1.9: 水生生态系统中养分

1.测量样品中氮

1. 在分光光度计，找到该程序为硝酸盐 （以用户手册或工具菜单） 并输入程序号。
2. 吸管 10 毫升的水样品到样品管之一。这倒入样管之一。
3. 对于第二个样品管重复。
4. 将硝酸试剂粉垫一个枕头的内容添加到一个样品管。
5. 盖两个样管。
6. 在分光光度计，按计时器并输入启动试剂反应期。摇大力反应时间结束之前的样品和计时器的蜂鸣声。样品将开始变成琥珀色。
7. 按 enter 键。第二 5 分钟反应时间将开始。
8. 计时器会发出蜂鸣声第二次后，擦拭掉外面的两个样品管用不起毛的纸巾。
9. 将样品管无试剂 （空白） 管放入分光光度计。
10. 盖与仪器帽，以确保环境光阻止细胞。
11. 零为 0.0 毫克/升阅读分光光度计没有₃
12. 删除空白单元格，并将样品细胞与试剂放入细胞持有人。紧紧地覆盖仪器帽的样本单元格。
13. 新闻界宣读。光标将移动到右边，然后毫克/升没有₃-N 将显示结果。

2.测量样品中的磷

1. 测出 5.0 毫升的水样用移液管。
2. 测得的水倒入样品管。
3. 将磷酸一钾过硫酸铵粉枕的内容添加到样品管。
4. 瓶盖管紧，摇动融化。
5. 标签顶部的管帽和管在 COD 反应器 （在化学罩） 和热 30 分钟。
6. 将其放置在试管架和允许冷却至室温。
7. 使用一个量筒，测出的 1.54 N 氢氧化钠 2 毫升。
8. 这倒入样品管。帽子和混合。
9. 分光光度计，磷酸酯 （与用户手册或工具菜单） 找到的程序数量和输入的程序数目。
10. 清洁用不起毛的纸巾样品管外。
11. 所以，它面对前面的仪器放置试管。
12. 地方上测试管的盖。
13. 拿出试管和添加购买的试剂粉枕为抗坏血酸方法的内容。
14. 瓶盖紧，摇为 10 ~ 15 秒。
15. 按下计时器，然后输入。一个 2 分钟的等待期将开始。
16. 计时器会发出蜂鸣声后，清洁试管用不起毛的纸巾的外。
17. 试管置于仪器面对前面的仪器的标志。
18. 将封面放在试管中。
19. 新闻界宣读。显示将显示的结果中 mg/l。

氮和磷是水生生态系统中必不可少的植物营养物质，但是，过量会导致严重的水质问题。水中的氮和磷通常分别以硝酸盐和磷酸盐的形式存在。这两种营养物质都溶解在水中，很容易被藻类等光合作用吸收。

硝酸盐和磷酸盐通过废水处理厂、施肥草坪和农田、有故障的化粪池系统和工业废物排放的淡水径流进入水系统。过量时，这两种营养物质都会导致水生植物生长和藻类大量繁殖增加，称为富营养化。这些藻类大量繁殖生活在水面上，以便轻松获取氧气和阳光。

因此，富营养化阻止了较低的水位获得阳光和空气中的氧气。当藻类死亡时，它们会沉入较低的水位并分解，在较深的水中消耗氧气，导致缺氧或低溶解氧水平。缺氧，切断补给，深水变成了死区。结果，鱼类和其他生物大量死亡。死区广泛分布在世界海洋和湖泊中，主要分布在人口稠密的城市地区。

本视频将介绍测量地表水中硝酸盐和磷酸盐浓度的方法，并演示实验室中的测量结果。

水中的氮以"硝酸盐作为氮"来报告。短语"硝酸盐作为氮"是指硝酸盐形式的氮量。因此，硝酸盐作为氮的浓度可以使用氮和硝酸盐的分子量比转换为硝酸盐浓度。

硝酸盐浓度使用镉还原法测量。镉金属将硝酸盐还原为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐离子与氨基苯甲酸反应形成中间重氮盐。然后重氮盐与龙胆酸偶联，形成琥珀色化合物。琥珀色越深，样品中的硝酸盐浓度越高。

水样中磷的浓度以磷酸盐形式的磷含量报告类似。磷酸盐浓度和磷酸盐作为磷浓度之间的转换可以使用分子量轻松完成。磷酸盐以许多不同的构象存在于水中。所有磷酸盐必须首先通过用酸和过硫酸钾加热样品，通过水解转化为正磷酸盐。

抗坏血酸/钼酸盐法用于计算正磷酸盐浓度。正磷酸盐在酸性条件下与钼酸钠反应生成磷酸盐/钼酸盐复合物。然后使用抗坏血酸来减少复合物，产生蓝色产品。为了量化试剂在两个实验中产生的颜色强度，使用比色计测量有色物质吸收的光量。然后将吸光度转换为浓度。

以下实验将演示使用预混试剂包分析水样中的硝酸盐和磷酸盐浓度，以执行这种比色技术。

要开始氮测量，请在比色计上找到硝酸盐程序，然后输入适当的程序编号或将比色计设置为在 420 nm 处测量。测量 10 mL 水样，移液到样品管中，并标记试管。准备第二支相同的试管，并将其标记为空白。

将一个预混镉减少法试剂包的内容物添加到样品管中。盖上两个样品管。开始计时试剂的 1 分钟反应期。用手用力摇动试管，直到反应时间完成。

将试管放下，开始第二个 5 分钟的反应期，让镉减少氮。反应期结束后，用无绒纸巾将两根试管擦干净。

将无试剂的样品管（标记为空白）放入比色计中。确保没有标签干扰光路。用仪器盖紧盖住样品池，以确保所有环境光都被阻挡在样品室中。

用空白校准比色计，读数为 0.0 mg/L 硝酸盐作为氮气。取出空管，将样品管放入样品架中，然后盖上仪器盖。测量样品吸光度，并将样品中硝酸盐的浓度显示为氮。

水样中磷的测量与氮的测量类似。首先，测量 5 mL 水样并将其移液到样品管中。将一个预混合的用于膦酸盐的过硫酸钾粉末枕头的内容物添加到样品管中。

盖紧试管并摇晃以溶解粉末。给盖子顶部贴上标签。将管子放入罩中的反应器中，在 150 °C 下加热 30 分钟。加热后，从反应器中取出试管，将其放在试管架上，并使其冷却至室温。

接下来，向样品管中加入 2 mL 1.54 M 氢氧化钠，调节 pH 值。盖上试管并混合。在比色计上，找到磷酸盐的程序编号并输入程序编号，或将分光光度计设置为测量 880 nm 处的吸光度。

用无绒抹布清洁样品管，然后将试管装入比色计。确保没有标签干扰仪器中的光路。将盖子放在仪器上，并使用未反应的样品作为空白进行校准。

从仪器中取出试管，将预混抗坏血酸法试剂盒的内容物加入试管中。盖紧试管，摇晃试管混合。将试管放在架子上，并使用计时器开始 2 分钟的反应期。

反应期结束后，溶液颜色应为蓝色。用无绒纸巾清洁管子的外部。将试管放入仪器中，所有标签均不在光路中。

关闭样品室盖并按下 READ 按钮。结果将以 mg/L 为单位显示。如果使用分光光度计，请测量 880 nm 处的样品吸光度。

在本实验中，比较了 5 个不同采样点的大都会河支流中硝酸盐和磷酸盐的浓度。

干净的河水通常含有 0 至 1 mg/L 的硝酸盐-氮和 0 至 0.03 mg/L 的磷酸盐-磷。硝酸盐-氮浓度在 3 至 5 mg/L 和 0.03 至 0.1 mg/L 磷酸盐磷浓度之间被认为是高浓度，高于这些范围被认为是富营养化的。

5 个采样地点中有 3 个的硝酸盐和磷酸盐水平很高。同样，对水处理厂的上游和下游的平均硝酸盐和磷酸盐浓度进行了比较。上游测量值代表未经处理的水，而下游测量值代表处理厂的径流。

由于在处理过程中去除了有机物质，因此下游测量的磷酸盐含量较低。然而，下游的平均硝酸盐浓度较高，表明排放区域附近可能含有硝酸盐，可能来自草坪肥料。

了解水径流的营养成分及其对海洋植物的影响对于保护我们的自然生态系统极为重要。

在以下示例中，研究了珊瑚礁等远程环境中的海洋微生物。这些结果有助于阐明由于硝酸盐浓度和由此产生的藻类大量繁殖而引起的微生物种群变化。

水样收集在与外部环境隔绝的容器中，以防止污染。在 0.22-？m 过滤器上收集微生物。分析过滤后的水以检查无机杂质。宏基因组分析发现，微生物遗传物质的转移与硝酸盐浓度呈正相关。

为了对抗富营养化，了解土壤径流以及污染物在土壤中的归宿和运输非常重要。在以下示例中，模拟了降雨，并研究了土壤中污染物的归宿。土箱里装满了含有感兴趣污染物的土壤，在这种情况下是尿素，一种常见的氮肥形式。含磷分子可以用相同的程序进行研究。模拟不同条件下的降雨，并收集和分析径流。

与上一个例子类似，径流也可以在自然环境中进行户外研究。在这里，在城市地区建造了一个径流研究设施。建造了挡土墙以防止径流污染其他区域，并实现受控的集水。地块区域也被分开，以防止水的横向移动。使用灌溉系统进行径流研究。收集水径流并完成化学分析以确定水中的污染物。

您刚刚观看了 JoVE 对地表水中水营养物分析的介绍。现在，您应该了解与水径流和富营养化相关的挑战，以及如何测量水样中的营养成分。感谢观看！