Nutriments dans les écosystèmes aquatiques

Azote et le phosphore sont des végétaux essentiels, éléments nutritifs présents dans les écosystèmes aquatiques, cependant, en quantités excessives, qu'elles peuvent causer des problèmes de qualité d’eau importantes. Azote et le phosphore dans l’eau se trouvent généralement sous la forme de nitrates et de phosphates, respectivement. Ces deux nutriments sont dissous dans l’eau et sont facilement absorbés par les photosynthesizers comme les algues.

Nitrates et phosphates, entrer dans les systèmes d’eau par ruissellement d’eau douce de l’épuration des eaux usées, pelouses fécondés et terres agricoles, des systèmes septiques défectueux et les rejets de déchets industriels. En quantités excessives, les deux éléments nutritifs peuvent provoquer une augmentation de la croissance des plantes aquatiques et des algues bleues, appelés eutrophisation. Ces algues vivent à la surface de l’eau, afin d’accéder facilement à l’oxygène et la lumière du soleil.

En conséquence, l’eutrophisation empêche les niveaux d’eau inférieurs de l’accès au soleil et d’oxygène dans l’air. Lorsque les algues meurent, ils sombrent dans les basses couches de l’eau et se décomposent, consommant l’oxygène dans les eaux profondes, entraînant une hypoxie, ou niveaux de faible teneur en oxygène dissous. Privées d’oxygène et coupé de réapprovisionnement, l’eau profonde devient une zone morte. En conséquence, les poissons et autres organismes meurent massivement. Zones mortes sont très répandus dans les mers et lacs, principalement dans les zones urbaines fortement peuplées.

Cette vidéo présentera la méthodologie de mesure des nitrates et des concentrations de phosphate dans l’eau de surface et démontrer les mesures en laboratoire.

Azote dans l’eau est signalée en termes de « comme-en azote des nitrates. » L’expression « comme-en azote des nitrates » désigne la quantité d’azote sous forme de nitrate. Par conséquent, la concentration en azote des nitrates peut être convertie en nitrates concentration en utilisant les ratios des poids moléculaires de l’azote et les nitrates.

La concentration de nitrates est mesurée à l’aide de la méthode de réduction de cadmium. Le cadmium métallique réduit les nitrates en nitrites, puis les ions nitrites réagissent avec l’acide sulfanilique pour former un sel de diazonium intermédiaire. Le sel de diazonium puis est couplé à l’acide gentisique et forme un composé de couleur ambre. Le plus sombre la couleur ambre, plus la concentration de nitrate dans l’échantillon.

La concentration de phosphore dans les échantillons d’eau est signalée de la même façon, en ce qui concerne la quantité de phosphore sous forme de phosphate. La conversion entre la concentration de phosphate et de la concentration de phosphate-comme-phosphore peut être effectuée facilement à l’aide de poids moléculaire. Phosphates sont présents dans l’eau dans plusieurs conformations différentes. Tous les phosphates doivent être converties d’orthophosphates par hydrolyse en chauffant des échantillons avec le persulfate de potassium et de l’acide.

La méthode de l’acide ascorbique/molybdate est utilisée pour calculer la concentration d’orthophosphate. Orthophosphates réagissent avec molybdate de sodium en milieu acide pour produire un complexe de phosphate/molybdate. Acide ascorbique est ensuite utilisé pour réduire le complexe, un produit coloré bleu. Afin de quantifier l’intensité des couleurs produite par le réactif dans les deux expériences, un colorimètre est utilisé pour mesurer la quantité de lumière absorbée par l’espèce colorée. L’absorbance est ensuite converti en concentration.

L’expérience suivante fera la démonstration de l’analyse des nitrates et des concentrations de phosphate dans les échantillons d’eau à l’aide de paquets de réactif pour effectuer cette technique colorimétrique à prémélange.

Pour commencer la mesure de l’azote, trouver le programme pour le nitrate sur le colorimètre et entrez un numéro de programme approprié ou définir le colorimètre pour mesurer à 420 nm. Mesurer 10 mL d’échantillon, pipette dans un tube à essais et l’étiquette du tube. Préparer un deuxième tube identique et l’étiquette comme le blanc.

Ajouter le contenu d’un cadmium prémélangée réduction méthode paquets de réactif dans le tube échantillon. Cap les deux tubes d’échantillons. Commencer à chronométrer la durée de réaction de 1 min pour le réactif. Agiter le tube vigoureusement à la main jusqu'à ce que le temps de réaction est terminé.

Mettre le tube vers le bas et commencer une seconde période de la réaction de 5 min pour permettre le cadmium à réduire l’azote. Lorsque la durée de la réaction est terminée, nettoyez les deux tubes de nettoyer avec une serviette en papier non pelucheux.

Placer le tube à essais avec aucun réactif, marqué l’essai à blanc, dans le colorimètre. S’assurer qu’aucune étiquette n’interfère avec le trajet de la lumière. Couvrir la cellule avec le capuchon de l’instrument pour s’assurer que toute la lumière ambiante est bloquée de la chambre de mesure.

Calibrer le colorimètre avec le blanc pour une lecture de nitrate 0,0 mg/L d’azote. Retirez le tube vide et placer le tube d’échantillon dans le porte-échantillon et remettre le bouchon de l’instrument. Mesurer l’absorbance de l’échantillon et afficher la concentration de nitrate que l’azote dans l’échantillon.

La mesure du phosphore dans un échantillon d’eau est similaire à la mesure de l’azote. Tout d’abord, mesure 5 mL de l’échantillon et la pipette dans un échantillon tube. Ajouter le contenu d’un prémélange de potassium persulfate gélule pour phosphonate dans le tube échantillon.

Boucher le tube hermétiquement et agiter pour dissoudre la poudre. La partie supérieure de la PAC de l’étiquette. Placer le tube dans le réacteur dans une hotte et chauffer pendant 30 min à 150 ° C. Après le chauffage, enlever le tube du réacteur, placez-le dans un portoir et laisser refroidir à température ambiante.

Ensuite, ajuster le pH en ajoutant 2 mL de solution d’hydroxyde de sodium de 1,54 M pour le tube à essais. Boucher le tube et mélanger. Sur le colorimètre, repérez le numéro de programme pour le phosphate et entrez le numéro de programme ou régler le spectrophotomètre pour mesurer l’absorbance à 880 nm.

Nettoyer le tube à essais avec un chiffon non pelucheux et introduisez le tube à essai dans le colorimètre. Assurez-vous qu’aucune étiquette n’interfère avec le trajet de la lumière dans l’instrument. Placez le couvercle sur l’instrument et calibrer à l’aide de l’échantillon n’a pas réagi comme le blanc.

Retirer le tube de l’instrument et ajouter le contenu d’un sachet de réactif de méthode prémélangée d’acide ascorbique dans l’éprouvette. Boucher le tube hermétiquement et secouer le tube pour mélanger. Placer le tube dans un rack et amorcer une période de réaction de 2 min à l’aide d’une minuterie.

Après la période de réaction, la couleur de la solution doit être bleue. Nettoyez l’extérieur du tube avec une serviette en papier libre charpie. Placer l’éprouvette dans l’instrument avec toutes les étiquettes sur le trajet de la lumière.

Fermer le couvercle de la chambre échantillon et appuyez sur le bouton de lecture. Les résultats seront afficheront en mg/L. Si à l’aide d’un spectrophotomètre, mesurer l’absorbance de l’échantillon à 880 nm.

Les concentrations de nitrates et phosphates dans une branche de la rivière métropolitaines ont été comparées à 5 stations d’échantillonnage différentes dans cette expérience.

Eau de la rivière propre contient généralement 0 à 1 mg/L d’azote des nitrates et 0 à 0,03 mg/L de phosphate-phosphore. Concentrations comprises entre 3 à 5 mg/L d’azote des nitrates et de 0,03 à 0,1 mg/L de phosphate-phosphore est considéré élevés et au-dessus de ces gammes eutrophes.

Les niveaux de nitrates et de phosphates étaient élevés dans 3 des 5 emplacements d’échantillonnage. De même, les concentrations moyennes de nitrates et de phosphates ont été comparés en amont et en aval d’une usine de traitement de l’eau. La mesure en amont représente l’eau non traitée, tandis que la mesure en aval représente les eaux de ruissellement de la station d’épuration.

Cette mesure en aval était pauvre en phosphates en raison de l’élimination des matières organiques au cours du processus de traitement. Cependant, les concentrations de nitrate moyen sont plus élevées en aval, indiquant les apports de nitrate possible près de la zone de décharge, éventuellement de l’engrais à gazon.

Comprendre la teneur en éléments nutritifs des eaux de ruissellement et son effet sur la flore marine est extrêmement important de préserver nos écosystèmes naturels.

Dans l’exemple suivant, les micro-organismes marins ont été étudiés dans des milieux éloignés tels que les récifs coralliens. Ces résultats peuvent aider à élucider l’évolution des populations microbiennes en raison des concentrations de nitrates et la prolifération d’algues qui en résulte.

Échantillons d’eau ont été prélevés dans des conteneurs qui sont obturés à l’environnement externe pour éviter la contamination. Les microbes ont été recueillies sur un filtre de 0,22 μm. L’eau filtrée a été analysé afin d’examiner les impuretés inorganiques. Analyse métagénomique a conclu que le transfert de matériel génétique microbienne était positivement corrélé à la concentration de nitrate.

Afin de lutter contre l’eutrophisation, il est important de comprendre le ruissellement des sols et le devenir et le transport des contaminants dans le sol. Dans l’exemple suivant, les précipitations ont été simulées, et étudie le devenir des contaminants dans le sol. Boîtes de sol ont été emballés avec polluants des sols contenant de l’intérêt, dans ce cas d’urée, une forme courante d’engrais azoté. Molécules contenant du phosphore peuvent être étudiés avec la même procédure. Pluviométrie a été simulée dans des conditions différentes, et l’eaux de ruissellement recueillies et analysées.

Comme pour le dernier exemple, eaux de ruissellement peut également être étudié à l’extérieur dans des environnements naturels. Ici, un centre de recherche de ruissellement a été construit dans une zone urbaine. Un mur de soutènement a été construit pour prévenir la contamination des eaux de ruissellement vers d’autres zones, ainsi que pour activer la collecte de l’eau contrôlée. Les zones de terrain ont été séparés ainsi, pour éviter tout mouvement latéral de l’eau. Études de ruissellement de l’eau ont été menées à l’aide de systèmes d’irrigation. Les eaux de ruissellement ont été recueillie et une analyse chimique effectuée afin de déterminer les contaminants dans l’eau.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour l’analyse des éléments nutritifs dans les eaux de surface de l’eau. Vous devez maintenant comprendre les défis liés au ruissellement de l’eau et l’eutrophisation et comment mesurer la teneur en éléments nutritifs dans les échantillons d’eau. Merci de regarder !