COOH+6MnSO₄+3K₂SO₄+9H₂O

Реакции окисления и восстановления

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – химические процессы, в ходе которых меняется степень окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ – окислителя и восстановителя. Изменение степени окисления атомов происходит при полном или частичном переходе электронов от вещества-восстановителя к веществу-окислителю.

Для органических реакций этого типа применимы те же законы, что и для неорганических ОВР. Отличием является то, что в органической химии окислительно-восстановительные процессы рассматриваются прежде всего по отношению к органическому веществу и связываются с изменением степени окисления атома углерода (N, S и т.п.), являющегося реакционным центромРеакционный центр – это атом или химическая связь в атомной группировке, непосредственно участвующие в данной химической реакции. молекулы. Эти реакции могут проходить по типу реакций присоединения, отщепления, замещения и т.п.

Если атом в органической молекуле окисляется (отдаёт электроны электроотрицательному атому реагента-окислителя), то этот процесс относят к реакциям окисления, поскольку продукт восстановления окислителя (обычно неорганическое вещество) не является конечной целью данной реакции. И наоборот, реакцией восстановления считают процесс восстановления органического вещества, приобретающего электроны от реагента-восстановителя.

Важнейшие окислители и восстановители органических соединений Окислители и восстановители органических соединений В органической химии используется широкий набор восстановителей и окислителей, среди которых можно выбрать реагент, обладающий способностью действовать избирательно на определенные атомные группы, а также получать продукты в требуемой степени окисления.

Окислители (акцепторы электронов)	Восстановители (доноры электронов)
KMnO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃, НСlO₄, O₂, O₃, H₂O₂, конц. HNO₃, R–CO–OOH, CuO, Cu(OH)₂, [Ag(NH₃)₂]OH, [Cu(NH₃)₄](OH)₂.	H₂/Ni, H₂/Pt, LiAlH₄, Na(Hg), Zn(Hg), Na+NH₃(жидк.), CO, NO, H₂S, HI, Fe+HCl, Zn+HCl, Na+CH₃COOH.

Часто в органической химии ограничиваются рассмотрением реакций окисления и восстановления как реакций, связанных с потерей и приобретением атомов водорода и кислорода.

Вещество окисляется, если оно теряет атомы H и (или) приобретает атомы O. Кислородсодержащий окислитель часто обозначают символом [O], если не требуется его полная формула.
Вещество восстанавливается, если оно приобретает атомы H и (или) теряет атомы O. Восстановитель обозначают символом [H] (в краткой форме записи).

В качестве примера можно привести окислительно-восстановительный ряд последовательного окисления метана до диоксида углерода и обратных реакций восстановления (цифрами обозначены степени окисления атомов углерода):

В природных условиях СО₂ восстанавливается с участием метанобразующих бактерий (метаногенов), которые образуют метан как побочный продукт метаболизма в бескислородной среде.

Реакционным центром в молекулах органических соединений при окислении и восстановлении может быть не только атом углерода, но и другие атомы — азот, сера и т.п.

Органические ОВР в природе. Окислительно-восстановительные реакции органических соединений играют важную роль в биохимических процессах (клеточное дыхание, обмен веществ в живых организмах, расщепление белков, жиров и углеводов с выделением энергии, фотосинтез и др.).

Органические ОВР в промышленности. В нефтехимическогом синтезеНефтехимический синтез — получение химических продуктов на основе нефти и углеводородных газов синтетическим путём. исходным сырьём служат природные углеводороды, в которых атомы углерода находятся в наиболее восстановленной форме (степень окисления от 0 до –4). Поэтому многие процессы получения практически важных органических соединений, содержащих галогены, кислород, азот и другие атомы (более электроотрицательные, чем водород), основаны на реакциях окисления углеводородов. Предельное окисление (горение) углеводородов до СО₂ и H₂O и ряда других органических веществ, сопровождающееся выделением тепла, лежит в основе применения различных видов топлива. Реакции восстановления проводятся в основном для производных углеводородовПроизводные углеводородов — продукты замещения в молекулах углеводородов одного или более атомов водорода на другие атомы или группы атомов (Cl, Br, OH, COOH, NО₂, NH₂ и др.). при производстве красителей, фармацевтических препаратов, для получения аминов из нитросоединений, при гидрогенизации жиров, в синтезе металлоорганических соединенийМеталлоорганические соединения – органические соединения, содержащие в молекулах связь металл-углерод. Например, Pb(C₂H₅)₄ (тетраэтилсвинец), C₄H₉Li (бутиллитий), RC≡CAg (ацетиленид серебра) и т.п. и др.

Степень окисления – условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи имеют ионный характер.

Это означает, что более электроотрицательный атом, смещая к себе одну электронную пару, приобретает заряд –1, две электронных пары — заряд –2. Связь между одинаковыми атомами не дает вклада в степень окисления.
Таким образом, связь между атомами С-С соответствует нулевой степени их окисления. В связи C-H углероду как более электроотрицательному атому соответствует заряд –1, а в связи C-O заряд углерода (менее электроотрицательного) равен +1.

Степень окисления атома в молекуле подсчитывается как алгебраическая сумма зарядов, которые дают все связи данного атома.
Так, в молекуле CH₃Cl три связи C-H дают суммарный заряд на атоме C, равный –3, а связь C-Cl — заряд +1. Следовательно, степень окисления атома углерода в этом соединении равна:

–3+1 = –2.

Степень окисления углерода в его соединениях изменяется в диапазоне от –4 (в метане CH₄) до +4 (в CO₂). В органических соединениях атомы углерода в одной и той же молекуле могут иметь разные степени окисления:

^–3CH₃^–1CH₂–OH

Окислители и восстановители органических соединений

В органической химии используется широкий набор восстановителей и окислителей, среди которых можно выбрать реагент, обладающий способностью действовать избирательно на определенные атомные группы, а также получать продукты в требуемой степени окисления.

Окислители (акцепторы электронов)	Восстановители (доноры электронов)
KMnO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃, НСlO₄, O₂, O₃, H₂O₂, конц. HNO₃, R–CO–OOH, CuO, Cu(OH)₂, [Ag(NH₃)₂]OH, [Cu(NH₃)₄](OH)₂.	H₂/Ni, H₂/Pt, LiAlH₄, Na(Hg), Zn(Hg), Na+NH₃(жидк.), CO, NO, H₂S, HI, Fe+HCl, Zn+HCl, Na+CH₃COOH.

Реакции окисления в органической химии

Данный материал может быть сложен в освоении при самостоятельном обучении, ввиду большого объема информации, многих нюансов, всевозможных НО и ЕСЛИ. Читать внимательно!

О чем именно пойдет речь?

Помимо полного окисления (горения), для некоторых классов органических соединений характерны реакции неполного окисления, при этом они превращаются в другие классы.

Существуют специфические окислители для каждых классов: CuO(для спиртов),Cu(OH)_2 и [Ag(NH₃)₂]OH (для альдегидов) и другие.

Но есть два классических окислителя, которые, если так можно выразиться, универсальные для многих классов.

Это перманганат калия – KMnO₄. И бихромат (дихромат) калия – K₂Cr₂O₇. Эти вещества являются сильными окислителями за счет марганца в степени окисления +7, и хрома в степени окисления +6, соответственно.

Реакции с этими окислителями встречаются довольно часто, однако нигде нет целостного руководства, по какому принципу выбирать продукты таких реакций.

На практике действует очень много факторов, влияющих на ход реакции (температура, среда, концентрация реагентов и т.д.). Часто получается смесь продуктов. Поэтому предугадать продукт, который образуется практически невозможно.

А для ЕГЭ это не годится: там нельзя написать «может быть или так, или вот так, или иначе, или смесь продуктов». Там нужна конкретика.

Составители заданий вложили определенную логику, определенный принцип по которому следует писать определенный продукт. К сожалению, они ни с кем не поделились.

Данный вопрос в большинстве пособий довольно скользко обходится стороной: в качестве примера приведено две-три реакции.

Представляю в этой статье, то, что можно назвать результатами исследования-анализа заданий ЕГЭ. Логика и принципы составления реакций окисления перманганатом и дихроматом разгадана довольно с высокой точностью (в соответствии со стандартами ЕГЭ). Обо всем по порядку.

Определение степени окисления.

Первое, когда имеем дело с окислительно-восстановительными реакциями, всегда есть окислитель и восстановитель.

Окислителем является марганец в перманганате или хром в дихромате, восстановителем – атомы в органике (а именно – атомы углерода).

Мало определить продукты, реакция должна быть уравнена. Для уравнивания традиционно используют метод электронного баланса. Для применения этого метода необходимо определить степени окисления восстановителей и окислителей до и после реакции.

У неорганических веществ степени окисления умеем с 9 класса:

А вот в органике, наверное, в 9 классе не определяли. Поэтому прежде, чем научиться писать ОВР в органической химии, нужно научиться определять степень окисления углерода в органических веществах. Делается это немного по-другому, иначе чем в неорганической химии.

У углерода максимальная степень окисления +4, минимальная -4. И он может проявлять любую степень окисления этого промежутка: -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4.

Для начала нужно вспомнить, что такое степень окисления.

Степень окисления – это условный заряд, возникающий на атоме, при допущении, что электронные пары смещаются полностью в сторону более электроотрицательного атома.

Поэтому степень окисления определяется числом смещенных электронных пар: если она смещается к данному атому, то он приобретает избыточный минус(-) заряд, если от атома, то он приобретает избыточный плюс(+) заряд. В принципе это вся теория, которую нужно знать, для определения степени окисления атома углерода.

Для определения степени окисления конкретного атому углерода в соединении нам нужно рассмотреть КАЖДУЮ его связь и посмотреть в какую сторону будет смещаться электронная пара и какой избыточный заряд (+ или -) будет от этого возникать на атоме углерода.

Разберем конкретные примеры:

У углерода три связи с водородом. Углерод и водород – кто более электроотрицателен? Углерод, значит, по этим трем связям электронная пара будет смещаться в сторону углерода. Углерод забирает у каждого водорода по одному отрицательному заряду: получается -3

Четвертая связь с хлором. Углерод и хлор – кто более электроотрицателен? Хлор, значит, по этой связи электронная пара будет смещаться в сторону хлора. У углерода появляется один положительный заряд +1.

Затем, нужно просто сложить: -3 + 1 = -2. Степень окисления этого атома углерода: -2.

Определим степень окисления каждого атома углерода:

И еще одна связь с другим углеродом. Углерод и другой углерод – их электроотрицательности равны, поэтому смещения электронной пары не происходит (связь не полярная).

У этого атома две связи с одним атомом кислорода, и еще одна связь с другим атомом кислорода (в составе группы OH). Более электроотрицательные атомы кислорода по трем связям оттягивают на себя электронную пару у углерода, у углерода появляется заряд +3.

Четвертой связью углерод связан с другим углеродом, как мы уже говорили, по этой связи электронная пара не смещается.

Двумя связями углерод связан с атомами водорода. Углерод, как более электроотрицательный оттягивает себе по одной паре электронов по каждой связи с водородом, приобретает заряд -2.

Двойной связью углерода связан с атомом кислорода. Более электроотрицательный кислород оттягивает на себя по каждой связи одну электронную пару. Вместе получается у углерода оттягивается две электронные пары. Углерод приобретает заряд +2.

Вместе получается +2 -2 = 0.

Определим степень окисления вот этого атома углерода:

Тройная связь с более электроотрицательным азотом – дает углероду заряд +3, по связи с углеродом смещения электронной пары не происходит.

Окисление перманганатом.

Что будет с перманаганатом?

Окислительно-восстановительная реакция с перманганатом может протекать в разных средах (нейтральная, щелочная, кислая). И от среды зависит, как именно будет протекать реакция, и какие при этом образуются продукты.

Поэтому может идти по трем направлениям:

Перманганат, являясь окислителем, восстанавливается. Вот продукты его восстановления:

Кислая среда.

Среду подкисляют серной кислотой (H₂SO₄). Марганец восстанавливается до степени окисления +2. И продукты восстановления будут:

KMnO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Щелочная среда.

Для создания щелочной среды добавляют довольно концентрированную щелочь (KOH). Марганец восстанавливается до степени окисления +6. Продукты восстановления

KMnO₄ + KOH → K₂MnO₄ + H₂O

Нейтральная среда (и слабощелочная).

В нейтральной среде кроме перманганата в реакцию так же вступает вода (которую мы пишем в левой части уравнения), марганец будет восстанавливаться до +4 (MnO₂), продукты восстановления будут:

KMnO₄ + H₂O → MnO₂ + KOH

А в слабощелочной среде (в присутствии раствора KOH невысокой концентрации):

KMnO₄ + KOH → MnO₂ + H₂O

Что будет с органикой?

Первое, что нужно усвоить – все начинается со спирта! Это начальная стадия окисления. Окислению подвергается тот углерод, к которому присоединена гидроксильная группа.

При окислении атом углерода «приобретает» связь с кислородом. Поэтому, когда записывают схему реакции окисления, над стрелкой пишут [O]:

Первичный спирт окисляется сначала до альдегида, потом до карбоновой кислоты:

Окисление вторичного спирта обрывается на второй стадии. Так как углерод находится посередке, образуется кетон, а не альдегид (атом углерода в кетонной группе уже физически не может образовать связь с гидроксильной группой):

Кетоны, третичные спирты и карбоновые кислоты дальше уже не окисляются:

Процесс окисления ступенчатый – пока есть куда окисляться и есть для этого все условия – реакция идет. Все заканчивается продуктом, который в данных условиях не окисляется: третичный спирт, кетон или кислота.

Стоит отметить стадии окисления метанола. Вначале он окисляется до соответствующего альдегида, затем до соответствующей кислоты:

Особенностью этого продукта (муравьиной кислоты) является то, что углерод в карбоксильной группе связан с водородом, и если приглядеться, то можно заметить, что это ни что иное как альдегидная группа:

А альдегидная группа, как мы выяснили ранее, окисляется дальше до карбоксильной:

Узнали полученное вещество? Его брутто-формула H₂CO₃. Это угольная кислота, которая распадается на углекислый газ и воду:

H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑

Поэтому метанол, муравьиный альдегид и муравьиная кислота (за счет альдегидной группы) окисляются до углекислого газа.

Мягкое окисление.

Мягкое окисление – это окисление без сильного нагревания в нейтральной или слабощелочной среде (над реакцией пишут 0° или 20°).

Важно помнить, что спирты в мягких условиях не окисляются. Поэтому если они образуются, то на них окисление и останавливается. Какие вещества будут вступать в реакцию мягкого окисления?

Содержащие двойную связь C=C (Реакция Вагнера).

При этом π-связь разрывается и на освободившиеся связи «садится» по гидроксильной группе. Получается двухатомный спирт:

Спирты далее в мягких условиях не окисляются.

Напишем реакцию мягкого окисления этилена (этена). Запишем исходные вещества и предскажем продукты. При этом H₂O и КOH пока не пишем: они могут оказаться как в правой части уравнения, так и в левой. И сразу определяем степени окисления участвующих в ОВР веществ:

Составим электронный баланс (имеем ввиду, что восстановителя два – два атома углерода, окисляются они по-отдельности):

Расставим коэффициенты:

В конце надо дописать недостающие продукты (H₂O и KOH). Справа не хватает калия – значит щелочь будет справа. Ставим коэффициент перед ней. Слева не хватает водорода, значит, вода слева. Ставим перед ней коэффициент:

Проделаем то же самое с пропиленом (пропеном):

Далее спирт не окисляется в мягких условиях.

Часто подсовывают циклоалкен. Пусть он вас не смутит. Это обычный углеводород с двойной связью:

Где бы не была эта двойная связь, окисление будет идти одинаково:

Содержащие альдегидную группу.

Альдегидная группа более реакционноспособная (легче вступает в реакции), чем спиртовая. Поэтому альдегидная будет окисляться. До кислоты:

Рассмотрим на примере ацетальдегида (этаналя). Запишем реагенты и продукты и расставим степени окисления. Составим баланс и поставим коэффициенты перед восстановителем и окислителем:

В нейтральной среде и слабощелочной ход реакции будет немного разным.

В нейтральной среде, как мы помним при этом в левой части уравнения пишем воду, а в правой части уравнения щелочь (образуется в ходе реакции):

При этом в одной смеси оказываются рядом кислота и щелочь. Происходит нейтрализация.

Они не могут существовать рядом и реагируют, образуется соль:

При этом если мы посмотрим на коэффициенты в уравнении, то поймем, что кислоты 3 моля, а щелочи 2 моля. 2 моля щелочи может нейтрализовать только 2 моля кислоты (образуется 2 моля соли). А один моль кислоты остается. Поэтому конечное уравнение будет таким:

В слабощелочной среде щелочь в избытке – ее добавляют до реакции, поэтому нейтрализуется вся кислота:

Похожая ситуация возникает при окислении метаналя. Он, как мы помним, окисляется до углекислого газа:

Нужно иметь ввиду, что оксид углерода (IV) CO₂ кислотный. И будет реагировать с щелочью. И так как угольная кислота двухосновная, может образовываться как кислая соль, так и средняя. Это зависит от соотношения между щелочью и углекислым газом:

Если щелочь относится к углекислому газу как 2:1, то будет средняя соль:

2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O

Или же щелочи может быть значительно больше (больше, чем в два раза). Если ее больше чем в два раза, то будет оставаться остаток щелочи:

3KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O + KOH

Такое будет возникать в щелочной среде (где щелочи избыток, так как она добавлена в реакционную смесь до реакции) или в нейтральной среде, когда щелочи образуется много.

Но если щелочь относится к углекислому газу как 1:1, то будет кислая соль:

KOH + CO₂ → KHCO₃

Если углекислого газа больше, чем нужно, то он остается в избытке:

KOH + 2CO₂ → KHCO₃ + CO₂

Такое будет в нейтральной среде, если щелочи образуется мало.

Запишем исходные вещества, продукты, составим баланс, проставим степени окисления перед окислителем, восстановителем и продуктами, которые из них образуются:

В нейтральной среде справа будет образовываться щелочь (4KOH):

Теперь надо понять, что же будет образовываться при взаимодействии трех молей CO₂ и четырех молей щелочи.

Три моля щелочи уходит на образование кислой соли, один моль щелочи остается:

3CO₂ + 4KOH → 3KHCO₃ + KOH

И этот один моль щелочи уходит на взаимодействие с одним молем кислой соли:

KHCO₃ + KOH → K₂CO₃ + H₂O

Поэтому получается вот так:

3CO₂ + 4KOH → 2KHCO₃ + K₂CO₃ + H₂O

Поэтому в правой части уравнения пишем два моля гидрокарбоната и один моль карбоната:

А в слабощелочной среде таких заморочек нет: из-за того, что щелочи избыток, будет образовываться средняя соль:

То же самое будет при окислении альдегида щавелевой кислоты:

Как и в предыдущем примере, образуется двухосновная кислота, и по уравнению должно получиться 4 моля щелочи (так как 4 моля перманганата).

В нейтральной среде опять-таки, всей щелочи не хватит на полную нейтрализацию всей кислоты.

Три моля щелочи уходит на образование кислой соли, один моль щелочи остается:

3HOOC–COOH + 4KOH → 3KOOC–COOH + KOH

И этот один моль щелочи уходит на взаимодействие с одним молем кислой соли:

KOOC–COOH + KOH → KOOC–COOK + H₂O

Получается вот так:

3HOOC–COOH + 4KOH → 2KOOC–COOH + KOOC–COOK + H₂O

Конечное уравнение:

В слабощелочной среде образуется средняя соль из-за избытка щелочи:

Содержащие тройную связь C≡C.

Помните, что было при мягком окислении соединений с двойной связью? Если не помните, то пролистайте назад – вспомните.

π-связь рвется, на атомы углерода прикрепляется по гидроксильной группе. Здесь тот же принцип. Только стоит помнить, что в тройной связи есть две π-связи. Сначала это происходит по первой π-связи:

Потом по другой π-связи:

Структура, в которой у одного атома углерода две гидроксильные группы, крайне неустойчива. Когда в химии что-то не устойчиво, оно стремится, чтобы что-то «отвалилось». Отваливается вода, вот так:

Получается карбонильная группа.

Рассмотрим примеры:

Этин (ацетилен). Рассмотрим стадии окисления этого вещества:

Отщепление воды:

Как мы помним, альдегид дальше окисляется:

Запишем исходные вещества, продукты, определим степени окисления, составим баланс, проставим коэффициенты перед окислителем и восстановителем:

Как и в предыдущем примере, в одной реакционной смеси кислота и щелочь. Происходит нейтрализация – образуется соль. Как видно по коэффициенту перед перманганатом щелочи будет 8 молей, то есть вполне хватает для нейтрализации кислоты. Конечное уравнение:

Рассмотрим окисление бутина-2:

Отщепление воды:

Здесь кислоты не образуется, поэтому морочиться над нейтрализацией не надо.

Уравнение реакции:

Кетон, как мы знаем, дальше не окисляется.

Продукты окисления соединений с тройной связью.

Как мы видим из примеров, углерод с тройной связью окисляется:

· До кетонной группы, если этот углерод не с краю (где-то в середине цепи)

· До карбоксильной группы, если с краю (но затем кислота нейтрализуется образовавшейся щелочью – получается соль)

Эти различия (между окислением углерода с краю и посередине цепи) ярко демонстрируются на примере пентина:

Отщепление воды:

Получается вещество интересного строения:

Альдегидная группа продолжает окисляться:

Щелочи должно образовываться 2 моля (так как коэффициент перед перманганатом 2), следовательно, вся кислота нейтрализуется:

Жесткое окисление.

Жесткое окисление – это окисление в кислой, сильнощелочной среде. А также, в нейтральной (или слабощелочной), но при нагревании.

В кислой среде тоже иногда нагревают. Но чтобы жесткое окисление пошло не в кислой среде, нагревание – обязательное условие.

Какие вещества будут подвергаться жесткому окислению? (Вначале разберем только в кислой среде – а потом дополним нюансами, которые возникают при окислении в сильнощелочной и нейтральной или слабощелочной (при нагревании) среде).

При жестком окислении процесс идет по максимуму. Пока есть, что окисляться – окисление идет.

Спирты. Альдегиды.

Рассмотрим окисление этанола. Поступенчато он окисляется до кислоты:

Записываем уравнение. Записываем исходные вещества, продукты ОВР, проставляем степени окисления, составляем баланс. Уравниваем реакцию:

Если реакцию проводить при температуре кипения альдегида, когда он будет образовываться, то будет испаряться (улетать) из реакционной смеси, не успевая окисляться дальше. Того же эффекта можно добиться в очень щадящих условиях (слабое нагревание). В этом случае в качестве продукта пишем альдегид:

Рассмотрим окисление вторичного спирта на примере пропанола-2. Как уже было сказано, окисление обрывается на втором этапе (образование карбонильного соединения). Так как образуется кетон, который не окисляется. Уравнение реакции:

Окисление альдегидов рассмотрим на примете этаналя. Он тоже окисляется до кислоты:

Уравнение реакции:

Метаналь и метанол, как было сказано ранее, окисляются до углекислого газа:

Метанол:

Метаналь:

Содержащие кратные связи.

При этом происходит разрыв цепи по кратной связи. И атомы, которые образовывали ее подвергаются окислению (приобретают связь с кислородом). Окисляются насколько это возможно.

При разрыве двойной связи из обрывков образуются карбонильные соединения (в схеме ниже: из одного обрывка – альдегид, из другого – кетон)

А альдегид может окисляться дальше до кислоты:

Разберем окисление пентена-2:

Окисление «обрывков»:

Получается, что образуется две кислоты. Запишем исходные вещества и продукты. Определим степени окисления у атомов, которые ее меняют, составим баланс, уравняем реакцию:

Составляя электронный баланс, имеем ввиду, что восстановителя два – два атома углерода, окисляются они по-отдельности:

Не всегда будет образовываться кислота. Разберем, например, окисление 2-метилбутена:

Уравнение реакции:

Абсолютно тот же самый принцип при окислении соединений с тройной связью (только окисление идет сразу с образованием кислоты, без промежуточного образования альдегида):

Уравнение реакции:

Когда кратная связь расположена ровно посередине, то получается не два продукта, а один. Так как «обрывки» одинаковые и окисляются они до одинаковых продуктов:

Уравнение реакции:

Дважды коронованная кислота.

Есть одна кислота, у которой карбоксильные группы (короны) соединены друг с другом:

Это щавелевая кислота. Две короны рядом трудно уживаются. Она конечно устойчива в обычных условиях. Но из-за того, что в ней две карбоксильные группы соединены друг с другом, она менее устойчивая, чем другие карбоновые кислоты.

И поэтому при особо жестких условиях она может быть окислена. Происходит разрыв связи между «двумя коронами»:

Уравнение реакции:

Гомологи бензола (и их производные).

Сам бензол не окисляется, из-за того, что ароматичность делает эту структуру очень устойчивой

А вот его гомологи окисляются. При этом тоже происходит разрыв цепи, главное знать где именно. Действуют некоторые принципы:

Бензольное кольцо само не разрушается, и остается целым до конца, разрыв связи происходит в радикале.
Окисляется атом, непосредственно связанный с бензольным кольцом. Если после него углеродная цепь в радикале продолжается – то разрыв будет после него.

Разберем окисление метилбензола. Там окисляется один атом углерода в радикале:

Уравнение реакции:

Разберем окисление изобутилбензола:

Уравнение реакции:

Разберем окисление втор-бутилбензола:

Уравнение реакции:

При окислении гомологов бензола (и производных гомологов) с несколькими радикалами, образуются двух- трех- и более основные ароматические кислоты. Например, окисление 1,2-диметилбензола:

Производные гомологов бензола (в которых у бензольного кольца есть не углеводородные радикалы), окисляются так же. Другая функциональная группа у бензольного кольца не мешает:

Промежуточный итог. Алгоритм «как записать реакцию жесткого окисления перманганатом в кислой среде»:

Записать исходные вещества (органика + KMnO₄ + H₂SO₄).
Записать продукты окисления органики (окисляться будут соединения содержащие спиртовую, альдегидную группы, кратные связи, а также гомологи бензола).
Записать продукт восстановления перманганата (MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O).
Определить степени окисления у участников ОВР. Составить баланс. Проставить коэффициенты у окислителя и восстановителя, а также у веществ, которые из них образуются.
Затем рекомендовано посчитать сколько сульфат-анионов в правой части уравнения, в соответствии с этим поставить коэффициент перед серной кислотой слева.
В конце поставить коэффициент перед водой.

Жесткое окисление в сильнощелочной среде и нейтральной или слабощелочной (при нагревании) среде.

Эти реакции встречаются гораздо реже. Можно сказать, что такие реакции – это экзотика. И как положено любым экзотическим реакциям, эти оказались самыми противоречивыми.

Жесткое окисление оно и в Африке жесткое, поэтому органика окисляется так же, как и в кислой среде.

Отдельно реакции для каждого класса разбирать не будем, так как общий принцип уже изложен ранее. Разберем только нюансы.

Сильнощелочная среда:

В сильнощелочной среде перманганат восстанавливается до степени окисления +6 (манганат калия):

KMnO₄+ KOH → K₂MnO₄.

В сильнощелочной среде щелочи всегда избыток, поэтому будет проходить полная нейтрализация: если образуется углекислый газ – будет карбонат, если образуется кислота – будет соль (если кислота многоосновная – средняя соль).

Например, окисление пропена:

Окисление этилбензола:

Слабощелочная или нейтральная среда при нагревании:

Здесь также необходимо всегда учитывать возможность нейтрализации.

Если окисление протекает в нейтральной среде и образуется кислотное соединение (кислота или углекислый газ), то образующаяся щелочь будет нейтрализовать это кислотное соединение. Но не всегда щелочи хватит на полную нейтрализацию кислоты.

При окислении альдегидов, например, ее не хватает (окисление будет протекать так же, как и в мягких условиях – температура просто ускорит реакцию). Поэтому образуется и соль, и кислота (оставшаяся грубо говоря в избытке).

Мы это обсуждали, когда разбирали мягкое окисление альдегидов.

Поэтому если у вас образуется кислота в нейтральной среде, нужно внимательно посмотреть хватит ли ее на нейтрализацию всей кислоты. Особое внимание нужно уделить нейтрализации многоосновных кислот.

В слабощелочной среде из-за достаточного количества щелочи образуются только средние соли, так, как щелочи избыток.

Как правило, щелочи при окислении в нейтральной среде вполне хватает. И уравнение реакции что в нейтральной, что в слабощелочной среде будут одинаковы.

Для примера разберем окисление этилбензола:

Щелочи вполне хватает на полную нейтрализацию полученных кислотных соединений, даже лишнего останется:

Расходуется 3 моля щелочи – 1 остается.

Конечное уравнение:

Эта реакция в нейтральной и слабощелочной среде будет идти одинаково (в слабощелочной среде слева щелочи нет, но это не значит, что ее нет, просто она в реакцию не вступает).

Окислительно-восстановительные реакции с участием дихромата (бихромата) калия.

Бихромат не имеет такого большого разнообразия реакций окисления органики в ЕГЭ.

Окисление бихроматом проводится как правило только в кислой среде. При это хром восстанавливается до +3. Продукты восстановления:

Окисление будет жестким. Реакция будет очень похожа на окисление перманганатом. Окисляться будут те же вещества, что окисляются перманганатом в кислой среде, образовываться будут те же продукты.

Разберем некоторые реакции.

Рассмотрим окисление спирта. Если проводить окисление при температуре кипения альдегида, то он будет уходить их реакционной смеси, не подвергаясь окислению:

В противном случае, спирт может быть напрямую окислен до кислоты.

Альдегид, полученный в ходе предыдущей реакции, можно «поймать», и заставить его окисляться до кислоты:

Окисление циклогексанола. Циклогексанол является вторичным спиртом, поэтому образуется кетон:

Если тяжело определить степени окисления атомов углерода по такой формуле, на черновике можно расписать:

Уравнение реакции:

Рассмотрим окисление циклопентена.

Двойная связь рвется (цикл размыкается), атомы, которые ее образовывали окисляются до максимума (в данном случае, до карбоксильной группы):

Некоторые особенности окисления в ЕГЭ, с которыми мы не совсем согласны.

Те «правила», принципы и реакции, которые будут рассмотрены в этом разделе, мы считаем не совсем корректными. Они противоречат не только реальному положению дел (химии как науке), но и внутренней логике школьной программы и ЕГЭ в частности.

Но тем не менее, мы вынуждены дать этот материал именно в том виде, который требует ЕГЭ.

Речь пойдет именно о ЖЕСТКОМ окислении.

Помните, как окисляются гомологи бензола и их произсодные в жестких условиях? Радикалы все обрываются – образуются карбоксильные группы. Обрывки подвергаются окислению уже «самостоятельно»:

Так вот, если вдруг радикале появляется гидроксильная группа, или кратная связь, нужно забыть, что там есть бензольное кольцо. Реакция пойдет ТОЛЬКО по этой функциональной группе (или кратной связи).

Функциональная группа и кратная связь главнее бензольного кольца.

Разберем окисление каждого вещества:

Первое вещество:

Нужно не обращать внимание на то, что есть бензольное кольцо. С точки зрения ЕГЭ – это всего лишь вторичный спирт. Вторичные спирты окисляются до кетонов, а кетоны далее не окисляются:

Пусть это вещество у нас будет окисляться бихроматом:

Второе вещество:

Это вещество окисляется, просто как соединение с двойной связью (на бензольное кольцо не обращаем внимание):

Пусть оно будет окисляться в нейтральном перманганате при нагревании:

Образовавшейся щелочи хватает на полную нейтрализацию углекислого газа:

2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O

Итоговое уравнение:

Окисление третьего вещества:

Пусть окисление будет протекать перманганатом калия в кислой среде:

Окисление четвертого вещества:

Оно пусть окисляется в сильнощелочной среде. Уравнение реакции будет:

Ну и напоследок, вот так окисляется винилбензол:

А окисляется он до бензойной кислоты, нужно иметь ввиду, что по логике ЕГЭ он так окисляется не потому, что он – производное бензола. А потому, что он содержит двойную связь.

Заключение.

Это все, что нужно знать об окислительно-восстановительных реакциях с участием перманганата и бихромата в органике.

Не удивляйтесь если, некоторые моменты изложенные в данной статье, вы слышите впервые. Как уже было сказано, тема эта очень обширная и противоречивая. И несмотря на это почему-то ей уделяется крайне мало внимания.

Как вы, возможно, убедились, двумя-тремя реакциями не объяснить всех закономерностей этих реакций. Здесь нужен комплексный подход и подробное объяснения всех моментов. К сожалению в учебниках и на интернет ресурсах тема раскрыта не полностью, либо не раскрыта совсем.

Я постарался устранить эти недоработки и недочеты и рассмотреть эту тему целиком, а не частично. Надеюсь, мне это удалось.

Благодарю Вас за внимание, всего Вам хорошего! Успехов в освоении химической науки и сдаче экзаменов!

Окислительно-восстановительные реакции в органической химии

Текст этой презентации

Слайд 1

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) с участием органических веществ

Слайд 2

Горение органических веществ(полное окисление)
Реакция горения приводит к полному окислению органических веществ, в результате чего образуются СО2 и Н2О: 2С4Н10 + 13О2 = 8СО2 + 10Н2О бутан С2Н4 + 3О2 = 2СО2 + 2Н2О этен 2С2Н2 + 5О2 = 4СО2 + 2Н2О этин С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О этанол
При сгорании азотсодержащих веществ выделяется также N2: 4СН3Nh3 + 9O2 = 4CO2 + 10h3O + 2N2 метиламин Горение хлорпроизводных углеводородов сопровождается выделением HСl: 2C2H5Cl + 6O2 = 4CO2 + 4h3O + 2HCl хлорэтан

Слайд 3

Алканы
При обычных условиях устойчивы к действию окислителей (растворы KMnO4, K2Cr2O7). В результате контролируемого каталитического окисления кислородом можно получить спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты:

Слайд 4

Алкены
В зависимости от природы окислителя и условий реакции образуются различные продукты: двухатомные спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты При окислении водным растворoм KMnO4 при комнатной температуре происходит разрыв π-связи и образуются двухатомные спирты (реакция Вагнера): Обесцвечивание раствора перманганата калия — качественная реакция на кратную связь

Слайд 5

Алкены
Окисление алкенов концентрированным раствором перманганата калия KMnO4 или бихромата калия K2Cr2O7 в кислой среде сопровождается разрывом не только π-, но и σ-связи Продукты реакции – карбоновые кислоты и кетоны (в зависимости от строения алкена) С помощью этой реакции по продуктам окисления алкена можно определить положение двойной связи в его молекуле:

Слайд 6

Алкены
Алкены разветвленного строения, содержащие углеводородный радикал у атома углерода, соединенного двойной связью, при окислении образуют смесь карбоновой кислоты и кетона:

Слайд 7

Алкены
Алкены разветвленного строения, содержащие углеводородные радикалы у обоих атомов углерода, соединенных двойной связью, при окислении образуют смесь кетонов:

Слайд 8

Алкены
В результате каталитического окисления алкенов кислородом воздуха получают эпоксиды:
В жестких условиях при сжигании на воздухе алкены, как и другие углеводороды, сгорают с образованием углекислого газа и воды: С2Н4 + 3О2 → 2СО2 + 2Н2О

Слайд 9

Алкины
Алкины легко окисляются перманганатом калия и бихроматом калия по месту кратной связи При действии на алкины водным раствором KMnO4 происходит его обесцвечивание (качественная реакция на кратную связь) При взаимодействии ацетилена с водным раствором перманганата калия образуется соль щавелевой кислоты (оксалат калия):

Слайд 10

Алкины
Окисление перманганатам калия в кислой среде при нагревании сопровождается разрывом углеродной цепи по месту тройной связи и приводит к образованию кислот: Окисление алкинов, содержащих тройную связь у крайнего атома углерода, сопровождается в этих условиях образованием карбоновой кислоты и СО2:

Слайд 11

Циклоалканы
При действии сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.) циклоалканы образуют двухосновные карбоновые кислоты с тем же числом атомов углерода: Адипиновая кислота используется для производства полиамидных волокон – капрона и найлона

Слайд 12

Арены
Бензол Устойчив к окислителям при комнатной температуре Не реагирует с водными растворами перманганата калия, бихромата калия и других окислителей Можно окислить озоном с образованием диальдегида:

Слайд 13

Арены
Гомологи бензола Окисляются относительно легко. Окислению подвергается боковая цепь, у толуола – метильная группа. Мягкие окислители (MnO2) окисляют метильную группу до альдегидной группы:
О // С6Н5СН3 + MnO2 → C6H5− C Н бензальдегид

Слайд 14

Арены
Более сильные окислители – KMnO4 в кислой среде или хромовая смесь при нагревании окисляют метильную группу до карбоксильной: В нейтральной или слабощелочной среде образуется не сама бензойная кислота, а ее соль — бензоат калия:

Слайд 15

Арены
Под действием сильных окислителей (KMnO4 в кислой среде или хромовая смесь) боковые цепи окисляются независимо от строения: атом углерода, непосредственно связанный с бензольным ядром, до карбоксильной группы, остальные атомы углерода в боковой цепи — до СО2 Окисление любого гомолога бензола с одной боковой цепью под действием KMnO4 в кислой среде или хромовой смеси приводит к образованию бензойной кислоты:

Слайд 16

Арены
Гомологи бензола, содержащие несколько боковых цепей, при окислении образуют соответствующие многоосновные ароматические кислоты:

Слайд 17

Арены
В нейтральной или слабощелочной среде при окислении перманганатом калия образуются соль карбоновой кислоты и карбонат калия:

Слайд 18

Спирты
Наиболее подходящие окислители для первичных и вторичных спиртов: KMnO4, хромовая смесь, О2 в присутствии катализатора, Cl2, Br2 Первичные спирты, кроме метанола, окисляются до альдегидов или карбоновых кислот:

Слайд 19

Спирты
Метанол окисляется до СО2: Этанол под действием Cl2 окисляется до уксусного альдегида: Вторичные спирты окисляются до кетонов:

Слайд 20

Фенолы
Окисляются легко благодаря наличию гидроксогруппы, соединенной с бензольным кольцом Фенол окисляется пероксидом водорода в присутствии катализатора до двухатомного фенола пирокатехина, при окислении хромовой смесью – до пара-бензохинона:

Слайд 21

Альдегиды и кетоны
Альдегиды окисляются легко, при этом альдегидная группа окисляется до карбоксильной: Метаналь окисляется до CО2:

Слайд 22

Альдегиды и кетоны
Ароматические альдегиды легко окисляются даже кислородом воздуха:

Слайд 23

Альдегиды и кетоны
Качественные реакции на альдегиды: окисление гидроксидом меди(II) реакция «серебряного зеркала»
Соль, а не кислота!

Слайд 24

Альдегиды и кетоны
Кетоны окисляются с трудом, слабые окислители на них не действуют Под действием сильных окислителей происходит разрыв С — С связей по обе стороны карбонильной группы с образованием смеси кислот (или кетонов) с меньшим числом атомов углерода, чем в исходном соединении:

Слайд 25

Альдегиды и кетоны
В случае несимметричного строения кетона окисление преимущественно осуществляется со стороны менее гидрированного атома углерода при карбонильной группе (правило Попова – Вагнера) По продуктам окисления кетона можно установить его строение:

Слайд 26

Непредельные карбоновые кислоты
Легко окисляются водным раствором KMnO4 в слабощелочной среде с образованием дигидрооксикислот и их солей: В кислой среде происходит разрыв углеродного скелета по месту двойной связи С=С с образованием смеси кислот:

Слайд 27

Щавелевая кислота
Легко окисляется под действием KMnO4 в кислой среде при нагревании до CО2 (метод перманганатометрии): При нагревании подвергается декарбоксилированию (реакция диспропорционирования): В присутствии концентрированной h3SO4 при нагревании щавелевая кислота и ее соли (оксалаты) диспропорционируют:

Тренировочные задания. Окислительно-восстановительные реакции с участием органических веществ

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

1. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

2. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

3. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

4. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

5. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

6. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

7. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

8. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

9. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

10. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

11. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

12. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

13. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

14. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Укажите окислитель и восстановитель.

Ответы

Вы завершили курс по самостоятельной подготовке к ЕГЭ по химии. Если остались пробелы — закройте их с онлайн репетитором. Выбрать репетитора можно на сайте — http://profi-teacher.ru/school-predmety/repetitors-ximii/

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

Насколько хорошо спектроскопия отражения в ближней инфракрасной области (NIRS) может измерять органическое вещество отложений в нескольких озерах?

Alm T (1993) Øvre AEråsvatn — палиностратиграфия озерной записи от 22 000 до 10 000 лет назад на Андёйе, северная Норвегия. Борей 22: 171–188. https://doi.org/10.1111/j.1502-3885.1993.tb00178.x

Артикул Google ученый

Alsos IG, Sjögren P, Edwards ME, Landvik JY, Gielly L, Forwick M, Coissac E, Brown AG, Jakobsen LV, Foreid MK, Pedersen MW (2016) Осадочная древняя ДНК из озера Скартьёрна, Шпицберген: оценка устойчивость арктической флоры к изменению климата в эпоху голоцена.Голоцен 26: 627–642. https://doi.org/10.1177/0959683615612563

Артикул Google ученый

Balsam WL, Deaton BC (1996) Определение состава позднечетвертичных морских отложений по спектрам диффузного отражения NUV, VIS и NIR. Мар Геол 134: 31–55. https://doi.org/10.1016/0025-3227(96)00037-0

Артикул Google ученый

Barthes BG, Brunet D, Ferrer H, Chotte JL, Feller C (2006) Определение общего содержания углерода и азота в ряде тропических почв с использованием ближней инфракрасной спектроскопии: влияние репликации, измельчения и сушки образцов.J Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне 14: 341–348. https://doi.org/10.1255/jnirs.686

Артикул Google ученый

Биркс Х. Х., Биркс Х. Дж. Б. (2006) Мультипрокси-исследования в палеолимнологии. Veg Hist Archaeobot 15: 235–251. https://doi.org/10.1007/s00334-006-0066-6

Артикул Google ученый

Бьорк С., Хоканссон Х., Зале Р., Карлен В., Йонссон Б.Л. (1991) Последовательность озерных отложений позднего голоцена с острова Ливингстон, Южные Шетландские острова, с палеоклиматическими последствиями.Науки об Антарктике 3: 61–72. https://doi.org/10.1017/S0

2010X

Артикул Google ученый

Чодак М. (2008) Применение ближней инфракрасной спектроскопии для анализа почв, подстилки и растительного материала. Pol J Environ Stud 17: 631–642

Google ученый

Clarke CL, Edwards ME, Brown AG, Gielly L, Lammers Y, Heintzman PD, Ancin-Murguzur FJ, Bråthen KA, Goslar T., Alsos IG (2019) Флористическое разнообразие и богатство голоцена на северо-востоке Норвегии, выявленное древними осадочными отложениями. ДНК (седа ДНК) и пыльца.Борей 48: 299–316. https://doi.org/10.1111/bor.12357

Артикул Google ученый

Коццолино Д., Морон А. (2003) Возможности спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области для анализа химических и физических характеристик почвы. J Agric Sci 140: S0021859602002836. https://doi.org/10.1017/S0021859602002836

Артикул Google ученый

Коццолино Д., Морон А. (2006) Возможности спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области и хемометрии для прогнозирования фракций органического углерода в почве.Обработка почвы Res 85: 78–85. https://doi.org/10.1016/j.still.2004.12.006

Артикул Google ученый

Дин В.Е. (1974) Определение карбонатов и органических веществ в известковых отложениях и осадочных породах по потерям при возгорании: сравнение с другими методами. J Sediment Petrol 44: 242–248

Google ученый

Фоли В.Дж., Макилви А., Лоулер И., Арагонес Л., Вулноу А.П., Бердинг Н. (1998) Экологические приложения спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области — инструмент для быстрого и экономичного прогнозирования состава тканей растений и животных и аспекты продуктивности животных.Oecologia 116: 293–305. https://doi.org/10.1007/s004420050591

Артикул Google ученый

Gholizadeh A, Luboš B, Saberioon M, Vašát R (2013) Применение спектроскопии в видимой, ближней и средней инфракрасной областях спектра для оценки почвы с акцентом на содержание и качество органических веществ в почве: современное состояние и ключевые вопросы. Appl Spectrosc 67: 1349–1362. https://doi.org/10.1366/13-07288

Артикул Google ученый

Хан А., Клим П., Олендорф С., Золичка Б., Розен П. (2013) Изменения, вызванные климатом, зарегистрированные в неорганических и органических компонентах донных отложений в лагуне Потрок-Айке (Аргентина) в течение последней 51 тыс.Quat Sci Rev 71: 154–166. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2012.09.015

Артикул Google ученый

Heanes DL (1984) Определение общего органического углерода в почвах с помощью улучшенного переваривания хромовой кислоты и спектрофотометрической процедуры. Commun Soil Sci Plant Anal 15: 1191–1213. https://doi.org/10.1080/001036284051

Артикул Google ученый

Хейри О., Лоттер А.Ф., Лемке Г. (2001) Потери при возгорании как метод оценки содержания органических и карбонатов в отложениях: воспроизводимость и сопоставимость результатов.J Палеолимнол 25: 101–110. https://doi.org/10.1023/A:1008119611481

Артикул Google ученый

Inagaki T, Shinozuka Y, Yamada K, Yonenobu H, Hayashida A, Tsuchikawa S, Yoshida A, Hoshino Y, Gotanda K, Yasuda Y (2012) Быстрое прогнозирование климатических условий в прошлом на основе озерных отложений с помощью ближнего инфракрасного ( БИК) спектроскопия. Appl Spectrosc 66: 673–679. https://doi.org/10.1366/11-06418

Артикул Google ученый

Дженсен К., Воррен К.-Д. (2008) Голоценовая растительность и климатическая динамика бореального альпийского экотона северо-западной Фенноскандии.J Quat Sci 23: 719–743. https://doi.org/10.1002/jqs.1155

Артикул Google ученый

Kaye W (1954) Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне: спектральная идентификация и аналитические приложения. Spectrochim Acta 6: 257–287

Статья Google ученый

Кэй В. (1955) Спектроскопия в ближней инфракрасной области: приборы и техника. Spectrochim Acta 7: 181–204

Google ученый

Кеннард Р., Стоун Л. (1969) Компьютерное планирование экспериментов.Технометрика 11: 137–148

Артикул Google ученый

Корсман Т., Нильссон М.Б., Ландгрен К., Ренберг И. (1999) Пространственная изменчивость в составе поверхностных отложений, характеризуемая спектроскопией отражения в ближней инфракрасной области (БИК). Журнал Палеолимнол 21: 61–71. https://doi.org/10.1023/A:1008027001745

Артикул Google ученый

Leach CJ, Wagner T, Jones M, Juggins S, Stevenson AC (2008) Быстрое определение общей концентрации органического углерода в морских отложениях с использованием спектроскопии в ближней инфракрасной области с преобразованием Фурье (FT-NIRS).Org Geochem 39: 910–914. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2008.04.012

Артикул Google ученый

Malley DF, Williams PC, Stainton MP (1996) Быстрое измерение взвешенных C, N и P из докембрийских защитных озер с использованием спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области. Water Res 30: 1325–1332

Статья Google ученый

Malley DF, Rönicke H, Findlay DL, Zippel B (1999) Возможность использования спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области для анализа C, N, P и диатомовых водорослей в озерных отложениях.Дж. Палеолимнол 21: 295–306. https://doi.org/10.1023/A:1008013427084

Артикул Google ученый

Малли Д.Ф., Локхарт Л., Уилкинсон П., Хаузер Б. (2000) Определение углерода, карбоната, азота и фосфора в пресноводных отложениях с помощью спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области: экспресс-анализ и проверка традиционных аналитических методов. Дж. Палеолимнол 24: 415–425. https://doi.org/10.1023/A:1008151421747

Артикул Google ученый

Martens H, Naes T (1989) Многомерная калибровка.John Wiley & Sons

McTiernan KB, Garnett MH, Mauquoy D, Ineson P, Couteaux MM (1998) Использование спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области (NIRS) в палеоэкологических исследованиях торфа. Голоцен 8: 729–740. https://doi.org/10.1191/095968398673885510

Артикул Google ученый

Mecozzi M, Pietrantonio E, Amici M, Romanelli G (2001) Определение карбоната в морских твердых образцах с помощью FTIR-ATR спектроскопии.Аналитик 126: 144–146. https://doi.org/10.1039/b009031j

Артикул Google ученый

Mevik B-H, Wehrens R (2007) Пакет pls: главный компонент и частичная регрессия наименьших квадратов в R. J Stat Softw 18: 1-24. https://doi.org/10.1002/wics.10

Артикул Google ученый

Meyer-Jacob C, Vogel H, Gebhardt AC, Wennrich V, Melles M, Rosen P (2014) Биогеохимическая изменчивость за последние 3.6 миллионов лет, зарегистрированные с помощью ИК-Фурье спектроскопии в осадках озера Эльгыгытгын. Дальний Восток Русь Arct Clim Past 10: 209–220. https://doi.org/10.5194/cp-10-209-2014

Артикул Google ученый

Meyer-Jacob C, Michelutti N, Paterson AM, Monteith D, Yang H, Weckström J, Smol JP, Bindler R (2017) Вывод прошлых тенденций в концентрации органического углерода в озерной воде в северных озерах с использованием спектроскопии отложений. Environ Sci Technol 51: 13248–13255.https://doi.org/10.1021/acs.est.7b03147

Артикул Google ученый

Nduwamungu C, Ziadi N, Parent L-E, Tremblay GF, Thuriès L (2009) Возможности и ограничения применения спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области в анализе почвы: обзор. Может J Soil Sci 89: 531–541. https://doi.org/10.4141/CJSS08076

Артикул Google ученый

Nesje A, Dahl SO (2001) Гренландия 8200 кал.yr Событие АД, обнаруженное в профилях потерь при возгорании в норвежских озерных осадках. J Quat Sci 16: 155–166. https://doi.org/10.1002/jqs.567

Артикул Google ученый

Pearson EJ, Juggins S, Tyler J (2014) Анализ общего органического углерода сверхвысокого разрешения с использованием спектроскопии отражения в ближней инфракрасной области с преобразованием Фурье (FT-NIRS). Geochem Geophys Geosyst 15: 292–301. https://doi.org/10.1002/2013GC004928

Артикул Google ученый

R Development Core Team (2014) R: язык и среда для статистических вычислений.R Фонд статистических вычислений, Вена, Австрия. http://www.R-project.org/. R Found Stat Comput Вена, Австрия

Roggo Y, Chalus P, Maurer L, Lema-Martinez C, Edmond A, Jent N (2007) Обзор ближней инфракрасной спектроскопии и хемометрии в фармацевтических технологиях. J Pharm Biomed Anal 44: 683–700. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2007.03.023

Артикул Google ученый

Розен П., Перссон П. (2006) Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIRS), новый метод определения прошлых изменений положения линий деревьев и общего содержания углерода с использованием озерных отложений.Дж. Палеолимнол 35: 913–923. https://doi.org/10.1007/s10933-005-5010-8

Артикул Google ученый

Rosén P, Vogel H, Cunningham L, Reuss N, Conley DJ, Persson P (2010) Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, новый метод быстрого определения общего органического и неорганического углерода и концентрации биогенного кремнезема в озерных отложениях. J Paleolimnol 43: 247–259. https://doi.org/10.1007/s10933-009-9329-4

Артикул Google ученый

Rosén P, Vogel H, Cunningham L, Hahn A, Hausmann S, Pienitz R, Zolitschka B, Wagner B, Persson P (2011) Универсальная модель для количественного определения состава озерных отложений с использованием инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье.Environ Sci Technol 45: 8858–8865. https://doi.org/10.1021/es200203z

Артикул Google ученый

Стенберг Б., Вискарра Россель Р. (2016) Гостевая редакция: спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне для лучшего понимания почвы. J Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне. https://doi.org/10.1255/jnirs.1234

Артикул Google ученый

Стенберг Б., Россель Р.В., Муазен М., Веттерлинд Дж. (2010) Спектроскопия в видимой и ближней инфракрасной области в почвоведении.Adv Agron 107 (107): 163–215. https://doi.org/10.1016/s0065-2113(10)07005-7

Артикул Google ученый

Стивенс А., Рамирес-Лопес Л. (2014) Введение в пакет проспекта. Виньетка пакета R, номер отчета: версия пакета R 0.1.3

Свендсен Дж. И., Фаерсет ЛМБ, Гилленкрейц Р., Хафлидасон Х, Хенриксен М., Ховланд М. Н., Лон ØS, Мангеруд Дж., Назаров Д., Регнелл С., Шефер Дж. М. (2018) Изменения ледникового покрова и окружающей среды за последние 60 000 лет в Полярном Урале в Арктической зоне России, полученные на основе данных об озерах с высоким разрешением и других наблюдений в прилегающих районах.Борей. https://doi.org/10.1111/bor.12356

Артикул Google ученый

Viscarra Rossel R (2009) Группа по спектроскопии почвы и разработка глобальной библиотеки спектральных характеристик почвы. NIR News 20:14. https://doi.org/10.1255/nirn.1131

Артикул Google ученый

Фогель Х., Розен П., Вагнер Б., Меллес М., Перссон П. (2008) Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, новый экономичный инструмент для количественного анализа биогеохимических свойств в длинных записях отложений.J Paleolimnol 40: 689–702. https://doi.org/10.1007/s10933-008-9193-7

Артикул Google ученый

Vogel H, Meyer-Jacob C, Thöle L, Lippold JA, Jaccard SL (2016) Количественная оценка биогенного кремнезема с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIRS) в морских отложениях. Методы Limnol Oceanogr 14: 828–838. https://doi.org/10.1002/lom3.10129

Артикул Google ученый

Wang J, Zhu L, Wang Y, Gao S, Daut G (2012) Сравнение различных методов определения содержания органического и неорганического углерода в озерных отложениях двух озер на Тибетском плато.Quat Int 250: 49–54. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2011.06.030

Артикул Google ученый

Долгосрочные тенденции изменения pH, алюминия и растворенного органического углерода в пресных водах Шотландии; значение для выживания кумжи (Salmo trutta)

Абстрактный. Растворенный органический углерод (РОУ) в почвенном растворе связан с РОУ в поверхностных водах через гидрологические потоки. Следовательно, ожидается, что долгосрочная динамика РОУ в поверхностных водах отражает тенденции РОУ в почвенном растворе.Однако многочисленные исследования на местах пока не смогли установить устойчивые тенденции в DOC почвенного раствора, тогда как увеличение концентрации в европейских поверхностных водах за последние десятилетия, по-видимому, является нормой, возможно, в результате восстановления подкисления. Таким образом, цель данного исследования заключалась в том, чтобы понять долгосрочные тенденции DOC в почвенном растворе в большом количестве европейских лесов (участки МСП по лесам, уровень II) и определить их основные физико-химические и биологические меры контроля. Мы применили анализ тенденций на двух уровнях: 1) ко всему европейскому набору данных и 2) к отдельным временным рядам и связанным тенденциям с характеристиками графиков, т.е.е., свойства почвы и растительности, химический состав почвенного раствора и нагрузки атмосферного осаждения. Анализ всего набора данных показал общую тенденцию к увеличению концентраций DOC в органических слоях, но на отдельных участках и глубинах не было четкой общей тенденции в DOC почвенного раствора по всей Европе с временными наклонами DOC почвенного раствора в диапазоне от -16,8%. год − 1 и +23% год − 1 (медиана = +0,4% год − 1). Количество незначительных тенденций (40%) превысило количество тенденций к увеличению (35%) и снижению (25%) на 97 участках МСП по лесам уровня II.Посредством многомерной статистики мы обнаружили увеличение концентраций DOC с увеличением среднего осаждения нитратов (NO3–) и снижение концентраций DOC с уменьшением осаждения сульфата (SO42–), причем величина этих соотношений зависит от истории отложений на графике. Хотя приписывание тенденций к увеличению DOC восстановлению осаждения SO42– может быть подтверждено в лесах с более низким содержанием азота, в соответствии с данными наблюдений в поверхностных водах, этого не произошло в лесах с более высоким содержанием азота.В заключение, долгосрочные тенденции DOC почвенного раствора отражают взаимодействие между элементами управления, действующими в локальном (свойства почвы и растительности) и региональном (атмосферное осаждение SO42– и неорганического N) масштабах.

Влияние источника растворенного органического вещества на структуру и функцию бактериопланктона озера — последствия для сезонной динамики состава сообществ | FEMS Microbiology Ecology

^{697″ data-legacy-id=»ss0″> Введение}

Появляется все больше доказательств важности аллохтонного органического углерода в поддержании метаболизма водных бактерий.Во многих системах дисбаланс внутренней первичной продукции, бактериальной продукции и дыхания указывает на важность аллохтонного органического вещества для гетеротрофных бактерий (del Giorgio et al. , 1997; Karlsson et al. , 2002). Прямой анализ источника углерода (C) с помощью анализа стабильных изотопов также продемонстрировал важность аллохтонного углерода для производства бактериальной биомассы (Coffin & Cifuentes, 1999; Kritzberg et al. , 2004). Тем не менее, есть признаки того, что бактериальные сообщества в озерах используют автохтонный растворенный органический углерод (DOC) предпочтительно, а также более эффективно, чем аллохтонный C (Kritzberg et al., 2004, 2002, 2005, в печати). Следствием этого может быть то, что, хотя бактерии используют большое количество углерода, полученного на суше, этот углерод неэффективно передается организмам на более высоких трофических уровнях.

Бактериопланктон не является однородной популяцией с согласованной экологией и физиологией, и было показано, что разные группы бактерий обладают разными способностями к использованию качественно разных субстратов (Cottrell & Kirchman, 2000). Следовательно, состав и источник органического вещества могут влиять на состав бактериального сообщества в результате различий в скорости роста разных групп бактерий на разных субстратах.Такие различия в структуре сообщества могут объяснить, почему мы наблюдаем различное поглощение и использование автохтонного и аллохтонного C при изучении процессинга C на уровне всего бактериального сообщества.

Применение методов молекулярной биологии значительно улучшило наше понимание бактериальных сообществ в окружающей среде, позволив идентифицировать некультивируемые бактерии. Особенно интересны недавние исследования, сочетающие молекулярные методы и биогеохимию для изучения взаимосвязей между структурой, функцией бактериального сообщества и круговоротом растворенного органического вещества (РОВ) в водных системах.Из таких исследований мы узнали, что использование РОВ с высокой и низкой молекулярной массой (Weinbauer & Höfle, 1999; Cottrell & Kirchman, 2000; Covert & Moran, 2001) и активность ферментов (Weinbauer & Höfle, 1999; Kirchman et al. ) , 2004) различаются между основными филогенетическими группами. Кроме того, изменения в составе сообщества фитопланктона могут вызывать реакцию в видовом составе бактериопланктона (Pinhassi et al. , 2004), возможно, в результате дифференциального высвобождения органического вещества из водорослей (Van Hannen et al., 1999). Таким образом, количество и качество РОВ было предложено как один из нескольких важных факторов, структурирующих бактериальное сообщество в озерах (например, Methé & Zehr, 1999; Crump et al. , 2003; Stepanauskas et al. , 2003; Jardillier и др. , 2004). Более того, в исследовании 13 озер штата Висконсин (Yannarell & Triplett, 2004) степень чистой гетеротрофии или сетевой автотрофии оказалась одним из структурирующих факторов бактериальных сообществ, что позволяет предположить, что РОВ автохтонного и аллохтонного происхождения перерабатываются филогенетически разными бактериями.

Целью этого исследования было определить, может ли источник органического субстрата влиять на структуру и функции сообщества бактериопланктона озера. Были изучены два небольших лесных озера, существенно различающихся по источникам органического вещества. Озеро Вторник было слегка гетеротрофным в течение сезона, и аллохтонный вклад в бактериальный C оценивался в 78% (Kritzberg et al. , в печати). Напротив, озеро Питер обогащалось питательными веществами, способствовало производству водорослей, и впоследствии стало нетрофным.Бактериопланктон получает в среднем 54% своей продукции от углерода, производимого фитопланктоном (Kritzberg et al. , в печати). Таким образом, бактерии в этих двух озерах во многом зависели от РОВ разного происхождения и состава. Кроме того, относительный вклад аллохтонного и автохтонного DOC в озере Питер со временем изменился в сторону более автохтонного C. Мы проанализировали сезонные изменения в составе бактериального сообщества озер по терминальному полиморфизму рестрикционных фрагментов (t-RFLP) по отношению к переменным окружающей среды озера.Кроме того, мы провели эксперименты с периодическим культивированием, в которых вода из озера Вторник была дополнена продуктами выщелачивания РОВ из березовых и кленовых листьев, водорослей, а также фульвокислот.

^{703″ data-legacy-id=»ss2″> Описание озера и отбор проб}

Исследование состояло из двух частей. Первая часть была направлена на наблюдение за сезонной динамикой в составе бактериального сообщества в двух озерах, которые различались в отношении автохтонной и аллохтонной углеродной нагрузки, и на изучение того, как это связано с внутренними условиями озер.Вторая часть представляла собой эксперимент с периодическим культивированием в одном из озер, где мы хотели посмотреть, способствуют ли добавки с разными субстратами РОВ разным бактериальным сообществам с разными функциями.

В первой части исследования образцы озер Вторник и Питер отбирались еженедельно с конца мая до конца июля 2002 года. Озера расположены на территории Центра экологических исследований Университета Нотр-Дам (UNDERC, 89 ° 32 ′ W, 46 ° 13N) в северном Висконсине и расположены на расстоянии <0,5 км друг от друга.В целом, озера находятся в одном и том же водосборном бассейне, и оба озера являются фильтрационными (Cole & Pace, 1998). Озера Вторник и Петер - небольшие котловины (0,9 и 2,5 га), окруженные болотами и лесами, в которых преобладают сахарный клен ( Acer saccharum ), желтая береза ( Betula lutea ) и бальзамическая пихта ( Abies balsamea ). В обоих озерах обитают рыбные сообщества, в которых преобладают планктоноядные гольяны, подавляющие крупный зоопланктон. Озера различаются по содержанию растворенного органического углерода (РОУ) и цвету воды; в среднем за полевой сезон 2001 г. было 8.4 и 4,5 мг L ^-1 и 3,5 и 1,3 м ^-1 (поглощение при 440 нм) для Вторника и озера Питер, соответственно.

Озера олиготрофны и аналогичны в отношении эпилимнетической концентрации фосфора (поверхностные средние с мая по август 2001 г. составляли 10 и 8 мг P м ⁻³) и хлорофилла a (5,3 и 4,1 мг м ⁻³ ). Однако с 3 июня и далее в озеро Питер вносили жидкие удобрения (NH ₄ NO ₃ и H ₃ PO ₄; N: P = 25), чтобы сделать его эвтрофическим.Первоначальное добавление 23 мг P m ⁻² и 265 мг N m ⁻² было сделано 3 июня. С 10 июня ежедневные добавления, соответствующие скорости загрузки P 3,3 мг P m ⁻² день ^{— Изготовлено 1} штуки.

Для определения состава бактериального сообщества (BCC) вода собиралась с помощью пробоотборника длиной 2 м и транспортировалась в лабораторию при температуре in situ . Для каждого озера три стерильные микроцентрифужные пробирки заполняли частями 1,5 мл из собранного объема воды и центрифугировали при 17000 g в течение 30 минут (Øvreås et al., 1997). Супернатант удаляли, и бактериальные осадки хранили в центрифужных пробирках сначала при -20 ° C (до 2 месяцев), а затем при -80 ° C. Этот материал впоследствии был использован для экстракции ДНК (Lindström & Bergström, 2004). Одновременно с образцами, используемыми для BCC, регистрировали температуру и отбирали образцы для анализа pH, общего фосфора, общего азота, DOC, цвета воды, парциального давления углекислого газа, численности бактерий, продукции бактерий и хлорофилла a .

Опытная установка

Были приготовлены четыре субстрата РОВ: водоросли, береза, клен и фульвокислоты. Высушенные сублимацией Chlorella vulgaris (Lifestream Research, Окленд, Новая Зеландия) растворяли в автоклавированной воде обратного осмоса (RO) и затем обрабатывали ультразвуком при 35000 Гц в течение 2 × 30 мин. Материал в виде частиц удаляли центрифугированием и последующей фильтрацией GF / F (Whatman, Brentford, UK; номинальный размер пор 0,7 мкм). Конечная концентрация DOC в фильтрате водорослей составляла 1257 мг C L ^-1.Листья березы желтой ( Betula lutea , 250 г сырого веса) и сахарного клена ( Acer saccharum , 250 г сырого) промывали водопроводной водой и затем выщелачивали в автоклавированной воде обратного осмоса (конечный объем воды и листьев: 1 л) . Выщелачивание происходило в темноте при 4 ° С в течение 48 ч. Концентрации продуктов выщелачивания составляли 1619 и 1274 мг CL ^-1 соответственно. Лиофилизированные фульвокислоты Лаврентия (Fredriks Research Products, Амстердам, Нидерланды) растворяли в автоклавированной воде обратного осмоса до концентрации 1263 мг C L ^-1.Четыре субстрата (A: водоросли, B: береза, M: клен, F: фульвокислоты) фильтровали через фильтры GF / F и замораживали до начала экспериментов.

Воду собирали из озера Вторник 17 июля, как описано выше. Воду фильтровали через предварительно сгоревшие фильтры AE (Gelman) и автоклавированные фильтры 0,2 мкм, и частичные объемы 1 л переносили в стеклянные бутылки на 1,2 л. Подложки DOM (A, B, M и F), соответствующие увеличению DOC на c . 10 мг C L ^-1 (удвоение концентрации DOC в окружающей среде в озере Вторник) добавляли в трехкратные стеклянные бутылки с водой Вторника.Непосредственно перед внесением поправок субстраты РОМ трижды фильтровали через автоклавированные фильтры 0,2 мкм, чтобы удалить все бактерии перед экспериментальной обработкой. Чтобы убедиться, что к субстратам не добавлялись бактерии, отрицательные контроли с автоклавированной озерной водой и добавками субстратов выдерживали в условиях, идентичных условиям экспериментальных обработок. Эти контрольные культуры оставались стерильными до конца эксперимента. Добавление субстратов вызывало изменения pH и 0.5 N H ₂ SO ₄ и 0,5 N NaOH добавляли для восстановления исходного pH (6,2). Наконец, различные питательные среды инокулировали 100 мл фильтрованной GF / D (Whatman, номинальный размер пор 2,7 мкм) воды вторника. Фильтрация GF / D снизила численность бактерий до 93% от естественной численности и удалила практически все виды, поедающие бактерии. Затем 12 бутылей (4 × 3) закрывали газонепроницаемыми резиновыми перегородками и инкубировали в темноте при температуре in situ (25 ° C).

Через 2 часа инкубации из каждой бутылки с помощью шприца отбирали образец объемом 60 мл и заменяли равным объемом N ₂ -газа.Образец использовался для начальных измерений концентрации DOC и растворенного неорганического углерода. Та же процедура отбора проб была повторена через 63 ч. После этого отбора проб бутылки открывали и отбирали образцы на ОЦК, как описано выше. Чтобы обеспечить возможность сравнения с партиями культур, отфильтрованный через GF / D посевной материал отбирали образцы на BCC в связи с посевом (образец t0).

Тройные копии бутылок с БПК объемом 300 мл (всего 12), содержащих такие же пропорции воды из озера, отфильтрованной 0,2 мкм, субстрата РОМ и воды из озера, отфильтрованной GF / D, инкубировали параллельно с 1.Партии по 2 л. Из бутылок с БПК отбирали пробы шесть раз в течение 63 часов, чтобы проследить бактериальную продукцию.

Накопленная продукция бактерий (BP) во флаконах с БПК объемом 300 мл и накопленный растворенный неорганический углерод (дыхание бактерий; BR) в флаконах объемом 1,2 л использовались для расчета эффективности роста бактерий (BGE) [BGE = BP / (BP + BR) ]. Относительная доля DOC, используемого в эксперименте, была получена путем деления накопленного BP +, накопленного растворенного неорганического углерода, на начальную концентрацию DOC.

Аналитические методы

pH измеряли цифровым измерителем Orion с двухточечной калибровкой и электродами с автоматической температурной компенсацией. Растворенный неорганический углерод и парциальное давление диоксида углерода ( p CO ₂) измеряли с использованием газового хроматографа Schimadzu GC-8AIT (детектор теплопроводности, Shimadzu Scientific Instruments, Колумбия, Миссури). Растворенный неорганический углерод определяли с использованием метода Стейнтона (Stainton, 1973), при котором свободное пространство от подкисленных образцов вводилось в газовый хроматограф. p CO ₂ определяли с использованием метода Коула и других (Cole et al. , 1994), в котором 2 л воды уравновешивают 60 мл воздуха в поликарбонатной бутылке. Уравновешенный газ затем набирается в шприцы на 20 мл и транспортируется в лабораторию для анализа в газовом хроматографе (ГХ). DOC измеряли на образцах, отфильтрованных GF / F, с использованием углеродного анализатора Schimadzu TOC-5000. Фильтраты GF / F также использовали для измерения оптической плотности при 250 ( A ₂₅₀) и 440 нм ( A ₄₄₀).Цвет воды выражался в виде коэффициентов поглощения, зависящих от длины волны ( a _{250, 440} = 2,303 A _{250, 440}/ l , где l — длина оптического пути в метрах). Коэффициенты молярного поглощения были рассчитаны как _{250, 440} = a _{250, 440}/ C , где C — концентрация DOC в мМ. ₂₅₀ считался индикатором вклада малых молекул, а ɛ ₄₄₀ — индикатором вклада больших молекул, обогащенных хромофорами, в пул DOC (Strome & Miller, 1978).Для сезонных данных общий фосфор (TP) измеряли на автоанализаторе Lachat AE (Lachat Instruments, Milwaukee, WI) после расщепления персульфатом с использованием метода молибдатного синего. Для определения общего азота (TN) нефильтрованную воду переваривали в основном персульфате (D’Elia et al. , 1977), и полученный нитрат измеряли сульфаниламидным методом, модифицированным для автоанализатора Alpkem. Для периодических культур содержание органических и неорганических P и N измеряли на фильтратах GF / F с помощью автоматического анализатора Technicom.Образцы хлорофилла a (Chl a ) фильтровали через фильтры Whatman GF / F, которые замораживали, экстрагировали в метаноле и концентрацию определяли флуорометрическим методом (Carpenter et al. , 1996). АД оценивали путем измерения включения ³ H-лейцина (Kirchman, 1993) с использованием микроцентрифужных пробирок, как описано Smith & Azam (1992). Образцы воды (1,5 мл, четыре повтора и 1 убитый контроль) инкубировали с конечной концентрацией 60 нМ ³ H-лейцина (42.5 Ки ммоль ^-1) при температуре in situ в течение 45 мин. Инкубацию прекращали добавлением 30 мкл 50% трихлоруксусной кислоты (TCA). Затем образцы центрифугировали при 17 000 g в течение 10 минут и осадок промывали 1,5 мл 5% TCA. После добавления 0,5 мл сцинтилляционной смеси (Scintiverse BD, Fisher Scientific, Hampton, NH) образцы интенсивно перемешивали и измеряли H-активность ³ с помощью сцинтилляционного счетчика Beckman LS 6500. АД рассчитывали согласно Smith & Azam (1992).

Состав бактериального сообщества был проанализирован с помощью t-RFLP. Экстракцию ДНК из осадка, хранящегося в микроцентрифужных пробирках, проводили с использованием набора DNeasy (Qiagen, Hilden, Германия), как описано Lindström & Bergström (2004). Реакционные смеси для ПЦР-амплификации содержали каждый праймер (27f; Vergin et al. , 1998 и 519r; Lane et al. , 1985) в концентрации 0,2 мкМ, каждый дезоксинуклеозидтрифосфат в концентрации 200 мкМ, 3 мМ MgCl ₂,0.5 мкл 1% BSA, 0,25 мкл ДНК-полимеразы Taq и приблизительно 10 нг ДНК в буфере для реакции ПЦР (10 мМ Tris-HCl, pH 9, 50 мМ KCl и 0,1% Triton X-100). Используемый прямой праймер был помечен гексахлорфлуоресцеином (HEX). Амплификацию ДНК проводили в цикле ПЦР, содержащем начальную стадию денатурации при 94 ° C в течение 3 мин, за которой следовали 25 циклов: 1 мин при 94 ° C (денатурация), 1 мин при 55 ° C (отжиг) и 1 мин при 72 ° C. ° C (удлинение) и окончательное удлинение при 72 ° C в течение 7 мин. Были включены контрольные образцы, состоящие из воды Milli-Q для контроля внешнего загрязнения.После проверки количества и качества продукта ПЦР на 1% агарозном геле в буфере ТВЕ, продукты реакции из трех прогонов ПЦР (конечные объемы 50 мкл) были объединены, и псевдофрагменты были удалены путем расщепления одноцепочечной ДНК с бобами маша. нуклеазы (Egert & Friedrich, 2003). Сразу после обработки нуклеазой продукты очищали и концентрировали с использованием набора для очистки Qiagen PCR (Qiagen) в соответствии со стандартным протоколом.

Аликвоты амплифицированного гена 16S рРНК (5 мкл, 100 нг) расщепляли рестрикционными ферментами Hha I, Hae III и Rsa I в отдельных пробирках (Invitrogen, Carlsbad, CA) при 37 ° C в течение 16 дней. ч, и реакцию останавливали нагреванием в течение 15 мин при 85 ° C.Затем дайджесты разделяли и фрагменты, меченные HEX, детектировали с помощью 96-капиллярного секвенатора ABI 3700, работающего в режиме GeneScan (Applied Biosystems, Foster City, CA) вместе с внутренним стандартом дорожек (GeneScan-1000 ROX PE, Applied Biosystems). Один из повторов для серийных культур с поправками B не дал профилей t-RFLP хорошего качества. Это было вызвано недостаточным количеством продуктов ПЦР в результате испарения в одной из реакций ПЦР. Поэтому этот повтор был исключен из анализа.

Электрофорезограммы полиморфизма концевых рестрикционных фрагментов проверяли с помощью бесплатного программного обеспечения GeneScan View 4 (группа CRIBI, http://bmr.cribi.unipd.it). Набор данных для последующего анализа был построен, включая пики размером 40–500 п.н. и относительную площадь пиков> 1% от общего сигнала. Пики менее 1,5 оснований от большего пика были объединены. Считалось, что пики с разницей> 1 п.н. состоят из фрагментов разной длины.

Анализ отпечатков пальцев t-RFLP

Для каждого образца сообщество было представлено шаблоном t-RFLP, построенным путем наложения трех отдельных шаблонов, соответствующих трем перевариваниям ферментами.Мы построили бинарную матрицу, которая учитывала наличие или отсутствие отдельных пиков t-RFLP (t-RF). Эта матрица использовалась для расчета матрицы расстояний с использованием коэффициента сходства Жаккара (Magurran, 1988). Если коэффициент равен 0, две выборки точно такие же. Если коэффициент равен 1, два образца не имеют общих t-RF. Матрица Жаккара была использована для построения диаграммы неметрического многомерного масштабирования (NMDS) (Statistica Statsoft, Tulsa, OK). NMDS — это метод ординации, который сокращает шаблон t-RFLP до точки в двумерном пространстве.На диаграмме более похожие образцы ближе, чем менее похожие образцы. Этот анализ является качественным в том смысле, что учитывается только наличие или отсутствие пиков. Чтобы включить количественную информацию, мы также выполнили анализ главных компонентов (PCA) ковариационных матриц на основе данных площади пика t-RFLP.

Статистический анализ

коэффициентов корреляции Пирсона ( r ) и значений вероятности ( p ) были рассчитаны для проверки колинеарности между измеренными переменными окружающей среды.Различия в сходстве состава сообществ, основанные на коэффициентах Жаккара, были протестированы с использованием anova, а затем с помощью апостериорного теста Тьюки , если было более двух групп для сравнения. Связи между переменными окружающей среды и BCC, то есть измерениями, полученными из NMDS, и главными компонентами, полученными из PCA данных t-RFLP, были описаны коэффициентами корреляции Пирсона. Нулевые распределения для коэффициентов Пирсона были сгенерированы путем случайной перестановки элементов матрицы сходства (начальная загрузка; статистика повторной выборки, надстройка Excel).Сравнение коэффициентов Пирсона с нулевыми распределениями позволило определить вероятность того, что наблюдаемая величина была результатом случайности. Для дальнейшего анализа использовались только главные компоненты с собственными значениями больше 1. Связи между отдельными t-RF и переменными окружающей среды также исследовались с помощью корреляции Пирсона и регулярных тестов значимости.

Числа эффективности роста бактерий были рассчитаны на основе измерений BP и BR, которые были сделаны из разных бутылок, и в этом смысле не представляют собой истинных повторов.anova и тест Tukey post hoc использовали для проверки различий в концентрации DOC и бактериальной реакции при различных обработках периодических культур. Кроме того, PCA был выполнен на корреляционной матрице нормализованных данных. После нормализации концентрации DOC в соответствующих обработках, BP и BR были логарифмически преобразованы, а BGE и% использования DOC преобразованы в арксинус для соответствия условиям нормальности. Паттерны NMDS и PCA бактериальной функции и состава сообщества были оценены с помощью кластерного анализа K-средних.Эта процедура пытается идентифицировать заранее определенное количество относительно однородных групп. Затем кластеризация оценивается с помощью anova. Все статистические анализы, за исключением начальной загрузки, были выполнены с использованием программного обеспечения SPSS 10 для Macintosh (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс).

Результаты

Изменение во времени

Некоторые характеристики и временные изменения двух озер показаны на рис.1. Для более гуминового озера Вторник температура, BP и p CO ₂ увеличилась за сезон отбора проб, в то время как Chl a снизилась (рис.1, таблица 1). Таким образом, АД положительно коррелировало с температурой, тогда как между АД и Chl a была отрицательная корреляция (Таблица 1). Более того, CO ₂ был перенасыщен в течение всего периода, и была сильная положительная корреляция между АД и p CO ₂ и отрицательная корреляция между Chl a и p CO ₂ (Таблица 1 ). Это указывает на то, что бактериальная активность была сильным фактором, влияющим на p CO ₂, в то время как первичная продукция могла снизить парциальное давление CO ₂ в озере Вторник.

Временные ряды отдельных составляющих в эпилимнионе озер Вторник и Петер. (a) и (b) Хлорофилл, продукция бактерий и парциальное давление диоксида углерода. (c) и (d) Растворенный органический углерод, pH и температура.

Корреляционная матрица для переменных окружающей среды озер Вторник и Питер

5 905 90569

Озеро Вторник	Температура	pH	DOC	Chl a	BP	p CO _{0 2}
DOY	0,89	−0,57	0,66	−0,85	0,90	0,86
Температура		−0.22	0,67	−0,85	0,75	0,63
pH			−0,21	0,46	−0,68	9069 9069	−0,73	0,42	0,43
Chl a					−0,67	−0,73		9070 0.92
Питер Лейк
DOY	0,92	0,604	0,83	0,76	0,89	−0,07
0,5 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905	0,02
pH			0,80	0,84	0,55	-0,78
DOC			0,85	−0,49
Chl a					0,67	−0,46
905 905 9069 905 905 9069 905 905 905

5895 905 905 905 9055 9069 905 905 905 905 905 905 905 905 905 Питер Лейк 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 9069 905

Вторник Лейк	Температура	pH	DOC	Chl a	BP	p CO ₂
−0,57	0,66	−0,85	0,90	0,86
Температура		−0,22	0,67	−0,85	−0,85 905 905 905 905		−0,21	0,46	−0,68	−0,78
DOC				−0,73	0.42	0,43
Chl a					-0,67	-0,73
BP
DOY	0,92	0,604	0,83	0,76	0,89	-0,07
Температура		0.53	0,63	0,70	0,72	0,02
pH			0,80	0,84	0,55	−0,78	0,85	-0,49
Chl a					0,67	-0,46

1
Матрица корреляции для переменных окружающей среды в озерах Вторник и Питер Лейкс
225 905 90569
Вторник Лейк Температура pH DOC Chl a BP p 2 905
DOY 0,89 −0,57 0,66 −0,85 0,90 0,86 −0570
Температура 69 0,67 −0,85 0,75 0,63
pH −0,21 0,46 −0,68 9069 9069 −0,73 0,42 0,43
Chl a −0,67 −0,73 9070 0.92
Питер Лейк
DOY 0,92 0,604 0,83 0,76 0,89 −0,07
0,5 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 0,02
pH 0,80 0,84 0,55 -0,78
DOC 0,85 −0,49
Chl a 0,67 −0,46
905 905 9069 905 905 9069 905 905 905
5895 905 905 905 9055 9069 905 905 905 905 905 905 905 905 905 Питер Лейк 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 9069 905
Вторник Лейк Температура pH DOC Chl a BP p CO ₂
−0,57 0,66 −0,85 0,90 0,86
Температура −0,22 0,67 −0,85 −0,85 905 905 905 905 −0,21 0,46 −0,68 −0,78
DOC −0,73 0.42 0,43
Chl a -0,67 -0,73
BP
DOY 0,92 0,604 0,83 0,76 0,89 -0,07
Температура 0.53 0,63 0,70 0,72 0,02
pH 0,80 0,84 0,55 −0,78 0,85 -0,49
Chl a 0,67 -0,46
В управляемом озере Питер температура, DOC, Chl a и BP увеличились за период отбора проб. В отличие от модели в озере Вторник, BP и Chl и совпадали (рис. 1, таблица 1). Положительная корреляция между BP и Chl a могла быть результатом зависимости BP от C, полученного в результате продукции фитопланктона, но она также может быть результатом взаимозависимости от другого фактора окружающей среды; например, BP и Chl a положительно коррелировали как с температурой, так и с DOC (таблица 1).Парциальное давление CO ₂ сильно варьировалось в озере Питер, от явно недонасыщенного до перенасыщенного уровней. Сильные колебания p CO ₂ совпадали с очень изменчивым pH.
После переваривания рестрикционными ферментами Hae III, Hha I и Rsa I, 79, 98 и 125, из 20 образцов были получены различные фрагменты t-RFLP. Во всех образцах пика обнаружено не было. Тринадцать пиков были обнаружены в течение всего лета в озере Вторник (4%), тогда как в озере Питер во всех пробах наблюдался только один пик.Все образцы в озере Вторник имели индекс сходства в образцах t-RFLP выше 29%, а среднее сходство всех образцов в озере Вторник составляло 44%. В Peter Lake минимальный индекс сходства составил 19%. Кроме того, среднее сходство было ниже, чем у Вторник Лейк (32%, P <0,001, апостериорный тест Тьюки ). Сходство внутри озер было выше, чем между озерами (в среднем 24%, P <0,001, апостериорный тест Тьюки ). Это визуализировано на графике NMDS (рис.2), что также показывает сезонную последовательность, более выраженную в Питере, чем в озере Вторник. Расстояния в ординации NMDS относительно хорошо отражают величину несходства в шаблоне t-RFLP, на что указывает степень соответствия (0,12) значения напряжения для ординации с двумя измерениями (Clarke, 1993). Первая ось NMDS всегда четко разделяла образцы из двух озер. Эта ось коррелировала с цветом воды, DOC, TP, TN и pH (таблица 2), то есть с переменными, которые заметно различались между озерами.ОЦК изменилась по второй оси в обоих озерах (вторник r = 0,86, P <0,05; Питер r = 0,93, P <0,001). Эта ось коррелировала с температурой и Chl a (таблица 2), то есть переменными, изменяющимися во времени в озерах. Уменьшение PCA количественных данных t-RFLP привело к трем основным компонентам с собственными значениями больше 1. Общая картина была сравнима с таковой при анализе NMDS (данные не показаны). Первый главный компонент (PC1) объясняет 40% вариации ОЦК, разделяет два озера и коррелирует с цветом воды, DOC, TN, TP и pH (Таблица 2).PC2 объяснил еще 14% и коррелировал с температурой, Chl a , pH и TN (таблица 2). PC3 объяснил 8% и не был коррелирован ни с одной из переменных окружающей среды. Таким образом, PCA количественных данных t-RFLP дал результаты, аналогичные NMDS двоичных данных.
2
Неметрическое многомерное масштабирование матрицы Жаккара, рассчитанное на основе паттернов полиморфизма терминальных рестрикционных фрагментов в озерах Вторник (квадраты) и Питер (ромбики) летом.Напряжение = 0,12. Открытые символы представляют результаты с даты первого отбора проб.
2
Неметрическое многомерное масштабирование матрицы Жаккара, рассчитанное на основе паттернов полиморфизма терминальных рестрикционных фрагментов в озерах Вторник (квадраты) и Питер (ромбики) в течение лета. Напряжение = 0,12. Открытые символы представляют результаты с даты первого отбора проб.
2
Корреляции между переменными окружающей среды и размерами (Dim.), Полученные из неметрического многомерного масштабирования, и главные компоненты (PC) из анализа PC моделей полиморфизма длин терминальных рестрикционных фрагментов (t-RFLP)
−0,57 −0,71 -0,79 9069 −0,79 9070539339 0,68
Оба озера вместе Вторник Лейк Питер Лейк
Дим.1 Разм. 2 PC1 PC2 Разм. 1 PC1 Размер 1 PC1
pH 0,67 0,43 −0,62 −0,57 −0,43 −0,43 9005 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 Акварель −0,94 −0,07 0,92 0,09 0,69 −0,51 0.49 −0,51
DOC −0,85 0,20 0,89 −0,09 0,65 −0,71 0,66 0,66 −0,66 −0,36 −0,46 0,39 0,41 −0,20
TN 0,75 0,47 −0,66 − −0,06 0,02 0,59 −0,43
Chl a 0,37 0,59 −0,29 −0,75 −0570
Темп. −0,04 0,78 0,24 −0,72 0,87 −0,93 0,95 −0,88
Озеро 970 970 970 970 970 −0,57 −0,71 -0,79 9069 −0,79 9070539339 0,68
Разм.1 Разм. 2 PC1 PC2 Разм. 1 PC1 Размер 1 PC1
pH 0,67 0,43 −0,62 −0,57 −0,43 −0,43 9005 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 Акварель −0,94 −0,07 0,92 0,09 0,69 −0,51 0.49 −0,51
DOC −0,85 0,20 0,89 −0,09 0,65 −0,71 0,66 0,66 −0,66 −0,36 −0,46 0,39 0,41 −0,20
TN 0,75 0,47 −0,66 − −0,06 0,02 0,59 −0,43
Chl a 0,37 0,59 −0,29 −0,75 −0570
Темп. −0,04 0,78 0,24 −0,72 0,87 −0,93 0,95 −0,88
2
Корреляции между переменными окружающей среды и размерами (Dim.) полученные из неметрического многомерного масштабирования и главных компонентов (PC) из PC-анализа паттернов полиморфизма длин терминальных рестрикционных фрагментов (t-RFLP)
966 −05 905 905 905 905 905 905 905 905 905 0705 905 0705 −0570 −059572
Оба озера вместе Вторник, озеро Питер Лейк
Dim . 1 Разм. 2 PC1 PC2 Разм. 1 PC1 Размер 1 PC1
pH 0.67 0,43 −0,62 −0,57 −0,43 0,40 0,48 −0,59
Цвет воды −0,94 −0,94 −0,51 0,49 −0,51
DOC −0,85 0,20 0,89 −0,09 0,65 −0,795 0. −0,79
TP 0,78 0,31 −0,66 −0,36 −0,46 0,39 0,41 −0,66 −0,53 −0,06 0,02 0,59 −0,43
Chl a 0,37 0,59 −0,83 0,89 0,63 −0,68
Темп. −0,04 0,78 0,24 −0,72 0,87 −0,93 0,95 −0,88
Озеро 970 970 970 970 970 −0,576 905 905 905 905 905 905 0,3943
Разм. 1 Разм. 2 PC1 PC2 Разм.1 PC1 Размер 1 PC1
pH 0,67 0,43 −0,62 −0,57 −0,43 −0,43 9005 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 Акварель −0,94 −0,07 0,92 0,09 0,69 −0,51 0,49 −0,51
DOC 85 0,20 0,89 −0,09 0,65 −0,71 0,66 −0,79
TP 0,78 0,31 −6 0,41 −0,20
TN 0,75 0,47 −0,66 −0,53 −0,06 0,02 0,59
Chl a 0,37 0,59 −0,29 −0,72 −0,83 0,89 0,63 −0,68
−0,04 0,78 0,24 −0,72 0,87 −0,93 0,95 −0,88
Чтобы лучше оценить, как изменения в ОЦК связаны с переменными окружающей среды два озера отдельно.Для озера Вторник это привело к двумерному NMDS (напряжение 0,11) и трем основным компонентам с собственными значениями больше 1, что объясняет 32, 19 и 17% вариации BCC соответственно. В целом, Измерение 1 и PC1 связаны с факторами окружающей среды аналогичным образом, будучи сильно коррелированными с температурой, Chl a и DOC (Таблица 2). Размерность 1 также коррелировала с акварелью. Более того, измерение 2 было связано с pH, а PC3 с TN, тогда как PC2 не было связано с какими-либо измеренными переменными окружающей среды (данные не показаны).Для Питера Лейка PCA привел к четырем основным компонентам, объясняющим 40, 18, 13 и 9% вариации BCC, и двумерной NMDS (напряжение 0,09). Размер 1 и PC1 коррелировали с температурой, DOC и Chl a (таблица 2). Кроме того, PC1 коррелировал с pH. Параметр 2 и второй, третий и четвертый компоненты не имели значимого отношения к каким-либо измеренным параметрам окружающей среды. Таким образом, в двух озерах сезонная последовательность коррелировала с аналогичными переменными окружающей среды, потому что температура, Chl a и DOC во всех случаях значимо коррелировали с первой осью.Среди них температура наиболее сильно коррелировала с сезонной последовательностью в обоих озерах.
На озерах Вторник и Питер 40 и 44% t-RF коррелировали с переменными окружающей среды, причем большинство корреляций было между t-RF и Chl a и температурой в обоих озерах. Более того, 34 и 27% t-RF коррелировали с BP на озерах Вторник и Питер, соответственно.
Пакетные культуры с поправками DOM
Направленный на удвоение концентрации DOC в воде озера Вторник, добавки различных субстратов дали начальную среднюю концентрацию DOC от 18 до 20.5 мг L ^-1, обработка M содержала значительно больше DOC, чем три других обработки (Tukey’s post hoc P <0,05). Увеличение P в результате добавления субстрата существенно варьировалось (Таблица 3). Среда A содержала большое количество P, который был в основном органическим, тогда как содержание P в средах B, M и F было ниже и составляло более 80% неорганического P. Еще одна разница в качестве между субстратами была указана следующим образом: коэффициенты поглощения (таблица 3).Согласно измерениям ₂₅₀/₄₄₀, обработка A и FA содержала более высокую долю крупных молекул, чем B и M. Однако соотношение ɛ ₂₅₀ / ɛ ₄₄₀ не имеет никакого отношения путь к измеряемым параметрам отклика.
3
Качественные характеристики органических субстратов из водорослей, березы, клена и фульвокислот, а также функциональный бактериальный ответ при экспериментальных обработках
9035 90535 905 10.4 905 9069 905 905 905 905 Береза 8 905 905 9069 9069 905 905 905 905 905 9069 DOC: TDP 905 9055 905 905 905 905 905 905 905 905 905
Водоросли Береза Клен Фульвокислоты
DOC: DOP 22 1626 1987 4793
DOC: TDP 17 305 238 145
15,3 14,1 11,8
% Использование DOC 47 34 29 10
BP / DOC 905 905 905 905 905 905 905 905 0705 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905
BR / DOC 0,30 0,27 0,20 0,07
BGE (%) 38 29 32 28
Клен Фульвокислоты
DOC: DOP 22 1626 1987 4793
DOC: TDP
ɛ ₂₅₀ / ɛ ₄₄₀ 10.4 15,3 14,1 11,8
% Использование DOC 47 34 29 10
BP / DOC 905 905 905 905 905 0905
BR / DOC 0,30 0,27 0,20 0,07
BGE (%) 38 29 32 28 907 органических субстратов 3 92 из 3 органических субстратов водоросли, береза, клен и фульвокислоты, а также функциональный бактериальный ответ при экспериментальных обработках
905 9069 905 905 905 905 Береза 8 905 905 9069 9069 905 905 905 905 905 9069 DOC: TDP 905 90595), Шведским исследовательским советом (VR; контракт № B 5103-649), Фондом Крафорда и Stiftelsen Lars Hiertas minne.
Список литературы
(
2000
)
Природные сообщества морских протеобактерий и член кластера Cytophaga-Flavobacter , потребляющие растворенные органические вещества с низким и высоким молекулярным весом
.
Appl Environ Microbiol
66
:
1692
—
1697
.
(
2004
)
Циклы углерода экосистемы: потоки всего озера, оцененные с использованием нескольких изотопов
.
Докторская диссертация
,
Университет Висконсина
,
Мэдисон, Висконсин
.
(
2003
)
Подавляются ли легко культивируемые бактерии в прибрежных водах Северного моря селективной смертностью от выпаса?
Appl Environ Microbiol
69
:
2624
—
2630
.
(
1996
)
Изменчивость хлорофилла, поступление питательных веществ и выпас скота: данные экспериментов на всем озере
.
Экология
77
:
725
—
735
.
(
1993
)
Непараметрический многомерный анализ изменений в структуре сообщества
.
Austr J Ecol
18
:
117
—
143
.
(
1999
)
Анализ стабильных изотопов круговорота углерода в устье Пердидо, Флорида
.
Эстуарии
22
:
917
—
926
.
(
1998
)
Гидрологическая изменчивость небольших озер Северного Мичигана, измеренная с помощью добавления индикаторов
.
Экосистемы
1
:
310
—
320
.
(
1994
)
Перенасыщение углекислым газом в поверхностных водах озер
.
Наука
265
:
1568
—
1570
.
(
2001
)
Молекулярная характеристика сообществ эстуарных бактерий, использующих фракции растворенного органического углерода с высокой и низкой молекулярной массой
.
Aquat Microb Ecol
25
:
127
—
139
.
(
2003
)
Изменения сообщества бактериопланктона в арктическом озере коррелируют с сезонными изменениями в источниках органического вещества
.
Appl Environ Microbiol
69
:
2253
—
2268
.
(
2002
)
Анализ микробного разнообразия молекулярным сообществом
.
Curr Opin Biotechnol
13
:
213
—
217
.
(
1977
)
Определение общего азота в водных пробах с использованием ферментации персульфатом
.
Лимнол Океаногр
22
:
760
—
764
.
(
2003
)
Формирование псевдоконцевых рестрикционных фрагментов, смещение, связанное с ПЦР, влияющее на анализ полиморфизма длины концевых рестрикционных фрагментов структуры микробного сообщества
.
Appl Environ Microbiol
69
:
2555
—
2562
.
(
2003
)
Эффективность роста гетеротрофных бактерий и структура сообщества при различных концентрациях природного органического углерода
.
Appl Environ Microbiol
69
:
3701
—
3709
.
(
2003
)
Метаболические и структурные реакции гипорейных микробных сообществ на изменения в поступлении растворенного органического вещества
.
Лимнол Океаногр
48
:
1608
—
1617
.
(
2000
)
Влияние ресурсов и трофических взаимодействий на разнообразие пресноводного бактериопланктона
.
Microb Ecol
40
:
125
—
138
.
(
1997
)
Частота дыхания бактерий превышает продукцию фитопланктона в непродуктивных водных системах
.
Природа
385
:
148
—
151
.
(
2005
)
Экотипы планктонных актинобактерий с идентичными генами 16S рРНК, адаптированные к термальным нишам в умеренных, субтропических и тропических пресноводных местообитаниях
.
Appl Environ Microbiol
71
:
766
—
773
.
(
2003
)
Структура бактериального разнообразия по градиенту первичной продуктивности
.
Ecol Lett
6
:
613
—
622
.
(
2004
)
Восходящий и нисходящий контроль состава бактериального сообщества в эвфотической зоне резервуара
.
Aquat Microb Ecol
35
:
259
—
273
.
(
2002
)
Сходные отношения между пелагической первичной и бактериальной продукцией в чистой воде и гуминовых озерах
.
Экология
83
:
2902
—
2910
.
(
1993
)
Включение лейцина как мера продукции биомассы гетеротрофными бактериями
.
Справочник по методам экологии водных микробов
, (, eds), стр.
509
—
512
Lewis Publishers
,
Boca Raton, FL.
(
2004
)
Изменения в бактериальной активности и структуре сообщества в ответ на растворенное органическое вещество в реке Гудзон, Нью-Йорк
.
Aquat Microb Ecol
35
:
243
—
257
.
(
2004
)
Сравнение автохтонных и аллохтонных источников углерода для бактерий: результаты экспериментов по добавлению 13C в озере
.
Лимнол Океаногр
49
:
588
—
596
.
(
2005
)
Управляет ли автохтонная первичная продукция изменчивостью бактериального метаболизма и эффективности роста в озерах, где преобладают поступления углерода с суши?
Aquat Microb Ecol
38
:
103
—
111
.
(в печати)
Рост бактерий на аллохтонном углероде в гуминовых и обогащенных питательными веществами озерах: результаты экспериментов по добавлению углерода в целом по озеру ¹³
.
Экосистемы
, в печати.
(
1985
)
Быстрое определение последовательностей 16S рибосомной РНК для филогенетического анализа
.
PNAS
82
:
6955
—
6959
.
(
2005
)
Слабая связь между составом сообщества и функционированием водных бактерий
.
Лимнол Океаногр
50
:
957
—
967
.
(
2006
)
Структура и функции бактериальных сообществ, возникающих из разных источников в идентичных условиях
.
Тест на повсеместность водных бактерий. Appl Environ Microbiol
72
:
212
—
220
.
(
2004
)
Влияние всасывающих бактерий на состав сообщества бактериопланктона в озерах с разным гидравлическим временем удержания
.
Лимнол Океаногр
49
:
125
—
136
.
(
2006
)
Внешний контроль структуры бактериального сообщества в озерах
.
Лимнол Океаногр
51
:
339
—
342
.
(
2004
)
Ответ представителя Verrucomicrobia среди доминирующих бактерий в гиполимнионе на повышенную доступность фосфора
.
J Plank Res
26
:
241
—
246
.
(
1988
)
Экологическое разнообразие и его измерение
.
Princeton University Press
,
Princeton, NJ.
(
2001
)
Изменения филогенетического состава морского бактериопланктона во время инкубации, предназначенные для измерения биогеохимически значимых параметров
.
Лимнол Океаногр
46
:
1181
—
1188
.
(
1999
)
Разнообразие бактериальных сообществ в озерах Адирондак: отражают ли сообщества видов химический состав воды в озерах?
Hydrobiologia
401
:
77
—
96
.
(
2002
)
Взаимосвязь между составом бактериального сообщества и восходящими и нисходящими переменными в четырех эвтрофных мелководных озерах
.
Appl Environ Microbiol
68
:
4740
—
4750
.
(
1997
)
Распределение бактериопланктона в меромиктическом озере Селенваннет, как определено денатурирующим градиентным гель-электрофорезом ПЦР-амплифицированных фрагментов гена, кодирующих 16S РНК
.
Appl Environ Micrbiol
63
:
3367
—
3373
.
(
2003
)
Дифференциальная реакция роста колониеобразующих α- и γ-протеобактерий в экспериментах по разведению культур и добавлению питательных веществ из озера Киннарет (Израиль), восточной части Средиземного моря и Эйлатского залива
.
Appl Environ Microbiol
69
:
199
—
211
.
(
2004
)
Изменения в составе бактериопланктона при различных режимах фитопланктона
.
Appl Environ Microbiol
70
:
6753
—
6766
.
(
2000
)
Динамика состава и активности бактериального сообщества во время цветения мезокосмических диатомовых водорослей
.
Appl Environ Microbiol
66
:
578
—
587
.
(
1992
)
Простой и экономичный метод измерения скорости синтеза бактериального белка в морской воде с использованием ³ H-лейцина
.
Mar Microb Food Webs
6
:
107
—
109
.
(
1973
)
Процедура отгонки газа с помощью шприца для газохроматографического определения растворенного неорганического и органического углерода в пресной воде и карбонатов в отложениях
.
J Fish Res Board Can
30
:
1441
—
1445
.
(
2003
)
Ковариация состава бактериопланктона и переменных окружающей среды в системе дельты умеренного пояса
.
Aquat Microb Ecol
31
:
85
—
98
.
(
1978
)
Фотолитические изменения растворенных гуминовых веществ
.
Верх Инт Верейн Лимнол
20
:
1248
—
1254
.
(
1999
)
Влияние протистанских бактерий на разнообразие прибрежного бактериопланктона
.
Aquat Microb Ecol
20
:
261
—
272
.
(
2001
)
Контрастный состав сообщества бактериопланктона и сезонная динамика в двух соседних гипертрофических пресноводных озерах
.
Environ Microbiol
3
:
680
—
690
.
(
1999
)
Зависимое от детрита развитие микробного сообщества в экспериментальной системе: качественный анализ с помощью денатурирующего градиентного гель-электрофореза
.
Appl Environ Microbiol
65
:
2478
—
2484
.
(
1998
)
Скрининг фосмидной библиотеки фрагментов геномной ДНК морской окружающей среды выявил четыре клона, родственных членам отряда Planctomycetales
.
Appl Environ Microbiol
64
:
3075
—
3078
.
(
1999
)
Распространение и жизненные стратегии двух бактериальных популяций в эвтрофном озере
.
Appl Environ Microbiol
64
:
3776
—
3783
.
(
2004
)
Изменчивость состава бактериопланктонных сообществ внутри и между озерами: исследования с использованием нескольких пространственных масштабов
.
Appl Environ Microbiol
70
:
214
—
223
.
(
2003
)
Временные характеристики бактериальных сообществ в трех озерах умеренного пояса с разным трофическим статусом
.
Microb Ecol
46
:
391
—
405
.
(
2005
)
Географические и экологические источники изменений в составе бактериального сообщества озера
.
Appl Environ Microbiol
71
:
227
—
239
.
© 2006 Федерация европейских микробиологических обществ
Дистанционное зондирование | Бесплатный полнотекстовый | Крупномасштабное извлечение цветных растворенных органических веществ в северных озерах с использованием данных Sentinel-2
Рисунок 1. Расположение пяти исследуемых регионов в Швеции показано как плитки Sentinel-2: Norrbotten (33WXR), Västerbotten W (33WWP), Västerbotten E (33WXM-34WDS), Jämtland (33WVM-33VUL-33VVL) и Värmland (33VUG).
Рисунок 1. Расположение пяти исследуемых регионов в Швеции показано как плитки Sentinel-2: Norrbotten (33WXR), Västerbotten W (33WWP), Västerbotten E (33WXM-34WDS), Jämtland (33WVM-33VUL-33VVL) и Värmland (33VUG).
Рисунок 2. Спектры отражения 46 озер в пяти регионах Швеции, включенных в это исследование. Значения отражательной способности — это коэффициент отражения нижней части атмосферы (BoA) после атмосферной коррекции. Длины волн обозначают центральное значение в каждой полосе, как показано в таблице 3. Рисунок 2. Спектры отражения 46 озер в пяти регионах Швеции, включенных в это исследование. Значения отражательной способности — это коэффициент отражения нижней части атмосферы (BoA) после атмосферной коррекции. Длины волн обозначают центральное значение в каждой полосе, как показано в таблице 3.
Рисунок 3. Модель частичной регрессии наименьших квадратов (PLSR) с различными переменными отношения полос в качестве предикторов (после атмосферной коррекции) и окрашенным растворенным органическим веществом (CDOM) в качестве переменной отклика, основанная на данных по 46 озерам в пяти различных регионах Швеции.Векторы показывают нагрузки (веса PLS), масштабированные с коэффициентом 2, чтобы соответствовать двумерному графику с оценками сайта. Оценки сайта показаны синими залитыми кружками.
Рисунок 3. Модель частичной регрессии наименьших квадратов (PLSR) с различными переменными отношения полос в качестве предикторов (после атмосферной коррекции) и окрашенным растворенным органическим веществом (CDOM) в качестве переменной отклика, основанная на данных по 46 озерам в пяти различных регионах Швеции. Векторы показывают нагрузки (веса PLS), масштабированные с коэффициентом 2, чтобы соответствовать двумерному графику с оценками сайта.Оценки сайта показаны синими залитыми кружками.
Рисунок 4. Взаимосвязи между полосами соотношений (B2 / B3, B3 / B4, B3 / B5), рассчитанными на основе данных Sentinel-2A, и окрашенными in situ растворенными органическими веществами a (420) _{Измеренная концентрация CDOM}: панели ( A , C , E ) — отношения полос, рассчитанные на основе данных коэффициента отражения верхней части атмосферы (L1C); и панели ( B , D , F ) — отношения полос, рассчитанные на основе данных коэффициента отражения нижней границы атмосферы (L2A).
Рисунок 4. Взаимосвязи между полосами соотношений (B2 / B3, B3 / B4, B3 / B5), рассчитанными на основе данных Sentinel-2A, и окрашенными in situ растворенными органическими веществами a (420) _{Измеренная концентрация CDOM}: панели ( A , C , E ) — отношения полос, рассчитанные на основе данных коэффициента отражения верхней части атмосферы (L1C); и панели ( B , D , F ) — отношения полос, рассчитанные на основе данных коэффициента отражения нижней границы атмосферы (L2A).
Рисунок 5. Соотношение мощности между коэффициентом поглощения CDOM при 420 нм и отношением полосы 3 к полосе 4, рассчитанное по данным Sentinel-2A после удаления выбросов (n = 5), основанное на результатах для 41 шведского озера.
Рисунок 5. Соотношение мощности между коэффициентом поглощения CDOM при 420 нм и отношением полосы 3 к полосе 4, рассчитанное по данным Sentinel-2A после удаления выбросов (n = 5), основанное на результатах для 41 шведского озера.
Рисунок 6. Коэффициент поглощения CDOM при 420 нм, рассчитанный на основе данных Sentinel-2A и пробы воды, основанный на результатах для 41 шведского озера.
Рисунок 6. Коэффициент поглощения CDOM при 420 нм, рассчитанный на основе данных Sentinel-2A и пробы воды, основанный на результатах для 41 шведского озера.
Рисунок 7. Пространственный градиент CDOM в озерах с 1 по 10, покрывающих Вестерботтен W (33WWP). Базовое изображение на центральной панели — это композитный истинный цвет Sentinel-2A, сделанный 21 июля 2016 года.Обратите внимание, что Вестерботтен W имел одни из самых низких значений CDOM на месте (см. Таблицу 4 и Рисунок 5), что объясняет низкий максимум на этом рисунке. Рисунок 7. Пространственный градиент CDOM в озерах с 1 по 10, покрывающих Вестерботтен W (33WWP). Базовое изображение на центральной панели представляет собой композицию в истинных цветах Sentinel-2A, полученную 21 июля 2016 года. Обратите внимание, что Västerbotten W имел одни из самых низких значений CDOM на месте (см. Таблицу 4 и Рисунок 5), что объясняет низкий максимум на этом рисунке. .
Таблица 1. Описание типов земного покрова на тайлах Sentinel-2, покрывающих исследуемую территорию. Норрботтен (33WXR), Вестерботтен W (33WWP), Вестерботтен E (33WXM-34WDS), Ямтланд (33WVM-33VUL-33VVL), Вермланд (33VUG).
Таблица 1. Описание типов земного покрова на тайлах Sentinel-2, покрывающих исследуемую территорию. Норрботтен (33WXR), Вестерботтен W (33WWP), Вестерботтен E (33WXM-34WDS), Ямтланд (33WVM-33VUL-33VVL), Вермланд (33VUG).
Водоросли Береза Клен Фульвокислоты
DOP69 1626 1987 4793
DOC: TDP 17 305 238 145
ɛ ₂₅₀ / ɛ ₄₄₀ 10.4 15,3 14,1 11,8
% Использование DOC 47 34 29 10
BP / DOC 905 905 905 905 905 905 905 905 0705 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905
BR / DOC 0,30 0,27 0,20 0,07
BGE (%) 38 29 32 28
Клен Фульвокислоты
DOC: DOP 22 1626 1987 4793
DOC: TDP
ɛ ₂₅₀ / ɛ ₄₄₀ 10.4 15,3 14,1 11,8
% Использование DOC 47 34 29 10
BP / DOC 905 905 905 905 905 905 905 905 0705 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905
BR / DOC 0,30 0,27 0,20 0,07
BGE (%) 38 29 32 28 9000 DOM быстро поправки.АД в режимах B и M достигло максимальных значений всего через 13 часов и немного снизилось после этого. A и FA показали максимальное АД через 25 часов. После этого АД при лечении F оставалось стабильным, в то время как АД снижалось. Поскольку концентрация DOC была значительно выше у M, чем при других обработках, различия в BP и BR анализировали на основе чисел, нормализованных (разделенных на) концентрации DOC. Среда оказала сильное значительное влияние на бактериальный ответ (anova: BP, BR и% использования DOC P <0.001 и BGE P <0,01). PCA с функциональными параметрами в качестве переменных сгруппировал культуры в три отдельных кластера (кластеризация K-средних P <0,001, рис. 3a): A, F и B вместе с M. BP / DOC было самым высоким в A, промежуточное звено в экстрактах листьев и самое низкое в F (постфактум Тьюки , P <0,01). Что касается дыхания, все виды лечения значительно различались, с самым высоким BR в A, за которым следовали B, M и F. Поскольку АД было более вариабельным, чем BR, процент использования DOC в основном соответствовал той же схеме, что и АД, и составлял от 10 до 10. и 47%.BGE варьировал от 28% в FA до 38% в A (таблица 3), а обработка A была значительно выше, чем обработка B и F (Tukey's post hoc P <0,05).
3
Результаты эксперимента с периодическим культивированием, касающиеся функций и структуры сообщества. (A) Анализ основных компонентов (PCA) функциональных параметров: бактериальная продукция, дыхание и эффективность роста и процент использования растворенного органического углерода. (B) Неметрический многомерный масштабный анализ структуры сообщества (наличие / отсутствие пиков полиморфизма концевых рестрикционных фрагментов (t-RFLP)).Сходство между обработками было настолько большим, что на диаграмме невозможно различить повторы. Напряжение = 0,001. (C) PCA структуры сообщества (область пиков t-RFLP).
3
Результаты эксперимента по периодическому культивированию, касающиеся функций и структуры сообщества. (A) Анализ основных компонентов (PCA) функциональных параметров: бактериальная продукция, дыхание и эффективность роста и процент использования растворенного органического углерода. (B) Неметрический многомерный масштабный анализ структуры сообщества (наличие / отсутствие пиков полиморфизма концевых рестрикционных фрагментов (t-RFLP)).Сходство между обработками было настолько большим, что на диаграмме невозможно различить повторы. Напряжение = 0,001. (C) PCA структуры сообщества (область пиков t-RFLP).
Интересно, что ₄₄₀ уменьшилось при всех обработках во время инкубации, тогда как ₂₅₀ увеличилось. Таким образом, во всех вариантах лечения использовались большие молекулы. Увеличение ɛ ₂₅₀ не обязательно означает, что молекулы меньшего размера не использовались. Потеря малых молекул могла быть замаскирована добавлением новых из-за бактериального экссудации или расщепления более крупных молекул.
После переваривания рестрикционными ферментами Hae, III, Hha, I и Rsa, I, 30, 60 и 139, различные t-RF были получены из 11 образцов (за исключением одной копии B). В целом 44% фрагментов t-RFLP, которые присутствовали в партиях, также оказались в одном или обоих озерах. Только 3% пиков были обнаружены во всех вариантах обработки (не обязательно во всех повторах). Средняя доля общих пиков между профилями из повторов составляла 53% (SD 7), а доля профилей из разных обработок составляла 19% (SD 14).Для экстрактов листьев среднее сходство внутри обработки (58%) не было значительно выше, чем сходство между обработками (46%; Тьюки post hoc P > 0,05). Во всех других случаях различия между лечением были больше, чем различия внутри лечения (Тьюки post hoc P <0,05). Расстояния в ординации NMDS (рис. 3b) хорошо отражают величину несходства в шаблоне t-RFLP, на что указывает степень соответствия (0,001) значения напряжения для ординации с двумя измерениями.PCA привел к двум основным компонентам с собственными значениями больше 1, которые объяснили 52 и 21% вариации ОЦК соответственно при различных вариантах лечения (рис. 3c). Анализы NMDS и PCA подтвердили, что бактериальное сообщество стало сильно отличаться от сообщества в t0. Кластеризация К-средних NMDS и PCA также показала наличие трех кластеров (anova P <0,001): A, F и B вместе с M, т.е. аналогично функциональной кластеризации (рис. 3a). Однако характеристика кластерного анализа паттерна NMDS также была значимой только для 2 кластеров ( P <0.001): A, B и M вместе, и F отдельно.
В целом, разные партии культур имели одинаковые доли t-RF, общих с Питером, как и с Озером Вторник. Оба озера имели наибольшее количество общих t-RF с обработкой F. Из t-RF, которые совпадали с Chl и в Peter Lake, 67% встречались в периодических культурах, 47% — в обработке A. Только 16% из тех, которые коррелировали с Chl и в озере Вторник, были обнаружены в любой из серийных культур.
Обсуждение
В этом исследовании сезонная последовательность бактериопланктона прослеживалась в двух озерах, сильно различающихся по источнику органического вещества для бактериопланктона, — нетто-автотрофном озере Питер и нетто-гетеротрофном озере Вторник (Kritzberg et al., в печати). ОЦК заметно различалась между озерами. Анализ данных по окружающей среде в отношении данных t-RFLP показал, что эти различия были связаны с цветом воды, DOC, TP, TN и pH, то есть с переменными, которые связаны с относительной нагрузкой автохтонного и аллохтонного углерода в озерах, а также с факт, что в Питер Лейк воздействовали неорганическими питательными веществами (Kritzberg et al. , в печати; Bade, 2004). Поскольку оба озера имеют относительно долгое время пребывания (примерно два года; Cole & Pace, 1998), наблюдаемые нами различия в ОЦК, вероятно, возникают из-за различий в процессах в этих озерах, а не из-за интродукции в озера различных аллохтонных бактерий (Lindström et al., 2006). Кроме того, озера расположены слишком близко друг к другу, чтобы можно было ожидать различий из-за ограниченного распространения популяций бактерий (Yannarell & Triplett, 2005). Таким образом, в целом, хотя статистические отношения не могут подтвердить механистические взаимосвязи, наши данные предполагают, что различия в автохтонной и аллохтонной нагрузке озер способствовали различиям в ОЦК между озерами.
Состав бактериального сообщества постоянно менялся в течение сезона в обоих озерах, и больше в управляемом озере Питер, чем в озере Вторник.В обоих озерах временное изменение ОЦК коррелировало с температурой, хлорофиллом и РОУ. Колинеарность температуры, хлорофилла и РОУ в озерах не позволяет определить, является ли каждая корреляция независимой в своем проявлении (Таблица 1). Температура была переменной, наиболее сильно связанной с изменением ОЦК. Температура может иметь прямое селективное влияние на ОЦК в озерах, поскольку бактерии могут демонстрировать различные температурные оптимумы (Hahn & Pöckl, 2005). Кроме того, температура может косвенно влиять на ОЦК, например, увеличивая планктонный метаболизм и оборот как организмов, так и питательных веществ.Несколько других полевых исследований также выявили статистическую взаимосвязь между ОЦК и температурой (Van der Gucht et al. , 2001; Muylaert et al. , 2002; Yannarell et al. , 2003; Jardillier et al. ). , 2004; Яннарелл и Триплетт, 2004). Таким образом, изменения температуры могли способствовать наблюдаемым сдвигам ОЦК.
Помимо температуры, концентрации хлорофилла и DOC также сильно коррелировали с ОЦК в озерах. Со временем РОУ в обоих озерах увеличивалось.Есть свидетельства того, что количественное поступление C влияет на ОЦК при концентрациях DOC ниже c . 6 мг L ^-1 (Eiler et al. , 2003). При обследовании 6 озер Адирондак концентрации DOC также оказали важное влияние на структуру бактериального сообщества (Methé & Zehr, 1999). Можно также предположить, что увеличение концентрации DOC в озерах Вторник и Питер происходило параллельно с частичным изменением состава DOC, которое имеет документально подтвержденный эффект на бактериальное сообщество (Van Hannen et al., 1999; Финдли и др. , 2003; Pinhassi et al. , 2004; Langenheder et al. , 2005). Можно предположить, что увеличение DOC в озере Питер было результатом увеличения первичной продукции. Однако DOC изменился аналогичным образом в озере Вторник, хотя хлорофилл со временем уменьшался. Одновременное увеличение РОУ не может быть связано с осадками, которых в период исследования было очень мало. Однако, в заключение, сдвиги в ОЦК в озерах могли быть вызваны сдвигами в количестве и качестве органического субстрата (т.е. аллохтонно или автохтонно произведено).
В соответствии с корреляцией между хлорофиллом и сезонной сменой бактерий в озерах Вторник и Питер, Крамп и другие (Crump et al. , 2003) обнаружили, что по мере развития сообщества летнего фитопланктона в озере Тулик, Аляска, изменился состав бактериального сообщества, и они объяснили это изменение производством свежего органического вещества в качестве источника пищи для бактерий. Аналогичным образом, ОЦК изменялась сезонно в зависимости от первичной добычи в резервуаре Сеп, Франция (Jardillier et al., 2004), а в дельте реки Сакраменто – Сан-Хоакин структура сообщества изменилась вместе с долей РОВ, полученной из фитопланктона (Stepanauskas et al. , 2003). Кроме того, было показано, что разные таксономические группы бактерий по-разному относятся к разным уровням первичной продуктивности (Methé & Zehr, 1999; Horner-Devine et al. , 2003). Таким образом, ОЦК коварирует с фитопланктоном, возможно, в результате изменений количества и качества пула РОУ в озерах.
Таким образом, результаты полевых исследований в двух озерах показывают, что источник, количество и состав органического субстрата являются одними из факторов, определяющих состав бактериальных сообществ в озерах. Чтобы проверить эту идею более подробно, был проведен эксперимент с периодическим культивированием. Бактерии из гуминового озера Вторник подверглись воздействию различных источников органического углерода, полученных из водорослей (A), листьев березы (B) и клена (M), а также фульвокислот (F). Несмотря на то, что между повторами имелись различия, наблюдалось явное влияние добавок в субстрат на состав, а также на функцию бактериального сообщества.Кластеризация PCA и K-средних показала, что A, F, B и M образуют три отдельные группы в отношении как BCC, так и функции.
Бактериальное сообщество различных обработок существенно отличалось от исходного посевного материала, взятого из озера Вторник (t0). Поскольку инкубации сред без инокулята оставались стерильными, все бактериальные таксоны, присутствующие в партиях культур, также присутствовали в инокуляте, хотя не все из них были достаточно многочисленными, чтобы их можно было обнаружить с помощью t-RFLP. t-RFLP — мощный метод обнаружения различий в составе таксонов и оценки динамики BCC, но он не позволяет полностью охарактеризовать бактериальное сообщество (Dahllöf, 2002).Другие указали на ограничения периодических культур, такие как возможность того, что они способствуют росту микробов, отличных от исходного сообщества, например, в результате пониженного давления выпаса (Massana et al. , 2001). Однако утверждалось, что популяции, отобранные во время инкубации в бутылках, активно растут, но сохраняются на низкой численности in situ за счет выпаса (Suzuki, 1999). Эта идея подтверждается открытием, что бактерии, которые встречаются редко in situ , но легко культивируются и, следовательно, быстро растут в культуре, чувствительны к выпасу жгутиков (Beardsley et al., 2003). Таким образом, хотя изменения ОЦК в озерах с течением времени дают некоторую информацию об активности отдельных популяций, идентичность популяций, ответственных за продукцию бактерий, может быть лучше изучена в отфильтрованных периодических культурах, в которых количество жгутиконосцев снижено, и, таким образом, количество хищников -чувствительные, но активные бактерии могут быть обнаружены.
Были некоторые связи между бактериальной динамикой в озерах и в периодических культурах. В целом 44% t-RF, обнаруженных при прекращении культивирования партии, были обнаружены по крайней мере в одном из озер.Многие из t-RF, которые совпадали с хлорофиллом в Peter Lake, были обнаружены в периодических культурах (67%) и особенно в обработке A, что позволяет предположить, что эти конкретные бактериальные таксоны предпочтительны для высококачественного DOM. С другой стороны, только несколько t-RF, которые коррелировали с хлорофиллом в озере Вторник, были обнаружены в периодических культурах (16%), что может указывать на то, что это не входило в первую очередь в фитопланктон C, который регулировал BCC в этом озере. , но, возможно, температура или DOC. Это согласуется с выводом о том, что бактерии в озере Вторник получают только 22% продукции бактерий от автохтонного C (Kritzberg et al., в печати). Оба озера имели наибольшее количество t-RF при обработке фульвокислотой, возможно, потому, что эта обработка была наименее обогащенной в отношении питательных веществ. Было показано, что добавление неорганического P вызывает воспроизводимые, хотя и небольшие, изменения в BCC (Lindström et al. , 2004), а добавление только N и P, как сообщается, приводит к более значительным сдвигам в BCC, чем NP + DOM (Fisher и др. , 2000). Однако, хотя неорганические питательные вещества могли сыграть свою роль, результаты экспериментов с периодическим культивированием подтверждают результаты полевых исследований; то есть источник органического субстрата мог способствовать формированию бактериальных сообществ в озерах.
В этом эксперименте разные бактериальные сообщества выполняли различные функции (рис. 3): использование DOC, продукция бактерий, дыхание и эффективность роста были самыми высокими на субстрате A, промежуточными на B и M и наименьшими на F. Findlay и др. (Findlay et al. , 2003) обнаружили изменения в метаболизме сообщества наряду со сдвигами в составе сообщества после добавления различных источников РОВ в сообщества гипорейных бактерий. Точно так же изменение как в составе сообщества, так и в ферментативной активности бактерий происходило параллельно с цветением мезокосмических диатомовых водорослей, как сообщает Riemann et al., (2000). Таким образом, вместе эти отдельные исследования предполагают, что может существовать связь между структурой сообщества и использованием органического углерода. Однако есть противоречивые данные, указывающие на то, что связь между составом и функцией может быть слабой. В эксперименте с полнофакторным переключением, исследуя влияние ростовой среды и инокулята на ОЦК и функцию, Лангенхедер и другие (Langenheder et al. , 2005) обнаружили, что на функциональные параметры, связанные с использованием углерода, влияет только среда. , а не по структуре сообщества.В другом эксперименте с периодическим культивированием, в котором реплики идентичной среды инокулировали бактериями из 8 разных мест (Langenheder et al. , 2006), продукция бактерий, дыхание и эффективность роста в значительной степени не зависели от BCC, тогда как активность эктофермента и потенциал использования бензойной кислоты различается, по крайней мере частично, в разных бактериальных сообществах. Следовательно, хотя наше исследование дополняет доказательства, подтверждающие связь между структурой сообщества и функцией, похоже, что сила такой связи является переменной.
Одно из основных различий между двумя сериями экспериментов, описанных выше, — это степень манипуляции. Хотя настоящее исследование и исследование Findlay et al. , (2003), в котором добавки субстрата включали глюкозу, бычий сывороточный альбумин и выщелачивание листьев, представляют собой довольно существенные изменения в источнике РОВ; исследования (Langenheder 2005, 2006) включают менее драматические манипуляции с использованием различных природных вод. Следовательно, одно из объяснений противоречивых результатов двух серий экспериментов может заключаться в том, что необходимо существенное изменение источника DOM, чтобы вызвать сопутствующие изменения в составе и функциях сообщества.Если происходят лишь незначительные изменения в количестве и качестве субстрата, этот фактор может иметь небольшое влияние на ОЦК и функцию, в то время как другие факторы, такие как исходное сообщество инокулята (Langenheder et al. , 2005, 2006), влияют на ОЦК на в большей степени. Вследствие высокой степени функциональной избыточности сообщества, различающиеся по BCC, могут проявлять сходные функции в сходных условиях, и, таким образом, связь между структурой и функцией оказывается более слабой. Можно также предположить, что большие манипуляции приводят к структурным изменениям на более высоком филогенетическом уровне, и что функциональная избыточность более характерна на уровне «видов» / риботипов, чем между основными бактериальными группами.Это подтверждают результаты, показывающие, что основные бактериальные группы (Alpha, Beta и Gammaproteobacteria и Bacteroidetes ) демонстрируют различия в активности ферментов и потреблении органических соединений, а также в предпочтении концентраций питательных веществ (Cottrell & Kirchman, 2000; Pinhassi & Berman , 2003; Кирчман и др. , 2004). Еще одно возможное объяснение того факта, что различные исследования показывают различную степень связи между BCC и функцией, заключается в том, что специализированные функции, такие как активность ферментов, могут иметь другую связь с BCC, чем более широкие функции, такие как дыхание и скорость роста, которые могут быть более независимыми от таксонов (Langenheder et al., 2006).
Подводя итог, мы обнаружили, что источник, концентрация и состав органического вещества могут быть среди факторов, влияющих на ОЦК (как среди озер, так и в сезонном масштабе), а также на общие функции бактерий, такие как продукция, дыхание и урожайность.
Благодарности
Мы благодарны М. Ван де Богерту за помощь в полевых исследованиях и проведении эксперимента. Мы также высоко ценим сотрудничество и вдохновение Дж.Коул и М. Пейс, которые также предоставили нам доступ к питательной добавке для всего озера. Работу в Центре экологических исследований Университета Нотр-Дам содействовали Р. Хелленталь, Дж. Рунде, Г. Беловски и Дж. Кодель. Финансовая поддержка была частично предоставлена Национальным научным фондом (DEB –

Плитка Sentinel-2 Лес
(широколиственные и хвойные) Травянистые Болотные угодья Вода
% 33WXR 0 0 0 0 0 0% 2%
33WWP 37–78% 55–95% 3% 1–11%
33WXM-34WDS 77–100% 0 11 26% 1%
33WVM-33VUL-33VVL 25% 69–89% 3.5–7% 3–22%
33VUG 90–100% 3–5% 0 2–16%
Таблица 2. Идентификатор, название, регион и координаты (середина) каждого озера.
Таблица 2. Идентификатор, название, регион и координаты (середина) каждого озера.
9,8 ″ в.д. 14 rmland 936 E 936 Öäster09 936 Mäng -Västerbotten E 936jöt70 Kaisen ° 15’53,85 ″ с.ш.
ID Название и регион озера Широта Долгота
1 Skrapmiejaure-Västerbotten W 66 ° 7′59.02 ″ с.ш. 16 ° 8’47,79 ″ в.д.
2 Aitelnastjärn-Västerbotten W 66 ° 6’17,87 ″ с.ш. Вестерботтен W 66 ° 7’3,34 ″ N 16 ° 11’11,27 ″ E
4 Lissojaure-Västerbotten W 66 ° 5’31,91 ″ N 16 ° E 17 ° E 17 °
5 Tjappisjaure-Västerbotten W 66 ° 4′5.96 ″ N 16 ° 21′10.36 ″ E
6 Ruohtajavratje-Västerbotten W 66 ° 5’11,45 ″ N 16 ° 19’22,67 ″ E
7 Väsatjaure-8 Bäsatjaure-8 ″ С.ш. 16 ° 15′55,72 ″ в.д.
8 Сторона Биссити-Вестерботтен W 66 ° 0′51,39 ″ с.ш. -Västerbotten W 66 ° 0′42,84 ″ N 16 ° 16′30,55 ″ E
10 Nedre Buonuokjaure-Västerbotten W 66 ° 0′32.77 ″ с. 63 ° 44’23,4 ″ с.ш. 12 ° 36’37,9 ″ в.д.
13 Свартвикстьярна-Ямтланд 64 ° 02’59,4 ″ с.ш. 13 °
Krutejaure-Jämtland 63 ° 55′20.2 ″ N 13 ° 27′00.0 ″ E
15 Jille Skoulkenjaevrie-Jämtland 63 ° 54′18.5 ″ с.ш. 13 ° 30′14,2 ″ в.д.
16 Баулан (Östra) -Ямтланд 63 ° 47′55,0 ″ с.ш. Джилле Баулан (Вестра) -Ямтланд 63 ° 47’58,9 ″ с.ш. 13 ° 16’57,4 ″ в.д.
18 Клингерваттнет-Ямтланд 64 ° 37’16,4 ″ с.ш. 14 ° 34570 936 ‘ 44,7 ″ E
19 Örtjärnen-Värmland 59 ° 56′1,29 ″ N 13 ° 19′53.96 ″ E
20 Hemsjön-Värmland 59 ° 55′12,96 ″ N 13 ° 20′9,74 ″ E
21 Igeltjärnen-Värmland 59 ° 13 ° 17’28,68 ″ E
22 Göptjärnet-Värmland 59 ° 53′4,93 ″ N 12 ° 44’46,53 ″ E
5 Markjärland 5 Markjär70 5 Markjär70 5 Markjärland ° 52’18,51 ″ N 12 ° 42’13,89 ″ E
24 Stora Abbortjärnet-Värmland 59 ° 50’48.60 ″ с.ш. 12 ° 38′48,93 ″ в.д.
25 Isakstjärn-Värmland 60 ° 15′20,97 ″ с.ш. 60 ° 18’13,70 ″ с.ш. 12 ° 35’7,07 ″ в.д.
27 Хотламм-Вермланд 60 ° 19’40,88 ″ с.ш. 28 Stortjärnen-Västerbotten E 64 ° 15’42,00 ″ N 19 ° 45′44,37 ″ E
29 Enhörningen-Västerbotten E 64 ° 15’2.39 ″ с. -Västerbotten E 64 ° 7’24,34 ″ N 18 ° 46’44,35 ″ E
32 Byxrivarlidvägen-VästerbottenE 64 ° 7’31,28 ″ E 90 ° 7’31,28 ″ N
33 Гольготьярн-Вестерботтен E 64 ° 8′46,07 ″ с.ш. 18 ° 42′53.81 ″ E
34 Nästjärn-Västerbotten E 64 ° 9′1,26 ″ с.ш. 18 ° 48′0,51 дюйма E
35 Öästerbotten Öäster ° E 19,64 ″ N 18 ° 50′48,72 ″ E
36 Nedre Skarda-Västerbotten E 64 ° 13′31,07 ″ N 18 ° 46′22,28 ″ E
64 ° 15′2,39 ″ N 18 ° 45′45.07 ″ E
38 Banansjön-Norrbotten 68 ° 26′43.24 ″ с.ш. 18 ° 37′44,70 ″ в.д.
39 Куккельшён-Норрботтен 68 ° 26′33,21 ″ с.ш. 68 ° 20’49,86 ″ с.ш. 18 ° 54’46,05 ″ в.д.
41 Hästskosjön-Norrbotten 68 ° 21’1,55 ″ с.ш. 18 ° 58’370 90,08 ″ в.д. 42 Вускояври-Норрботтен 68 ° 20’44,63 ″ с.ш. 19 ° 6’2.76 ″ E
43 Långsjön-Norrbotten 68 ° 20′15,96 ″ N 19 ° 8′46,65 ″ E
44 Lillsjön 90,736 ° Lillsjön 90 ° Norr 19 ° 8’44,80 ″ в.д.
45 Альмберга-Норрботтен 68 ° 19’54,46 ″ с.ш. 19 ° 9’10,69 ″ в.д.
46 19 ° 24’22,73 ″ в.д.
Таблица 3. Разрешение, радиометрия и отношение сигнал / шум (SNR) диапазонов Sentinel-2, используемых в этом исследовании.
Таблица 3. Разрешение, радиометрия и отношение сигнал / шум (SNR) диапазонов Sentinel-2, используемых в этом исследовании.
936 20
Диапазон Разрешение
(м) Центральная длина волны (нм) Область Полоса пропускания (нм) SNR
2 10 Синий 154
3 10 560 Зеленый 35 168
4 10 665 705 Красный край 15 117
Таблица 4. Даты отбора проб на месте и получения изображений Sentinel-2A, а также физические характеристики озер.
Таблица 4. Даты отбора проб на месте и получения изображений Sentinel-2A, а также физические характеристики озер.
905 905 Дата изображения / 07/201600770 936,
/ 08/2016007070 936,
/ 07/201600 07/2016 / 07/2016, / 07/20167070 08/2016 72,
ID Площадь
(м ²) Периметр
(м) Дата выборки a (420) _CDOM
(м ^-1)
1 68400 1980 28.07.2016 0.9 20.07.2016
2 136,800 2040 28.07.2016 0,52 20.07.2016
3 14836,500 0,85 20.07.2016
4 376,200 3240 28.07.2016 0,97 20.07.2016
2760 28.07.2016 1.13 20.07.2016
6 209,700 3240 28.07.2016 1,42 20.07.2016
7 936,20036 / 07/2016 1,82 20.07.2016
8 117,900 2400 28.07.2016 0,85 20.07.2016
3120 28.07.2016 1.91 20.07.2016
10 238,500 2820 01.07.2016 1,14 20.07.2016
11 0,79 16.08.2016
12 279,900 3720 17.07.2016 1,02 05.09.2016
1620 17.07.2016 0.92 16.08.2016
14 218,700 2700 17.07.2016 2,4 16.08.2016
15 3083670 9 / 07/2016 0,33 09.07.2016
16 227,700 3480 17.07.2016 0,3 09.07.2016
173670
173670 2760 17.07.2016 1.88 09.07.2016
18 341,100 5280 17.07.2016 1,78 07.09.2016
19 2,85 18.07.2016
20 251,100 3240 09.07.2016 0,55 18.07.2016
1620 07.09.2016 4.71 18.07.2016
22 32400 720 11.07.2016 5,48 18.07.2016
23 48600 1260570 8,22 18.07.2016
24 24,300 720 11.07.2016 9,21 18.07.2016
25
25 900 07.10.2016 4.06 18.07.2016
26 97,200 1980 10.07.2016 3,98 18.07.2016
27 340,2703600 2,29 18.07.2016
28 48,600 1080 12.07.2016 12,24 12/10/2016
29,670 29,670 29,600 1980 27.07.2016 2.93 21.07.2016
30 396,900 3780 27.07.2016 9,79 21.07.2016
31 123670 36 07/2016 13 21.07.2016
32 24,300 720 26.07.2016 10,62 21.07.2016
33
72 1620 27.07.2016 8.38 21.07.2016
34 24300 720 26.07.2016 1,57 21.07.2016
35 40,53670 40570 5,29 21.07.2016
36 40,500 1080 28.07.2016 5,29 21.07.2016
37 56
37 56 1080 28.07.2016 4.97 10.09.2016
38 64,800 1980 25.08.2016 1,72 09/10/2016
39 40,500 40,500 / 08/2016 1,42 10.09.2016
40 48,600 1080 23.08.2016 0,27 09/10/2016
41 1260 23.08.2016 0.8 10.09.2016
42 712,800 4680 23.08.2016 0,86 09/10/2016
43 137,700 0,14 10.09.2016
44 32,400 900 24.08.2016 0,82 09/10/2016
45 1260 24.08.2016 0.87 10.09.2016
46 2,770 200 12960 25.08.2016 0,4 10.09.2016
Таблица 5. Модели извлечения для (420) _CDOM, оцененные из Sentinel-2A до (^b, без затенения) и после (^a, затенение серым) атмосферной коррекции. RMSE, среднеквадратичная ошибка; MAE — средняя абсолютная ошибка; переменная X обозначает коэффициент полосы в уравнении модели.
Таблица 5. Модели извлечения для (420) _CDOM, оцененные из Sentinel-2A до (^b, без затенения) и после (^a, затенение серым) атмосферной коррекции. RMSE, среднеквадратичная ошибка; MAE — средняя абсолютная ошибка; переменная X обозначает коэффициент полосы в уравнении модели.
9362 9036 B3 9362 = 1,457 * X ^-0,41
Соотношение полос Модель RMSE MAE R ²
B2 / B3 ^b y = 0.0764 * X ^6.9008 1.0008 2.5384 0.2235
B3 / B4 ^b y = 3.9179 * X ^−1.452 1,036 / B5 ^b y = 2,0273 * X ^−0,231 1.0982 3,3289 0,0009
B2 / B3 ^a 0,0009 ^a 9034 y = 1,72350,0 X6412 1,9617 0,0013
B3 / B4 ^a y = 2,332 * X ^−0,956 0,964 3,4234 0,2753 3,4234 0,2753 0,6611 1,6376 0,1925
Таблица 6. Повторные k-кратные результаты перекрестной проверки эффективности отношения полос Sentinel-2A для 46 озер до (^b, без затенения) и после (^a, серая заливка) атмосферной коррекции.
Таблица 6. Повторные k-кратные результаты перекрестной проверки эффективности отношения полос Sentinel-2A для 46 озер до (^b, без затенения) и после (^a, серая заливка) атмосферной коррекции.
Передаточное число RMSE MAE R ²
B2 / B3 ^b 3,676 9684 3,676 2,71 9362 3.018 2,51 0,319
B3 / B5 ^b 4,567 3,142 0,108
B2 / B3 ^а70 9070 2,3 / B4 ^a 3,018 2,923 0,487
B3 / B5 ^a 3,486 2,736 0,178
Таблица 7. Наиболее эффективная модель поиска (420) _CDOM, оцененная на основе проверочного поднабора после атмосферной коррекции (^a) и удаления выбросов (n = 5). Переменная X обозначает коэффициент полосы в уравнении модели.
Таблица 7. Лучшая модель поиска (420) _CDOM, оцененная на основе проверочного поднабора после атмосферной коррекции (^a) и удаления выбросов (n = 5). Переменная X обозначает коэффициент полосы в уравнении модели.
Передаточное число Модель RMSE MAE R ²
B2 / B3 ^a B2 / B3 ^a 3670 1,9517 09570 1. * 1,370 0,0076
B3 / B4 ^a y = 2,8091 * X ^— ^2,341 3,4834 1.09077 0,648
B570 13702 * X ^−0,615 6,4979 3,43316 0,2244
Недре Джерван Аренда домов и домов для отпуска — Трёнделаг, Норвегия
Недре Джерван Аренда домов и домов для отпуска — Трёнделаг | AirbnbПропустить к содержанию
К сожалению, некоторые части веб-сайта Airbnb не работают должным образом без включенного JavaScript.
Найдите и забронируйте уникальное жилье на Airbnb
Аренда на время отпуска в Недре-Джерване с самым высоким рейтингом
Гости согласны: эти варианты проживания высоко оценены за расположение, чистоту и многое другое.
Отдельная комната · 1 гость · 1 кровать · 1 общая ванная
Уединенная, тихая и спокойная спальня Милая спальня с односпальной кроватью и отдельной столовой, подходящей для частных лиц. Квартира находится в Брундален, недалеко от мидтбюна и солсидена со всеми удобствами, а также рядом с несколькими крупными кампусами, такими как NTNU, Dragvoll и HIST в Ротволле и Тунге. С отличной системой общественного транспорта. Рядом с домом есть общая парковка. Он находится в нескольких минутах ходьбы от туристических районов, таких как Эстенштадсмарка, Ладештайн, Драгволл и т. Д.
Кондоминиум целиком · 5 гостей · 4 кровати · 1 ванная
Pen leilighet (5 чел.), Parkering og EL-lader «Pen leilighet 10 minutter unna Trondheim sentrum» Leiligheten er 70 kvm stor med, med to soverom. Ett soverom med stor dobbeltseng (180×200), ett rom med tre enkle senger (90×200). I tillegg er det én reiseseng (60×120) dersom du reiser med småbarn. Parkering и kjeller med ladeboks для ELBIL. Adkomst til leilighet via heis eller trapper. Стильная и ролевая машина с короткими сиденьями для легкого транспорта, бутиков, турникетов и сидений / бадеплассов.Прохожий Leiligheten для семейного сарая.
Квартира целиком · 7 гостей · 5 спальных мест · 1,5 ванные комнаты
Двухэтажное место с видом на море недалеко от центра города. Особый дом на берегу моря, расположенный в красивом и идиллическом месте. Дружелюбная и тихая обстановка. Ориентированный на семью, безусловно, не лучшее место для бронирования, если вы планируете большую и дикую вечеринку .. Примерно в 10 минутах от центра города, а поезд или автобус всего в 5 минутах ходьбы. Очень семейный район и Органический сад и магазин с продуктами местного производства прямо перед домом, а также животноводческая ферма.Много игровой площадки и красивая береговая линия для изучения.
Аренда на время отпуска для любого стиля
Получите количество места, которое подходит именно вам
Дома
Комфортные места со всем необходимым
Отели
Стильные номера и удобства
Уникальное проживание
Пространства, которые больше, чем просто место для сна
Популярные удобства для аренды на время отпуска в Недре Джерване
Другая отличная аренда на время отпуска в Недре Джерване
· Malvik
Современный дом, фантастический вид на море, 6 спален.
204 доллара за ночь
204 доллара за ночь
Сдается квартира целиком
· Тронхейм
Idyllisk ved Hansbakkfjæra
68 долларов США за ночь
68 долларов США за ночь
000 Тронхейм
000 полностью Gullblokka på Ranheim
116 $ за ночь
116 $ за ночь
Коттедж целиком
· Тронхейм
Sommerro — Jonsvatnet.
55 долларов за ночь
55 долларов за ночь
Сдается целиком
· Тронхейм
Уютные и современные апартаменты в Ротволле.
72 $ / ночь
72 $ / ночь
Жилой дом целиком
· Trondheim
Moderne halvpart med utsikt
255 $ / ночь
255 $ за ночь
Сдается целиком
· Trondheim
квартира с парковкой
127 $ за ночь
127 $ за ночь
Коттедж целиком
· Тронхейм
Casa Rossa — великолепный вид 15 мин до Тронхейма
116 $ / ночь
116 $ за ночь
Гостевой люкс
· Тронхейм
Уютный домик в Ранхейме
64 $ за ночь
64 $ за ночь
Сдается целиком
· Тронхейм
Современная квартира с балконом и парковкой.
108 долларов за ночь
108 долларов за ночь
Шале целиком
· Тронхейм
Идиллический бревенчатый домик в Йонсватнет
104 доллара за ночь
104 доллара за ночь
Сдается целиком
Квартира-студия
· Трондхайм
Квартира-студия в Козидхейме
/ парковка
116 долларов за ночь
116 долларов за ночь © 2021 Airbnb, Inc. Все права защищены
Содержание основных и микроэлементов в сланцах Анкерскоген (Хамар) и Øvre Slottsgt. (Осло), Норвегия
Состав черных и других сланцев в рифтовой системе Осло может варьироваться в зависимости от места в отношении основных и редких элементов.Химический анализ основных, второстепенных и микроэлементов в ста пробах кембрийских и ордовикских сланцев, собранных в Осло и Хамаре, позволяет количественно оценить различия в концентрациях в пробах. В этом отчете концентрация элементов, определенная с помощью атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES) после разложения в сильной кислоте, анализа горения с инфракрасным детектором (например, плита Leco) и рентгеновской флуоресценции (XRF), представлена на образцах. из двух мест в системе Осло Рифт.Данные представлены в виде диаграмм, аналогичных тем, которые использовались Broekmans и Sæther (2008) для облегчения сравнения между образцами сланцев из разных мест. Данные о минералогическом составе оцениваются с точки зрения роли сульфидов и карбонатов в образовании гипса и, следовательно, потенциально вызывающем набухание. Образцы из Анкерскогена не являются типичными «черными сланцами». По определению «черные сланцы» — это темноокрашенные глинистые породы, содержащие органическое вещество и минеральные зерна размером с ил и глину, которые накапливаются вместе и обычно содержат 1% или более органических углеродов.Образцы в Øvre Slottsgt. типичные черные сланцы. Они содержат в среднем около 8-9% органического углерода с отчетливым черным цветом из-за высокого содержания органического углерода. Образцы Ankerskogen показывают, что глинистые минералы составляют самую большую долю от общей массы минералов, составляющую от 17% до 70% (за исключением двух образцов конкреций известняка), в среднем около 53%. На втором месте идет кварц с диапазоном от 9% до 45%, в среднем около 24%. Черные сланцы из Øvre Slottsgt. содержат иллит / мусковит, не содержат хлорита и представляют собой минералогически очень зрелые отложения.В этих образцах обнаружены высокие концентрации серы: минимум 2,38%, максимум 7,96% и средний 0,5,47%. Полуколичественное определение содержания минералов показывает, что кварц составляет в среднем 23% (исключая один образец, содержащий конкреции известняка) от всей минеральной массы, глины (лит / мусковит) 45% и пирита 10%. Минералы кальцита в черных сланцах вместе с сульфидами железа могут привести к образованию гипса, когда серная кислота вступает в реакцию с кальцитом. Гипс имеет более низкую плотность и может вызвать расширение сланцев.Превращение сульфидов железа в гипс на месте было предложено Hagelia et al. (2003) как механизм, приводящий к набуханию квасцов в регионе Осло. Гипс не обнаружен ни в одном образце. Скорее всего, это связано с тем, что глинистые сланцы из этих областей еще не подвергались окислительной водной среде, поскольку они были недавно пробурены и добыты.
Общая концентрация газообразной ртути (TGM) над озером Верхнее и озером Мичиган
https://doi.org/10.1016/j.jglr.2021.06.003Получить права и контент
Abstract
Рыба, загрязненная ртутью, представляет собой серьезную проблему в бассейне Великих озер, поскольку ртуть является сильнодействующим нейротоксином, представляющим опасность как для людей, так и для диких животных. Озерная форель и судак Верхнего озера имеют самые высокие концентрации ртути из пяти Великих озер. Поскольку атмосфера является основным источником ртути в Великих озерах, информация о концентрации ртути над водой имеет важное значение для моделирования биогеохимического цикла ртути.В этой статье впервые в рецензируемой литературе представлены измерения общего содержания газообразной ртути (TGM), проведенные над озером Верхнее и озером Мичиган. Измерения с самолета Lake Superior проводились на высоте 300 м, а с самолета Lake Michigan — на переменной высоте 30–300 м. TGM надводного озера Верхнее 1,02 ± 0,34 нг / м ³ намного ниже, чем TGM от девяти станций Канадской сети измерения атмосферной ртути (CAMNet) и шести станций сети атмосферной ртути (AMNet).Средние концентрации ТГМ на суше находятся в диапазоне от 1,25 до 1,75 нг / м ³, что хорошо согласуется с текущими глобальными средними значениями 1,3–1,6 нг / м ³. TGM надводного озера Мичиган составляет 1,65 ± 0,61 нг / м ³. Мы также представляем измерения над водой озера Верхнее летучих органических соединений (ЛОС), озона (O ₃), оксида азота (NO _y) и твердых частиц. Элементарный углерод (ЕС) является индикатором ртути, поскольку ртуть выделяется при сгорании угля.EC значительно коррелирует с TGM как над озером Верхнее, так и над озером Мичиган. TGM над озером Мичиган также значительно коррелирует с органическим углеродом, сульфатом, нитратом и аммонием.
Ключевые слова
Общая газообразная ртуть (TGM)
Газообразная элементарная ртуть (GEM)
Летучие органические соединения (VOC)
Элементный углерод
Измерения на высоте
Временные колебания TGM
Великие озера
замеры
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
© 2021 Авторы.

Author: alexxlab
Навигация по записям
← 1914 первая мировая война события: События Первой мировой войны: историческая правда России от РВИО
Лексическое значение омонимов лайка: Прочитайте в словаре лексическое значение омонимов. Запишите толкование одной из пар омонимов. лайка лайка люлька люлька →
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Search for:
Рубрики
Биология
География
Гиа
Егэ
Информатика
История
Математика
Обществознание
Огэ
Подготовка к ГИА
Подготовка к ЕГЭ
Подготовка к ОГЭ
Подготовка Фипи
Разное
Русский
Советы по обучению
Уроки биологии
Уроки географии
Уроки информатики
Уроки истории
Уроки математики
Уроки обществознания
Уроки русского
Уроки физики
Уроки химии
Физика
Фипи
Химия
2019 © Все права защищены. Карта сайта

	Оба озера вместе				Вторник Лейк		Питер Лейк
Дим.1	Разм. 2	PC1	PC2	Разм. 1	PC1	Размер 1	PC1
pH	0,67	0,43	−0,62	−0,57	−0,43	−0,43 9005 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905	Акварель	−0,94	−0,07	0,92	0,09	0,69	−0,51	0.49	−0,51
DOC	−0,85	0,20	0,89	−0,09	0,65	−0,71	0,66	0,66	−0,66	−0,36	−0,46	0,39	0,41	−0,20
TN	0,75	0,47	−0,66 −	−0,06	0,02	0,59	−0,43
Chl a	0,37	0,59	−0,29	−0,75 −0570
Темп.	−0,04	0,78	0,24	−0,72	0,87	−0,93	0,95	−0,88

Разм.1	Разм. 2	PC1	PC2	Разм. 1	PC1	Размер 1	PC1
pH	0,67	0,43	−0,62	−0,57	−0,43	−0,43 9005 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905 905	Акварель	−0,94	−0,07	0,92	0,09	0,69	−0,51	0.49	−0,51
DOC	−0,85	0,20	0,89	−0,09	0,65	−0,71	0,66	0,66	−0,66	−0,36	−0,46	0,39	0,41	−0,20
TN	0,75	0,47	−0,66 −	−0,06	0,02	0,59	−0,43
Chl a	0,37	0,59	−0,29	−0,75 −0570
Темп.	−0,04	0,78	0,24	−0,72	0,87	−0,93	0,95	−0,88

	Оба озера вместе				Вторник, озеро		Питер Лейк
Dim . 1	Разм. 2	PC1	PC2	Разм. 1	PC1	Размер 1	PC1
pH	0.67	0,43	−0,62	−0,57	−0,43	0,40	0,48	−0,59
Цвет воды	−0,94	−0,94	−0,51	0,49	−0,51
DOC	−0,85	0,20	0,89	−0,09	0,65	−0,795 0.	−0,79
TP	0,78	0,31	−0,66	−0,36	−0,46	0,39	0,41	−0,66	−0,53	−0,06	0,02	0,59	−0,43
Chl a	0,37	0,59	−0,83	0,89	0,63	−0,68
Темп.	−0,04	0,78	0,24	−0,72	0,87	−0,93	0,95	−0,88