Name: Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: Poznaj metodę pomiaru uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody. Technika symuluje procesy biogeochemiczne w nasyconych glebach i osadach, umożliwiając ocenę ryzyka transportu fosforu do wód powierzchniowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Finansowanie zostało udostępnione przez Centrum Badań nad Zasobami Wodnymi i Jeziorami Vermont na mocy umowy z U.S. Geological Survey. Wnioski i opinie są wnioskami autorów, a nie Centrum Badań nad Zasobami Wodnymi i Jeziorami Vermont lub USGS.

1. Pobieranie próbek
<ol>
	<li>Zbierz około 4 l gleby (lub osadu) z wybranych miejsc. Obszary zbierania powinny być stosunkowo małe, aby ograniczyć przestrzenne zróżnicowanie właściwości P i gleby.</li>
	<li>Próbki przesiewane przez grube sito (20 mm) przesiewano według sita o średnicy 2 mm. Po przesianiu próbki należy dokładnie wymieszać ręcznie.</li>
	<li>Odważyć 100 g wilgotnej gleby lub osadu. Suszyć w piecu w temperaturze 105 °C przez 24 godziny i obliczyć grawimetryczną zawartość wody (masa wody w glebie/sucha masa gleby).</li>
	<li>Pobrać podpróbkę o objętości 500 ml do analizy chemicznej. 
	UWAGA: Zalecane są badania gleby dotyczące pH, zawartości materii organicznej i nietrwałego stężenia P (Pi) w glebie. W tym przypadku dostępność płynnych Pi w glebie oceniano za pomocą: 1) Pi wyekstrahowanego octanem amonu o smole 1,25 mola L-1 (pH = 4,8; dalej określanego jako zmodyfikowane P, ekstrahowalnego Morgana) mierzonego kolorymetrycznie7,8, 2) Pi ekstrahowanego wodą destylowaną i 3) P ekstrahowanego octanem amonu o stężeniu 1,25 mola L-1 (pH = 4,8) mierzonego za pomocą indukcyjnie sprzężonej plazmooptycznej spektroskopii emisyjnej (ICP)8.</li>
	<li>Pozostałą przesianą glebę wykorzystaj do badań mikrokosmosu lub przechowuj w workach polietylenowych w temperaturze 5 °C do późniejszego wykorzystania. 
	UWAGA: Gleby wysychają po schłodzeniu przez długi czas (>30 dni) i będą wymagały ponownego nawilżenia. Nie zamrażaj próbek gleby, ponieważ wpływa to na integralność mikrobiologiczną i potencjał uwalniania fosforu.</li>
</ol>
2. Budowa mikrokosmosu
<ol>
	<li>Użyj jednolitrowych (1 l) zlewek polipropylenowych z podziałką lub innych niereaktywnych zlewek z tworzywa sztucznego jako indywidualnych jednostek doświadczalnych (mikrokosmosów). Umyć zlewki w 10% kwasie solnym i trzykrotnie spłukać wodą destylowaną.</li>
	<li>Odmierz 2 cm w górę od dołu i umieść znak obok podziałki zlewki. Wywierć otwór o średnicy 1.25 cm na porty drenażowe.</li>
	<li>Umieść małą kulkę silikonu wokół wewnętrznej krawędzi króćca węża i zewnętrznego obwodu otworu. Ostrożnie włóż port odpływowy do otworu. 
	UWAGA: Pozostaw do wyschnięcia na powietrzu przez co najmniej 24 godziny przed przejściem do kroku 2.4.</li>
	<li>Prześledź zewnętrzny obwód zadziorów węża na siatce filtra z nylonowej siatki i wytnij nożyczkami. Nałóż cienką warstwę silikonu na obwodzie każdego filtra na zewnętrznej krawędzi i dociśnij filtry do wlotów kolców węża. Odczekaj co najmniej 24 godziny schnięcia przed użyciem. 
	UWAGA: Do większości zastosowań zalecany jest rozmiar porów 100 μm; jednak gleby o drobniejszej teksturze mogą wymagać większego rozmiaru porów filtra, aby uniknąć zbyt długiego czasu pobierania próbek PW.</li>
	<li>Dopasuj krótki kawałek węża lateksowego o średnicy 0,625 cm do końców zadziorów węża. Przymocuj do węża spinacz do segregatora papierowego o szerokości 3,3 cm, aby zapobiec przepływowi.</li>
</ol>
3. Przeprowadzanie próby uwalniania fosforu
<ol>
	<li>Umieść 500 ml próbki w zduplikowanych mikrokosmosach i delikatnie nałóż wodę destylowaną wzdłuż ścianek zlewki, aż FW osiągnie znak 1 l. 
	UWAGA: Pozwól mikrokosmosom zrównoważyć się przez 24−48 godzin przed pobraniem początkowych próbek.</li>
	<li>Odpiąć papierowe segregatory, aby wywołać przepływ PW przez port drenażowy. Próbki należy pobierać, umieszczając czyste zlewki o pojemności 30 ml bezpośrednio pod portami drenażowymi PW. Odczekać, aż kilka ml PW odsączy, wyrzucić i wykorzystać następne 10 ml jako reprezentatywną objętość próbki.</li>
	<li>Przefiltruj próbki PW przez filtry membranowe 0,45 μm i natychmiast przeanalizuj je pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego P (SRP). Zapisuj wartości absorbancji i czas pomiarów. 
	UWAGA: Ogólnie przyjmuje się, że SRP jest ortofosforanem; jednak P reagujący z molibdenianem może również tworzyć kompleksy z koloidami i/lub nanocząstkami, które przechodzą przez filtry 0,45 μm4.</li>
	<li>Pobrać początkową próbkę FW, wkładając pipetę strzykawkową z gruszką o pojemności 10 ml do połowy słupa wody i pobrać próbkę ruchami okrężnymi. Opróżnij do zlewek, przefiltruj i natychmiast przeanalizuj pod kątem SRP.</li>
	<li>Pobrać próbkę wody, napełniając zlewki do poziomu 1 l wodą destylowaną. 
	UWAGA: Straty na parowaniu będą się różnić. Celem jest konsekwentne utrzymanie całkowitej objętości (zalana gleba + słup wody) na poziomie 1 l we wszystkich mikrokosmosach. Zastąpienie strat wody spowodowanej parowaniem ma znikomy wpływ na rozcieńczenie SRP.</li>
	<li>Powtórz kroki od 3.2 do 3.5 w oparciu o żądaną liczbę punktów czasowych wydania P dla analizy. 
	UWAGA: Liczba próbek pobranych w czasie zależy od celów eksperymentatora. Pobieranie próbek od jednego do trzech razy w tygodniu jest wystarczające w przypadku wielu zastosowań, przy założeniu, że inkubacja jest bliska 20 °C. Inkubacja w wyższych temperaturach zwiększa szybkość uwalniania SRP i będzie wymagała częstszego pobierania próbek. Intencją jest tutaj pokazanie użyteczności metody mikrokosmosu, a nie skupienie się na analizie danych z eksperymentów. Zarówno modele kinetyczne, jak i empiryczne pasujące do danych desorpcji/sorpcji P są prezentowane w innym miejscu9,10. Ponieważ metoda mikrokosmosu opiera się na projekcie powtarzalnych pomiarów i uwzględnia replikację oraz różne zabiegi, uogólnione liniowe podejścia do modelowania mieszanego są również odpowiednie11.</li>
</ol>

<ol><li>Patrick, W. H., Khalid, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphate+release+and+sorption+by+soils+and+sediments%3A+Effect+of+aerobic+and+anaerobic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Phosphate release and sorption by soils and sediments: Effect of aerobic and anaerobic conditions.</a> Science. 186 (4158), 53-55 (1974).</li>
<li>Moore, P. A., Reddy, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+Eh+and+pH+on+phosphorus+geochemistry+in+sediments+of+Lake+Okeechobee%2C+Florida%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Role of Eh and pH on phosphorus geochemistry in sediments of Lake Okeechobee, Florida.</a> Journal of Environmental Quality. 23, 955-964 (1994).</li>
<li>Young, E. O., Ross, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphate+release+from+seasonally+flooded+soils%3A+a+laboratory+microcosm+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Phosphate release from seasonally flooded soils: a laboratory microcosm study.</a> Journal of Environmental Quality. 30 (1), 91-101 (2001).</li>
<li>Henderson, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anoxia-induced+release+of+colloid-+and+nanoparticle-bound+phosphorus+in+grassland+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Anoxia-induced release of colloid- and nanoparticle-bound phosphorus in grassland soils.</a> Environmental Science & Technology. 46 (21), 11727-11734 (2012).</li>
<li>Vidon, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hot+spots+and+hot+moments+in+riparian+zones%3A+potential+for+improved+water+quality+management%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Water+Resources+Association%22%5BJournal%5D)">Hot spots and hot moments in riparian zones: potential for improved water quality management.</a> Journal of the American Water Resources Association. 46 (2), 278-298 (2010).</li>
<li>Young, E. O., Ross, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+mobilization+in+flooded+riparian+soils+from+the+Lake+Champlain+Basin%2C+VT%2C+USA%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Phosphorus mobilization in flooded riparian soils from the Lake Champlain Basin, VT, USA.</a> Frontiers in Environmental Science. 6 (120), 1-12 (2018).</li>
<li>McIntosh, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bray+and+Morgan+soil+extractants+modified+for+testing+acid+soils+from+different+parent+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Agronomy+Journal%22%5BJournal%5D)">Bray and Morgan soil extractants modified for testing acid soils from different parent materials.</a> Agronomy Journal. 61 (2), 259-265 (1969).</li>
<li>Young, E. O., Ross, D. S., Cade-Menun, B. J., Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+speciation+in+riparian+soils%3A+a+phosphorus-31+nuclear+magnetic+resonance+and+enzyme+hydrolysis+study%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science+Society+of+America+Journal%22%5BJournal%5D)">Phosphorus speciation in riparian soils: a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance and enzyme hydrolysis study.</a> Soil Science Society of America Journal. 77 (5), 1636-1647 (2013).</li>
<li>McGechan, M. B., Lewis, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sorption+of+phosphorus+by+soil%3A+Part+1.+Principles%2C+equations%2C+and+models%5BTitle%5D)+AND+%22Biosystems+Engineering%22%5BJournal%5D)">Sorption of phosphorus by soil: Part 1. Principles, equations, and models.</a> Biosystems Engineering. 82 (1), 1-24 (2002).</li>
<li>Cabrera, M. L. Modeling phosphorus in runoff: Basic approaches. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCabrera%2C+ML+%22Modeling+Phosphorus+in+the+Environment%22">Modeling Phosphorus in the Environment</a>. Radcliffe, D. E., Cabrera, M. L. , CRC Press. Boca Raton, FL. 65-81 (2007).</li>
<li>Gbur, E. E., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGbur%2C+EE+%22Analysis+of+Generalized+Linear+Mixed+Models+in+the+Agricultural+and+Natural+Resources+Sciences%22">Analysis of Generalized Linear Mixed Models in the Agricultural and Natural Resources Sciences</a>. , American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, Soil Science Society of America. Madison, WI. (2012).</li>
<li>Moore, P. A., Reddy, K. R., Fisher, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+flux+between+sediment+and+overlying+water+in+Lake+Okeechobee%2C+Florida%3A+Spatial+and+temporal+variations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Phosphorus flux between sediment and overlying water in Lake Okeechobee, Florida: Spatial and temporal variations.</a> Journal of Environmental Quality. 27 (6), 1428-1439 (1998).</li>
<li>Young, E. O., Briggs, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+concentrations+in+soil+and+subsurface+water%3A+A+field+study+among+cropland+and+riparian+Buffers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Phosphorus concentrations in soil and subsurface water: A field study among cropland and riparian Buffers.</a> Journal of Environmental Quality. 37 (1), 69-78 (2008).</li>
<li>Hoffmann, C. C., Kjaergaard, C., Uusi-Kämppä, J., Hansen, H. C. B., Kronvang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+retention+in+riparian+buffers%3A+review+of+their+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Phosphorus retention in riparian buffers: review of their efficiency.</a> Journal of Environmental Quality. 38 (5), 1942-1955 (2009).</li>
<li>Bartlett, R. J., Ross, D. S. Chemistry of Redox Processes in Soils. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBartlett%2C+RJ+%22Chemical+Processes+in+Soils%2C+SSSA+Book+Ser.+8%22">Chemical Processes in Soils, SSSA Book Ser. 8</a>. Tabatabai, M. A., Sparks, D. L. , SSSA. Madison, WI. 461-487 (2005).</li>
<li>Radcliffe, D. E., Freer, J., Schoumans, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+phosphorus+models+in+the+United+States+and+Europe%3A+Their+usages%2C+scales%2C+and+uncertainties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Diffuse phosphorus models in the United States and Europe: Their usages, scales, and uncertainties.</a> Journal of Environmental Quality. 38 (5), 1956-1967 (2009).</li>
<li>Bartlett, R. J., James, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studying+dried%2C+stored+soil+samples%E2%80%94some+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science+Society+of+America+Journal%22%5BJournal%5D)">Studying dried, stored soil samples—some pitfalls.</a> Soil Science Society of America Journal. 44 (4), 721-724 (1980).</li>
<li>Turner, B. L., McKelvie, I. D., Haygarth, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+water+extractable+soil+organic+phosphorus+by+phosphatase+hydrolysis%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Biology+%26+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Characterization of water extractable soil organic phosphorus by phosphatase hydrolysis.</a> Soil Biology & Biochemistry. 34 (1), 27-35 (2002).</li>
<li>Turner, B. L., Haygarth, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+solubilization+in+rewetted+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Phosphorus solubilization in rewetted soils.</a> Nature. 411, 258(2001).</li>
<li>Sparks, D. L. Kinetics of reactions in pure and mixed systems. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSparks%2C+DL+%22Soil+Physical+Chemistry%22">Soil Physical Chemistry</a>. Sparks, D. L. , CRC Press. Boca Raton, FL. (1986).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że praca ta była prowadzona przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Główną zaletą techniczną podejścia opartego na mikrokosmosie jest jego zdolność do symulowania warunków in situ, w których nasycona gleba lub osad są natychmiast pokrywane przez FW, które mogą znacznie różnić się pod względem statusu redoks i P. Krajobrazy o zmiennej hydrologii obszaru źródłowego, takie jak rowy melioracyjne, zalane pola uprawne, tereny podmokłe i strefy nadbrzeżne/przyrzeczeniowe, są przykładami, w których zmniejszona wartość PW jest okresowo pokrywana przez bardziej utlenioną wodę o niższych s...

Fosfor (P) jest krytycznym składnikiem odżywczym ograniczającym produktywność zarówno upraw, jak i biomasy wodnej. Hydrologia wód powierzchniowych jest głównym czynnikiem wpływającym na los i transport P, ponieważ kontroluje fizyczny transport osadów i P, jednocześnie wpływając na potencjał remobilizacji podczas spływu i powodzi/stawów. Różne laboratoryjne metody ekstrakcji są zwykle stosowane do oszacowania uwalniania P w skali pola w warunkach utleniania. Podczas gdy różne mechanizmy mogą przyczyniać się do uwalniania fosforanów żelaza, redukcyjne rozpuszczanie fosforanów żelaza jest dobrze znanym mechanizmem reakcji, który może prowadzić do dużych strumieni ortofosforanu-P do wody1,2,3,4. W przeglądzie mechanizmów kontrolujących biogeochemię P na terenach podmokłych, postawiono hipotezę, że status redoks jest główną zmienną kontrolującą uwalnianie P do gleb i płytkich wód gruntowych5. W związku z tym tradycyjne testy P mogą nie być wiarygodnymi predyktorami uwalniania P przy przedłużonym nasyceniu.
Biorąc pod uwagę znaczenie czasu przebywania wody i statusu redoks dla losu i transportu P, podejścia laboratoryjne zaprojektowane do lepszej symulacji warunków in situ mogłyby prowadzić do poprawy wskaźników ryzyka transportu P dla ekosystemów rolniczych i mokradeł podlegających zmiennemu nasyceniu. Ponieważ ortofosforan jest natychmiast biodostępny, szybkość i zakres desorpcji podczas nasycenia można wykorzystać jako wskaźnik ryzyka zanieczyszczenia niepunktowego źródła P. Nasza metoda została opracowana w celu ilościowego określenia desorpcji P do wody porowej (PW) i mobilizacji do leżącej nad nią wody powodziowej (FW), co jest typowym stanem na obszarach o zmiennej hydrologii obszaru źródłowego (np. Zalane pola uprawne, tereny podmokłe, rowy melioracyjne i strefy nadbrzeżne/przyrzeczeniowe). Metoda została pierwotnie opracowana w celu scharakteryzowania potencjału uwalniania P w sezonowo zalewanych glebach z północnego Nowego Jorku (USA), a ostatnio zastosowana do ilościowego określenia potencjału desorpcji P w glebach nadbrzeżnych z północno-zachodniego basenu jeziora Champlain w stanie Vermont6. W tym miejscu przedstawiamy protokół laboratoryjnej metody mikrokosmosu i przedstawiamy wyniki niedawno opublikowanego badania wykazującego jej zdolność do ilościowego określania potencjału desorpcji P. Wykazujemy również związek między potencjałem uwalniania P a wiarygodnością rutynowych testów gleby (labilny ekstrahowalny P, pH) w celu przewidywania uwalniania w różnych miejscach.
Przeprowadzenie metody wymaga dostępu do laboratorium analitycznego z odpowiednią kontrolą klimatu, wentylacją, wodą i odpowiednim systemem usuwania kwaśnych odpadów. Metoda zakłada dostęp do rutynowych odczynników chemicznych i sprzętu laboratoryjnego (zlewozmywaki, okapy, szkło itp.). Poza rutynowymi potrzebami laboratoryjnymi wymagany jest system filtracji membranowej (≤ 0,45 μm) oraz spektrofotometr UV do pomiaru P. Zalecany jest również pH-metr lub wieloparametrowa sonda jakości wody, ale nie jest to wymagane. Temperatura laboratoryjna jest ważnym czynnikiem i powinna być utrzymywana na stałym poziomie, chyba że sama temperatura jest badana jako czynnik eksperymentalny (zaleca się 20 °C). Niezakłócony dostęp do odpowiedniego laboratorium analitycznego z odpowiednim sprzętem jest warunkiem koniecznym do prawidłowego wykonania metody i uzyskania miarodajnych wyników.

<table><tbody><tr><td>Plastikowe króćce do węży 1,25 cm liczne</td><td></td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Odczynniki chemiczne do oznaczania fosforu</td> zakłada <td>się dużą</td><td>zdolność analizy NA P; szczegółowe informacje na temat metody można znaleźć w cytowanych źródłach</td><td></td></tr><tr><td>Wiertarka bezcięciwkowa lub elektryczna z bitem 1,25 cm</td><td>liczna</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Zlewki z tworzywa sztucznego z podziałką (1L)</td><td>liczne</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Laboratorium z dygestoriami, kontrolą temperatury i systemem usuwania odpadów kwasowych</td><td>NA</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Nylonowy siatkowy ekran filtracyjny (100um)</td> <td>liczny</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Silikon</td><td>liczne</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Spektrofotometr UV</td><td>liczne</td><td>NA</td><td></td></tr></tbody></table>

pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Measuring Phosphorus Release in Laboratory Microcosms for Water Quality Assessment

Fosfor (P) jest krytycznym ograniczającym składnikiem odżywczym w agroekosystemach, wymagającym starannego zarządzania w celu zmniejszenia ryzyka transportu do środowisk wodnych. Rutynowe laboratoryjne pomiary biodostępności P opierają się na ekstrakcjach chemicznych przeprowadzanych na wysuszonych próbkach w warunkach utleniania. Chociaż testy te są przydatne, są ograniczone w odniesieniu do charakterystyki uwalniania P przy długotrwałym nasyceniu wodą. Niestabilny ortofosforan związany z utlenionym żelazem i innymi metalami może szybko desorbować się do roztworu w środowiskach redukujących, zwiększając ryzyko mobilizacji P do spływu powierzchniowego i wód gruntowych. Aby lepiej określić ilościowo potencjał desorpcji i ruchliwość P podczas przedłużonego nasycenia, opracowano laboratoryjną metodę mikrokosmosu opartą na wielokrotnym pobieraniu próbek wody porowej i leżącej nad nią wody powodziowej w czasie. Metoda ta jest przydatna do ilościowego określania potencjału uwalniania P z gleb i osadów o różnych właściwościach fizykochemicznych i może poprawić specyficzne dla danego miejsca działania łagodzące P poprzez lepsze scharakteryzowanie ryzyka uwalniania P na obszarach hydrologicznie czynnych. Zaletami tej metody są możliwość symulacji dynamiki in situ, prostota, niski koszt i elastyczność.

Wyniki z niedawnego badania skupiającego się na potencjale uwalniania P obszarów nadrzecznych zostały wyróżnione, aby zademonstrować zdolność tej metody do charakteryzowania dynamiki uwalniania P na poziomie stanowiska6. Podczas gdy w niektórych glebach odnotowano minimalne zmiany stężeń SRP w czasie, w innych wystąpiły znaczne wzrosty stężeń PW-SRP i FW-SRP (Rycina 1). Dwa stanowiska o przeciwstawnych trendach przedstawiono na Rycynie 1....

Dokładna kwantyfikacja potencjału desorpcyjnego fosforu (P) w nasyconych glebach i osadach jest ważna dla modelowania P i działań łagodzących transport. Aby lepiej wyjaśnić dynamikę redoks gleba-woda in situ i mobilizację fosforu przy przedłużonym nasyceniu, opracowano proste podejście oparte na wielokrotnym pobieraniu próbek z laboratoryjnych mikrokosmosów.

Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Phosphorus (P) is a critical limiting nutrient in agroecosystems requiring careful management to reduce transport risk to aquatic environments. Routine ...

Nasza metoda pomaga odpowiedzieć na pytanie, jakie jest prawdopodobieństwo, że dana gleba lub osad będzie uwalniać rozpuszczalny fosfor przy długotrwałym nasyceniu. Kwantyfikacja potencjału uwalniania fosforu w środowiskach o zmiennym nasyceniu jest ważna dla określenia ryzyka transportowego dla strumieni i opracowania praktyk łagodzących. Główną zaletą metody jest jej zdolność do symulacji ważnych procesów biogeochemicznych wpływających na uwalnianie rozpuszczalnego fosforu w mobilności w warunkach polowych.Naukowiec próbujący tej metody po raz pierwszy nie powinien mieć problemów, ponieważ jej prostota jest jedną z jej głównych zalet. Na początek zbierz około czterech litrów gleby z wybranych miejsc. Ogranicz obszary pobierania do około 10 metrów kwadratowych, aby zmniejszyć ilość zmienności przestrzennej reprezentowanej przez próbkę.Przesiać próbki przez grube sito o średnicy 20 milimetrów, a następnie przez sito o średnicy dwóch milimetrów. Po przesianiu próbki należy dokładnie wymieszać ręcznie. Odważ 100 gramów wilgotnej gleby, susz w piekarniku w temperaturze 105 stopni Celsjusza przez 24 godziny.Zważ suchą glebę i oblicz procentową grawimetryczną zawartość wody. Następnie odmierz podpróbkę o pojemności 500 mililitrów za pomocą pustej zlewki i zachowaj do analizy chemicznej. Pozostałą przesianą glebę wykorzystaj do badań mikrokosmosu lub przechowuj w workach polipropylenowych w temperaturze pięciu stopni Celsjusza do późniejszego wykorzystania.Użyj jednolitrowych zlewek z polipropylenu z podziałką lub innych niereaktywnych zlewek z tworzywa sztucznego jako indywidualnych eksperymentalnych jednostek mikrokosmosu. Umyj zlewki w 10% kwasie solnym i trzykrotnie spłucz wodą destylowaną. Odmierz dwa centymetry w górę od dołu i umieść znak obok podziałki zlewki.Wywierć otwór o średnicy 1.25 centymetra w miejscu na porty drenażowe. Umieść małą kulkę silikonu wokół wewnętrznej krawędzi króćca węża. Ostrożnie włóż port odpływowy do otworu.Pozostaw do wyschnięcia na powietrzu przez 24 godziny przed kontynuowaniem. Prześledź zewnętrzny obwód zadziorów węża na siatce filtra z siatki nylonowej. Wytnij nożyczkami, nałóż cienką kulkę silikonu wokół zewnętrznej krawędzi sita filtra i delikatnie dociśnij do wlotu węża.Przed użyciem odczekaj co najmniej 24 godziny na wyschnięcie. Następnie zamontuj krótki kawałek węża lateksowego na króćcach węża i zaciśnij go za pomocą spinaczy do segregatorów o szerokości 3,3 cm. Napełnij zlewki około 500 mililitrami wody destylowanej, aby sprawdzić, czy nie ma ewentualnych wycieków.Załaduj 500 mililitrów próbki do zduplikowanych mikrokosmosów i delikatnie nałóż destylowaną wodę wzdłuż ścianek zlewki, aż woda powodziowa osiągnie znak jednego litra. Usunąć warstwę parafiny, aby wywołać przepływ wody porowej przez otwór drenażowy w żądanym początkowym punkcie pobierania próbek. Próbki należy pobierać, umieszczając czyste zlewki o pojemności 20 mililitrów bezpośrednio pod otworami drenażowymi wody porowej.Pozwól, aby kilka mililitrów wody porowej spłynęło, wyrzuć i użyj następnych 10 mililitrów jako reprezentatywnej objętości próbki. Przefiltruj próbki wody porowej przez filtry membranowe o średnicy 0,45 mikrona i natychmiast przeanalizuj je pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego fosforu na spektrofotometrze. Zapisuj wartości absorbancji i czas pomiarów.Pobrać wstępną próbkę wody powodziowej, wkładając 10-mililitrową pipetę strzykawkową z gruszką do połowy słupa wody i pobrać próbkę ruchem okrężnym. Dozować do zlewek, przefiltrować przez filtry membranowe o średnicy 0,45 mikrona i natychmiast przeanalizować pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego fosforu. Napełnij zlewki do poziomu jednego litra wodą destylowaną, aby konsekwentnie utrzymywać całkowitą objętość zalanej gleby i słupa wody na poziomie jednego litra we wszystkich mikrokosmosach.Powtórz analizę rozpuszczalnego reaktywnego fosforu w żądanych punktach czasowych. W tym protokole na stanowisku nadbrzeżnym o niskim pH gleby występowała prawie ciągła rozpuszczalna reaktywna sorpcja fosforu z wody porowej. Gleba, z której pobrano próbki z przyległego pola produkcji kukurydzy o podwyższonej zawartości labilnego fosforu nieorganicznego, wykazała prawie siedmiokrotny wzrost rozpuszczalnego w porach reaktywnego fosforu w ciągu pierwszego miesiąca zalania.Stężenie żelaza żelaznego w wodzie porowej, jako wskaźnik zastępczy dla statusu redoks, znacznie wzrosło po około trzech tygodniach, co wskazuje na warunki zmniejszające. W przeciwieństwie do tego, rozpuszczalny w wodzie powodziowej reaktywny fosfor miał tendencję do zmniejszania się w czasie. Zalanie suchej gleby znacznie zwiększyło desorpcję fosforu nieorganicznego do wody porowej, a następnie mobilizację do wody leżącej nad nią w porównaniu z zalaniem tej samej gleby w stanie wilgotnym na polu.Oceniono wiarygodność badań fosforu w glebie w zakresie przewidywania średnich stężeń rozpuszczalnego fosforu reaktywnego. Woda destylowana i modyfikowany fosfor ekstrahowalny Morgana były jednymi z najlepszych predyktorów średnich stężeń reaktywnego fosforu w wodzie porowej i rozpuszczalnej w wodzie powodziowej. Zmodyfikowany fosfor ekstrahowany Morganem mierzony za pomocą optycznej spektroskopii emisyjnej z plazmą sprzężoną indukcyjnie nie był tak dobrym predyktorem w porównaniu ze zmodyfikowanym fosforem ekstrahowanym Morganem lub wodą destylowaną mierzoną za pomocą kolorymetrii molibdenianu.Stosunek fosforu reaktywnego rozpuszczalnego w wodzie porowej do fosforu reaktywnego rozpuszczalnego w wodzie powodziowej wzrastał liniowo w funkcji pH gleby. Możliwe są również inne eksperymenty charakteryzujące dynamikę fosforu, na przykład zdolność usuwania fosforu z gleb podmokłych jest ważnym procesem i można go symulować, spijając wodę powodziową fosforem i mierząc tempo jego zanikania w czasie. Procedura analityczna stosowana do pomiaru fosforu polega na użyciu kwasu solnego.W związku z tym wymagany jest odpowiedni sprzęt ochronny i zaplecze laboratoryjne.

measuring-phosphorus-release-laboratory-microcosms-for-water-quality

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Niniejszy protokół opisuje wysokoprzepustową metodę hydrolizy enzymatycznej, w której wykorzystuje się czytnik mikropłytek do pomiaru i klasyfikacji fosforu glebowego jako monoestrów P, diestrów P oraz fosforu nieorganicznego. W standardowych warunkach laboratoryjnych jednorazowo można zmierzyć do 96 próbek.

Wysokoprzepustowy pomiar i klasyfikacja fosforu organicznego w próbkach środowiskowych

Źródło: Pokhrel, A., et al. Oznaczanie na obecność nieorganicznego polifosforanu w bakteriach. J. Vis. Exp. (2019).Ten film przedstawia test kolorymetryczny do pomiaru nieorganicznego polifosforanu (poliP) w próbkach bakteryjnych. Procedura polega na enzymatycznym przekształceniu poliP w wolny fosforan, który następnie reaguje z molibdenianem i kwasem askorbinowym, tworząc kompleks o niebieskim zabarwieniu. Porównując absorbancję tego kompleksu ze standardową krzywą znanych stężeń fosforanów,...

Test do oznaczania ilościowego nieorganicznego polifosforanu w bakteriach

Eutrofizacja jezior jest problemem jakości wody na całym świecie, co sprawia, że potrzeba identyfikacji i kontroli źródeł składników odżywczych jest krytyczna. Laboratoryjne określenie szybkości uwalniania fosforu z rdzeni osadów jest cennym podejściem do określania roli wewnętrznego obciążenia fosforem i kierowania decyzjami zarządczymi.

Wyznaczony laboratoryjnie strumień fosforu z osadów jeziornych jako miara wewnętrznego obciążenia fosforem

Tutaj prezentujemy małe inkubacje rdzenia do pomiaru wymiany gazu osad-woda i substancji rozpuszczonej. Umożliwią one wiarygodne pomiary wymiany osad-woda, które ocenią rolę osadów we wpływie na procesy biologiczne i biogeochemiczne w ekosystemach wodnych.

Bentosowa wymianaO2, N2 i rozpuszczonych składników odżywczych przy użyciu inkubacji z małym rdzeniem

Fosfolipidowe kwasy tłuszczowe dostarczają informacji o strukturze zbiorowisk mikroorganizmów glebowych. Przedstawiono metody ekstrakcji z próbek glebowych za pomocą jednofazowej mieszaniny chloroformu, frakcjonowania wyekstrahowanych lipidów za pomocą kolumn ekstrakcyjnych do fazy stałej oraz metalizy do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych, które są analizowane za pomocą kapilarnej chromatografii gazowej.

Ekstrakcja i analiza mikrobiologicznych fosfolipidowych kwasów tłuszczowych w glebie

Składniki odżywcze obecne w postaci cząstek stałych mogą znacząco przyczynić się do ogólnego obciążenia wód drenażowych w rolnictwie. W badaniu tym opisano nowatorską metodę wychwytywania wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z drenażu kanału rolniczego przez cały czas trwania zdarzenia drenażowego.

Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

Ten artykuł wprowadza procedurę badania adsorpcji fosfonianów na materiałach filtracyjnych zawierających żelazo, szczególnie granulowanym wodorotlenku żelaza, przy niewielkim wysiłku i wysokiej niezawodności. W roztworze buforowym fosfonian jest doprowadzany do kontaktu z adsorbentem za pomocą rotatora, a następnie analizowany za pomocą zminiaturyzowanej metody oznaczania fosforu.

Zoptymalizowana procedura oznaczania adsorpcji fosfonianów na granulowanym wodorotlenku żelaza przy użyciu metody oznaczania zminiaturyzowanego fosforu

Opisujemy prostą metodę szybkiego oznaczania ilościowego nieorganicznego polifosforanu w różnych bakteriach, w tym Gram-ujemnych, Gram-dodatnich i mykobakteriach.

Oznaczanie na obecność nieorganicznego polifosforanu w bakteriach

Wzrost kultur bakterii znakowanych radioaktywnie w mikromiareczkowych szalkach ułatwia pobieranie próbek o wysokiej przepustowości, co pozwala na wiele technicznych i biologicznych testów replikacji obfitości puli nukleotydów, w tym (p)ppGpp. Można monitorować skutki przemian wzrostowych wywołanych przez źródła stresu fizjologicznego, a także powrót do zdrowia po stresie.

Stosowanie znakowania radioaktywnego mikromiareczkowego do wielokrotnych pomiarów in vivo Escherichia coli (p)ppGpp, a następnie chromatografii cienkowarstwowej

Przedstawiono technikę laboratoryjnego szacowania efektywności transferu troficznego netto kongenerów polichlorowanego bifenylu (PCB) do ryb rybożernych z ich ofiary. Aby zmaksymalizować zastosowanie wyników laboratoryjnych w terenie, ryby rybożerne powinny być karmione rybami drapieżnymi, które są zwykle spożywane na polu.

Laboratoryjne oszacowanie efektywności transferu troficznego netto kongenerów PCB do pstrąga jeziorowego (Salvelinus namaycush) z jego ofiary

Poznaj metodę pomiaru uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody. Technika symuluje procesy biogeochemiczne w nasyconych glebach i osadach, umożliwiając ocenę ryzyka transportu fosforu do wód powierzchniowych.

Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Przeglądaj więcej filmów