Sucul Ekosistemlerdeki Besinler

Azot ve fosfor, su ekosistemlerinde bulunan temel bitki besin maddeleridir, ancak aşırı miktarlarda önemli su kalitesi sorunlarına neden olabilirler. Sudaki azot ve fosfor tipik olarak sırasıyla nitrat ve fosfat formlarında bulunur. Her iki besin de suda çözülür ve algler gibi fotosentezleyiciler tarafından kolayca emilir.

Nitratlar ve fosfatlar, atık su arıtma tesislerinden, gübrelenmiş çimlerden ve tarım arazilerinden, hatalı septik sistemlerden ve endüstriyel atık deşarjından gelen tatlı su akışı yoluyla su sistemlerine girer. Aşırı miktarlarda, her iki besin de sucul bitki büyümesinde artışa ve ötrofikasyon adı verilen alg çiçeklenmelerine neden olabilir. Bu alg çiçekleri, oksijen ve güneş ışığına kolayca erişmek için su yüzeyinde yaşar.

Sonuç olarak, ötrofikasyon, düşük su seviyelerinin güneş ışığına ve havadaki oksijene erişmesini engeller. Algler öldüğünde, daha düşük su seviyelerine batarlar ve ayrışırlar, daha derin sularda oksijen tüketerek hipoksiye veya düşük çözünmüş oksijen seviyelerine neden olurlar. Oksijenden mahrum kalan ve yeniden tedariki kesilen derin su, ölü bir bölge haline gelir. Sonuç olarak, balıklar ve diğer organizmalar çok sayıda ölür. Ölü bölgeler, dünyanın okyanuslarında ve göllerinde, ağırlıklı olarak yüksek nüfuslu kentsel alanlarda yaygındır.

Bu video, yüzey suyundaki nitrat ve fosfat konsantrasyonlarını ölçme metodolojisini tanıtacak ve laboratuvardaki ölçümleri gösterecektir.

Sudaki azot, "azot olarak nitrat" cinsinden rapor edilir. "Azot olarak nitrat" ifadesi, nitrat formundaki azot miktarını ifade eder. Bu nedenle, nitrojen olarak nitrat konsantrasyonu, nitrojen ve nitratın moleküler ağırlıklarının oranları kullanılarak nitrat konsantrasyonuna dönüştürülebilir.

Nitrat konsantrasyonu, kadmiyum indirgeme yöntemi kullanılarak ölçülür. Kadmiyum metali nitratları nitritlere indirger, daha sonra nitrit iyonları sülfanilik asit ile reaksiyona girerek bir ara diazonyum tuzu oluşturur. Diazon tuzu daha sonra gentisik asit ile birleşir ve kehribar renkli bir bileşik oluşturur. Kehribar rengi ne kadar koyu olursa, numunedeki nitrat konsantrasyonu o kadar yüksek olur.

Su numunelerindeki fosfor konsantrasyonu, fosfat formundaki fosfor miktarı açısından benzer şekilde rapor edilir. Fosfat konsantrasyonu ile fosfor olarak fosfat konsantrasyonu arasındaki dönüşüm, moleküler ağırlık kullanılarak kolayca tamamlanabilir. Fosfatlar suda birçok farklı konformasyonda bulunur. Tüm fosfatlar önce numunelerin asit ve potasyum persülfat ile ısıtılmasıyla hidroliz yoluyla ortofosfatlara dönüştürülmelidir.

Ortofosfat konsantrasyonunu hesaplamak için askorbik asit/molibdat yöntemi kullanılır. Ortofosfatlar, bir fosfat/molibdat kompleksi üretmek için asidik koşullarda sodyum molibdat ile reaksiyona girer. Askorbik asit daha sonra kompleksi azaltmak için kullanılır ve mavi renkli bir ürün üretilir. Her iki deneyde de reaktif tarafından üretilen renk yoğunluğunu ölçmek için, renkli türler tarafından emilen ışık miktarını ölçmek için bir kolorimetre kullanılır. Absorbans daha sonra konsantrasyona dönüştürülür.

Aşağıdaki deney, bu kolorimetrik tekniği gerçekleştirmek için önceden karıştırılmış reaktif paketleri kullanılarak su numunelerindeki nitrat ve fosfat konsantrasyonlarının analizini gösterecektir.

Azot ölçümüne başlamak için, kolorimetrede nitrat programını bulun ve uygun program numarasını girin veya kolorimetreyi 420 nm'de ölçecek şekilde ayarlayın. 10 mL su örneğini ölçün, bir numune tüpüne pipetleyin ve tüpü etiketleyin. İkinci bir özdeş tüp hazırlayın ve boş olarak etiketleyin.

Önceden karıştırılmış bir kadmiyum indirgeme yöntemi reaktif paketinin içeriğini numune tüpüne ekleyin. Her iki numune tüpünü de kapatın. Reaktif için 1 dakikalık reaksiyon süresini zamanlamaya başlayın. Reaksiyon süresi tamamlanana kadar tüpü elinizle kuvvetlice çalkalayın.

Tüpü yere yerleştirin ve kadmiyumun nitrojeni azaltmasına izin vermek için 5 dakikalık ikinci bir reaksiyon periyoduna başlayın. Reaksiyon süresi sona erdiğinde, her iki tüpü de tüy bırakmayan bir kağıt havluyla silerek temizleyin.

Numune tüpünü reaktif içermeyen, boş olarak etiketlenmiş kolorimetreye yerleştirin. Işık yoluna hiçbir etiketin müdahale etmediğinden emin olun. Tüm ortam ışığının numune odasından engellendiğinden emin olmak için hücreyi alet kapağıyla sıkıca kapatın.

Azot olarak 0.0 mg / L nitrat okuması için kolorimetreyi boşlukla kalibre edin. Boş tüpü çıkarın ve numune tüpünü numune tutucuya yerleştirin ve alet kapağını değiştirin. Numune absorbansını ölçün ve numunede nitrojen olarak nitrat konsantrasyonunu görüntüleyin.

Bir su numunesindeki fosfor ölçümü, azot ölçümüne benzer. İlk olarak, 5 mL su örneğini ölçün ve bir örnek tüpüne pipetleyin. Fosfonat için önceden karıştırılmış bir potasyum persülfat tozu yastığının içeriğini numune tüpüne ekleyin.

Tüpü sıkıca kapatın ve tozu çözmek için sallayın. Kapağın üst kısmını etiketleyin. Tüpü reaktöre bir davlumbaz içine yerleştirin ve 150 °C'de 30 dakika ısıtın. Isıttıktan sonra tüpü reaktörden çıkarın, bir tüp rafına yerleştirin ve oda sıcaklığına soğumaya bırakın.

Ardından, numune tüpüne 2 mL 1.54 M sodyum hidroksit ekleyerek pH'ı ayarlayın. Tüpü kapatın ve karıştırın. Kolorimetrede fosfat için program numarasını bulun ve program numarasını girin veya spektrofotometreyi 880 nm'de absorbansı ölçecek şekilde ayarlayın.

Numune tüpünü tüy bırakmayan bir mendille temizleyin ve test tüpünü kolorimetreye yükleyin. Cihazdaki ışık yoluna hiçbir etiketin müdahale etmediğinden emin olun. Kapağı cihazın üzerine yerleştirin ve reaksiyona girmemiş s'yi kullanarak kalibre edin.ampboşluk olarak.

Tüpü cihazdan çıkarın ve önceden karıştırılmış bir askorbik asit yöntemi reaktif paketinin içeriğini test tüpüne ekleyin. Tüpü sıkıca kapatın ve karıştırmak için tüpü sallayın. Tüpü bir rafa yerleştirin ve bir zamanlayıcı kullanarak 2 dakikalık bir reaksiyon periyodu başlatın.

Reaksiyon süresi bittikten sonra çözelti rengi mavi olmalıdır. Tüpün dışını tüy bırakmayan bir kağıt havluyla temizleyin. Test tüpünü, tüm etiketler ışık yolunun dışında olacak şekilde cihaza yerleştirin.

Numune haznesi kapağını kapatın ve READ düğmesine basın. Sonuçlar mg/L cinsinden gösterilecektir. Bir spektrofotometre kullanıyorsanız, numune absorbansını 880 nm'de ölçün.

Bu deneyde bir metropol nehir kolundaki nitrat ve fosfat konsantrasyonları 5 farklı numune sahasında karşılaştırıldı.

Temiz nehir suyu tipik olarak 0 ila 1 mg / L nitrat-azot ve 0 ila 0.03 mg / L fosfat-fosfor içerir. 3 ila 5 mg / L nitrat-azot ve 0.03 ila 0.1 mg / L fosfat-fosfor arasındaki konsantrasyonlar yüksek olarak kabul edilir ve bu aralıkların üzerinde ötrofik olarak kabul edilir.

Nitrat ve fosfat seviyeleri 5 örnekleme lokasyonunun 3'ünde yüksekti. Benzer şekilde, ortalama nitrat ve fosfat konsantrasyonları, bir su arıtma tesisinin yukarı ve aşağı akışında karşılaştırıldı. Yukarı akış ölçümü arıtılmamış suyu temsil ederken, aşağı akış ölçümü arıtma tesisinden gelen akışı temsil eder.

Arıtma prosesi sırasında organik materyalin uzaklaştırılması nedeniyle aşağı akış ölçümü fosfatlarda düşüktü. Bununla birlikte, ortalama nitrat konsantrasyonları aşağı yönde daha yüksekti, bu da deşarj alanının yakınında, muhtemelen çim gübresinden kaynaklanan olası nitrat girdilerini gösteriyordu.

Su akışının besin içeriğini ve bunun deniz bitki yaşamı üzerindeki etkisini anlamak, doğal ekosistemlerimizi korumak için son derece önemlidir.

Aşağıdaki örnekte, deniz mikroorganizmaları resifler gibi uzak ortamlarda incelenmiştir. Bu sonuçlar, nitrat konsantrasyonları ve bunun sonucunda ortaya çıkan alg patlamaları nedeniyle değişen mikrobiyal popülasyonların aydınlatılmasına yardımcı olabilir.

Su örnekleri, kontaminasyonu önlemek için dış ortama kapalı kaplarda toplanmıştır. Mikroplar 0.22 μm'lik bir filtrede toplandı. Filtrelenmiş su, inorganik safsızlıkları incelemek için analiz edildi. Metagenomik analiz, mikrobiyal genetik materyal transferinin nitrat konsantrasyonu ile pozitif korelasyon gösterdiğini buldu.

Ötrofikasyonla mücadele etmek için, toprak akışını ve topraktaki kirleticilerin kaderini ve taşınmasını anlamak önemlidir. Aşağıdaki örnekte, yağış simüle edildi ve topraktaki kirleticilerin kaderi incelendi. Toprak kutuları, ilgilenilen kirletici maddeler içeren toprakla paketlendi, bu durumda yaygın bir azotlu gübre şekli olan üre. Fosfor içeren moleküller de aynı prosedürle incelenebilir. Yağış farklı koşullar altında simüle edildi ve akış toplandı ve analiz edildi.

Son örneğe benzer şekilde, yüzey akışı doğal ortamlarda açık havada da incelenebilir. Burada, kentsel bir alanda bir akış araştırma tesisi inşa edildi. Diğer alanlara akış kontaminasyonunu önlemek ve kontrollü su toplamayı sağlamak için bir istinat duvarı inşa edildi. Parsel alanları da ayrılarak yanal su hareketini önleyecektir. Su akış çalışmaları sulama sistemleri kullanılarak yapılmıştır. Su akışı toplandı ve sudaki kirleticileri belirlemek için kimyasal bir analiz tamamlandı.

JoVE'nin yüzey sularında su besin analizi ile tanışma sürecini az önce izlediniz. Artık su akışı ve ötrofikasyon ile ilgili zorlukları ve su örneklerindeki besin içeriğinin nasıl ölçüleceğini anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!