水生生态系统中养分

Environmental Science

Your institution must subscribe to JoVE's Environmental Sciences collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Overview

资料来源: 玛格丽特工人和金伯利弗莱-Depaul 大学实验室

氮、 磷是水生生态系统中发现的植物营养素,都作为测试部分的水质量进行监测,因为过量会导致重大的水质量问题。

常见的窗体硝酸盐 (没有3-),溶解在水中易被 photosynthesizers 等藻类吸收测量水中的氮。常见的测量是磷的磷酸 (PO43-),既是磷的强烈吸引到泥沙颗粒在水中溶解。在过量,这两种营养素可以导致水生植物生长 (水华,图 1),可以破坏光、 温度和氧气在水下面,导致水体富营养化和缺氧 (低水中的溶解氧) 水平增加形成没有生物活性"死区"。硝酸盐和磷的来源包括废水处理厂,从受精卵的草坪和农用土地、 故障化粪池、 动物粪便径流和工业废物排放径流。

Figure 1
图 1。水华
2011 年,此图所示的绿色浮渣是最糟糕的蓝藻在几十年中经历了伊利湖。记录暴雨春雨冲入湖,促进增长生产蓝藻水华微囊藻毒素的肥料。充满活力的绿色丝从北岸向外伸展。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 环境科学精要. 水生生态系统中养分. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

可以使用已知的化学试剂,使样品时具体的营养物,当颜色随增加颜色强度指示的养分浓度增加的水样品中测定硝酸盐和磷酸盐浓度。为了确保任何粘结到沉积物在水中的磷酸盐分子释放,磷样品消化化学与热释放测定样品中总磷的磷酸键。

量化产生试剂的颜色强度,分光光度计用来测量特定波长的光,与造成的营养物和其试剂 (硝酸盐琥珀色; 磷酸盐蓝色) 每种颜色对应。分光光度计然后发送一束光通过每个样品测量的颜色 (吸光度) 被吸收的光量。颜色越深,越高的吸收。分光光度计然后转换显示的养分浓度 (mg/L) 基于已知的浓度测定吸光度。

Procedure

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、 磷是的植物养分发现在水生生态系统,然而,过量,他们可能会导致重大的水质量问题。氮和磷在水中的硝酸盐和磷酸盐,形式分别通常发现。这两种营养物质溶解在水中和易被 photosynthesizers 等藻类吸收。

硝酸盐和磷酸盐从废水处理厂、 受精卵的草坪和农田、 故障化粪池和工业废物排放进入通过淡水径流水系统。在过量,这两种营养素可以导致增加水生植物的生长和水藻,叫做富营养化。这些藻类生活在水面上,以便轻松访问氧气和阳光。

因此,水体富营养化可防止低水位从访问到阳光和空气中的氧气。当这些藻类死了时,他们陷入低水位和分解,消耗氧在深水中造成缺氧或溶解的氧水平低。缺乏氧气,并切断了补给,那深深的水变得死区。其结果是,鱼和其他生物死亡大规模的数字。死区是普遍的在世界的海洋和湖泊,主要是在人口密集的城市地区。

这个视频将介绍测量硝酸和地表水,磷酸盐浓度的方法和论证在实验室测量。

水中的氮"作为-硝态氮。"方面的报道"硝酸盐为氮",指的是以硝酸盐形式的氮量。因此,作为硝态氮浓度可以转化成硝酸盐浓度使用分子量的氮及硝酸盐氮的比率。

硝酸浓度被衡量使用镉还原法。金属镉降低硝酸盐与亚硝酸盐,然后亚硝酸根离子与对氨基苯磺酸酸形成中间重氮盐的反应。重氮盐然后夫妇与龙胆酸,并形成一种琥珀色的化合物。琥珀色的颜色越深,样品中硝酸盐的浓度越高。

水样中磷的浓度方面磷磷酸形成大量的同样,报道。磷酸盐和磷酸作为磷浓度之间的转换可以使用分子量轻松完成。磷酸盐是目前在水中,许多不同的构象。正磷酸盐通过水解首先必须通过加热样品与酸和钾过硫酸铵转换所有的磷酸盐。

抗坏血酸/钼酸盐法用于计算正磷酸盐浓度。正磷酸盐与钼酸钠在酸性条件下生产磷酸/钼酸盐复杂反应。抗坏血酸然后用于减少复杂、 生产蓝色色的产品。为了量化产生在这两个实验试剂的颜色强度,色度计用于测量的光量彩色物种被吸收。吸光度然后转换成浓度。

以下的实验将证明硝酸分析和磷酸盐浓度水样中的预混合试剂数据包来执行这种比色技术。

要开始氮测量,为硝酸对色度计,找到程序和输入相应的程序数量或设置色度计来测量在 420 毫微米。测量 10 毫升的水样品,到样品管、 吸管和标签管。准备第二次相同的管,并列为空白。

将一个预混的镉还原方法试剂数据包的内容添加到样品管。盖两个样管。开始计时试剂 1 分钟反应期。摇管大力用手反应时间完成之前。

把管放下来,并开始第二个 5 分钟反应期,以便减少氮的镉。当反应期结束,擦干净用不起毛的纸巾既管。

将样品管与没有试剂,标记的空白,在色度计。确保没有标签干涉光路。紧紧地覆盖具有仪器帽,以确保所有的光线阻止样品室的单元格。

校准 0.0 mg/L 硝酸盐氮作为阅读与空白比色计。删除空白管和样品管置于样品架,盖上盖子的文书。测量样品的吸光度,并显示为样品中氮的浓度的硝酸。

水样中磷的测定是类似于氮的测定。第一,措施 5 毫升的水样品和吸管它入样品管。将一个预混合的钾过硫酸铵粉枕为膦酸的内容添加到样品管。

瓶盖管紧,摇动使粉末溶化。标签顶部的盖子。将导管放在反应堆里罩和热 30 分钟在 150 ° c。加热后,从反应器中移除管,将其放置在一个管架,并允许它冷却到室温。

接下来,通过样品管中加入 2 毫升的 1.54 M 氢氧化钠调整 ph 值。帽管和混合。色度计、 定位程序号为磷酸和输入程序号,或设置分光光度计测量吸光度在 880 nm。

清洁无绒布擦拭,样品管和加载测试管到色度计。请确保没有标签干涉仪的光路。将封面放在仪器上,和校准使用的未反应的样品作为空白。

删除管从仪器,并将预混的抗坏血酸法试剂数据包的内容添加到试管中。瓶盖管紧,并动摇管混合。将导管放在机架上,并开始使用计时器 2 分钟反应期。

反应时间结束后溶液颜色应该是蓝色的。清洁用皮棉免费纸巾管外。将试管放入仪器与出光路的所有标签。

请关闭样品室盖,按读取按钮。结果将显示在 mg/l。如果使用分光光度计,测量样品吸光度在 880 nm。

在这个实验中 5 个不同的样本地点比较了浓度的硝酸盐和磷酸盐在大都市的支流。

清澈的溪水通常包含 0 到 1 mg/L 的硝酸盐氮和磷磷 0 到 0.03 毫克/升。3 到 5 毫克/升的硝酸盐氮和 0.03 到 0.1 毫克/升,磷酸盐磷之间的浓度是很高的和以上这些范围考虑富营养化。

3 5 的抽样地点中的硝酸盐和磷酸盐的水平很高。同样,平均硝酸盐和磷酸盐浓度相比上游和下游的水处理厂。上游的测量表示未经处理的水,而下游测量表示径流处理厂。

下游测量较低由于治疗过程中的有机物质去除磷酸盐。然而,平均硝酸盐浓度较高下游,指示可能硝酸盐投入放电附近可能从草坪肥料。

了解水径流养分含量和对海洋植物的生命及其造成的影响是极其重要的保护我们的自然生态系统。

在以下示例中,在远程环境如珊瑚礁研究了海洋微生物。这些结果可以帮助澄清改变由于硝酸盐浓度和由此产生的藻类大量繁殖的微生物种群。

到外部环境中,防止污染,民政事务总署在封闭的容器中分别采集了水样。微生物标本 0.22 微米滤清器。过滤后的水进行了分析,研究无机杂质。宏基因组分析发现,微生物的遗传材料转让与硝酸盐浓度呈正相关。

为了打击水体富营养化,是重要的是了解土壤径流和土壤污染物扩散的命运。在以下示例中,模拟降雨,和土壤中污染物的命运进行了研究。土壤盒挤满土壤含污染物,在这个案例的尿素,利率的一种常见的氮肥。含磷分子可以使用相同的过程进行了研究。降雨在不同条件下进行了模拟和径流收集和分析。

与上一示例类似,径流研究也可以在户外在自然环境中。在这里,在市区建立了径流研究设施。挡土墙建成以防止径流污染到其他领域,并使控制的水集合。绘图区,以及分离,防止侧水运动。利用灌溉系统进行了水径流研究。收集水径流及化学分析完成,以确定水中的污染物。

你刚看了朱庇特的介绍,水表面的水中的营养成分分析。现在,您应该了解与水径流和富营养化,以及如何测量水样中的养分含量相关的挑战。谢谢观赏 !

Results

Figure 2
图 2。图比较硝酸盐之间不同土地利用类型 (欠发达、 农业和城市)。

平均的硝酸盐浓度相比上游和下游从一个水处理厂 (图 3)。下游测量表示放电从治疗。

Figure 3
图 3。平均相比从一个水处理厂的上游和下游的硝酸盐浓度。下游测量表示放电从治疗。

Figure 4
图 4。图为芝加哥河沿岸不同位置的磷。

平均磷酸盐浓度相比上游和下游从一个水处理厂 (图 5)。下游测量代表治疗出院。

Figure 5
图 5。平均从一个水处理厂比较上游和下游的磷酸浓度。下游测量代表治疗出院。

Applications and Summary

高浓度的硝酸盐和磷可以刺激在水的富营养化条件造成负面影响其它水质量因素包括溶解的氧、 温度和其他指标的水华。过量的硝酸盐会导致缺氧水 (低溶解氧) 不再能够支持创建的"死区"在哪里非移动物种大规模死亡和移动的物种迁往其他水域的有氧生活。死区全球范围内发生在沿海地区大量的高养分径流和废水收敛,且大多数水生生活高度集中 (图 6)。两个最大的死区是水的在哪里平均 49,000 km2载小于 2 毫克/升,溶解氧,Baltic Sea 和墨西哥海湾北部与在 17,353 km2测量死区。

Figure 6
图 6。海洋死区世界全
红色圆圈显示的位置和大小的许多死区。黑点显示未知大小的死区。这幅图像中的深蓝色显示高浓度颗粒有机物,相对值的过于肥沃的水域,可以最终在死区。大小和数量的海洋死区 — — 那深深的水在如此之低的地区溶解氧,海洋生物无法生存 — — 已经爆炸在过去半个世纪。这不是巧合,死区发生下游的地方人口密度是高 (深棕色)。

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、 磷是的植物养分发现在水生生态系统,然而,过量,他们可能会导致重大的水质量问题。氮和磷在水中的硝酸盐和磷酸盐,形式分别通常发现。这两种营养物质溶解在水中和易被 photosynthesizers 等藻类吸收。

硝酸盐和磷酸盐从废水处理厂、 受精卵的草坪和农田、 故障化粪池和工业废物排放进入通过淡水径流水系统。在过量,这两种营养素可以导致增加水生植物的生长和水藻,叫做富营养化。这些藻类生活在水面上,以便轻松访问氧气和阳光。

因此,水体富营养化可防止低水位从访问到阳光和空气中的氧气。当这些藻类死了时,他们陷入低水位和分解,消耗氧在深水中造成缺氧或溶解的氧水平低。缺乏氧气,并切断了补给,那深深的水变得死区。其结果是,鱼和其他生物死亡大规模的数字。死区是普遍的在世界的海洋和湖泊,主要是在人口密集的城市地区。

这个视频将介绍测量硝酸和地表水,磷酸盐浓度的方法和论证在实验室测量。

水中的氮"作为-硝态氮。"方面的报道"硝酸盐为氮",指的是以硝酸盐形式的氮量。因此,作为硝态氮浓度可以转化成硝酸盐浓度使用分子量的氮及硝酸盐氮的比率。

硝酸浓度被衡量使用镉还原法。金属镉降低硝酸盐与亚硝酸盐,然后亚硝酸根离子与对氨基苯磺酸酸形成中间重氮盐的反应。重氮盐然后夫妇与龙胆酸,并形成一种琥珀色的化合物。琥珀色的颜色越深,样品中硝酸盐的浓度越高。

水样中磷的浓度方面磷磷酸形成大量的同样,报道。磷酸盐和磷酸作为磷浓度之间的转换可以使用分子量轻松完成。磷酸盐是目前在水中,许多不同的构象。正磷酸盐通过水解首先必须通过加热样品与酸和钾过硫酸铵转换所有的磷酸盐。

抗坏血酸/钼酸盐法用于计算正磷酸盐浓度。正磷酸盐与钼酸钠在酸性条件下生产磷酸/钼酸盐复杂反应。抗坏血酸然后用于减少复杂、 生产蓝色色的产品。为了量化产生在这两个实验试剂的颜色强度,色度计用于测量的光量彩色物种被吸收。吸光度然后转换成浓度。

以下的实验将证明硝酸分析和磷酸盐浓度水样中的预混合试剂数据包来执行这种比色技术。

要开始氮测量,为硝酸对色度计,找到程序和输入相应的程序数量或设置色度计来测量在 420 毫微米。测量 10 毫升的水样品,到样品管、 吸管和标签管。准备第二次相同的管,并列为空白。

将一个预混的镉还原方法试剂数据包的内容添加到样品管。盖两个样管。开始计时试剂 1 分钟反应期。摇管大力用手反应时间完成之前。

把管放下来,并开始第二个 5 分钟反应期,以便减少氮的镉。当反应期结束,擦干净用不起毛的纸巾既管。

将样品管与没有试剂,标记的空白,在色度计。确保没有标签干涉光路。紧紧地覆盖具有仪器帽,以确保所有的光线阻止样品室的单元格。

校准 0.0 mg/L 硝酸盐氮作为阅读与空白比色计。删除空白管和样品管置于样品架,盖上盖子的文书。测量样品的吸光度,并显示为样品中氮的浓度的硝酸。

水样中磷的测定是类似于氮的测定。第一,措施 5 毫升的水样品和吸管它入样品管。将一个预混合的钾过硫酸铵粉枕为膦酸的内容添加到样品管。

瓶盖管紧,摇动使粉末溶化。标签顶部的盖子。将导管放在反应堆里罩和热 30 分钟在 150 ° c。加热后,从反应器中移除管,将其放置在一个管架,并允许它冷却到室温。

接下来,通过样品管中加入 2 毫升的 1.54 M 氢氧化钠调整 ph 值。帽管和混合。色度计、 定位程序号为磷酸和输入程序号,或设置分光光度计测量吸光度在 880 nm。

清洁无绒布擦拭,样品管和加载测试管到色度计。请确保没有标签干涉仪的光路。将封面放在仪器上,和校准使用的未反应的样品作为空白。

删除管从仪器,并将预混的抗坏血酸法试剂数据包的内容添加到试管中。瓶盖管紧,并动摇管混合。将导管放在机架上,并开始使用计时器 2 分钟反应期。

反应时间结束后溶液颜色应该是蓝色的。清洁用皮棉免费纸巾管外。将试管放入仪器与出光路的所有标签。

请关闭样品室盖,按读取按钮。结果将显示在 mg/l。如果使用分光光度计,测量样品吸光度在 880 nm。

在这个实验中 5 个不同的样本地点比较了浓度的硝酸盐和磷酸盐在大都市的支流。

清澈的溪水通常包含 0 到 1 mg/L 的硝酸盐氮和磷磷 0 到 0.03 毫克/升。3 到 5 毫克/升的硝酸盐氮和 0.03 到 0.1 毫克/升,磷酸盐磷之间的浓度是很高的和以上这些范围考虑富营养化。

3 5 的抽样地点中的硝酸盐和磷酸盐的水平很高。同样,平均硝酸盐和磷酸盐浓度相比上游和下游的水处理厂。上游的测量表示未经处理的水,而下游测量表示径流处理厂。

下游测量较低由于治疗过程中的有机物质去除磷酸盐。然而,平均硝酸盐浓度较高下游,指示可能硝酸盐投入放电附近可能从草坪肥料。

了解水径流养分含量和对海洋植物的生命及其造成的影响是极其重要的保护我们的自然生态系统。

在以下示例中,在远程环境如珊瑚礁研究了海洋微生物。这些结果可以帮助澄清改变由于硝酸盐浓度和由此产生的藻类大量繁殖的微生物种群。

到外部环境中,防止污染,民政事务总署在封闭的容器中分别采集了水样。微生物标本 0.22 微米滤清器。过滤后的水进行了分析,研究无机杂质。宏基因组分析发现,微生物的遗传材料转让与硝酸盐浓度呈正相关。

为了打击水体富营养化,是重要的是了解土壤径流和土壤污染物扩散的命运。在以下示例中,模拟降雨,和土壤中污染物的命运进行了研究。土壤盒挤满土壤含污染物,在这个案例的尿素,利率的一种常见的氮肥。含磷分子可以使用相同的过程进行了研究。降雨在不同条件下进行了模拟和径流收集和分析。

与上一示例类似,径流研究也可以在户外在自然环境中。在这里,在市区建立了径流研究设施。挡土墙建成以防止径流污染到其他领域,并使控制的水集合。绘图区,以及分离,防止侧水运动。利用灌溉系统进行了水径流研究。收集水径流及化学分析完成,以确定水中的污染物。

你刚看了朱庇特的介绍,水表面的水中的营养成分分析。现在,您应该了解与水径流和富营养化,以及如何测量水样中的养分含量相关的挑战。谢谢观赏 !

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE