水體富營養(yǎng)化程度的評價

1、實驗八 水體富營養(yǎng)化程度的評價富營養(yǎng)化(Eutrophication)是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量急劇下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會從貧營養(yǎng)狀態(tài)過渡到富營養(yǎng)狀態(tài)，沉積物不斷增多，先變?yōu)檎訚?，后變?yōu)殛懙亍＿@種自然過程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬年。而人為排放含營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象，可在短期內(nèi)出現(xiàn)。水體富營養(yǎng)化后，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)到正常水平。水體富養(yǎng)化嚴(yán)重時，湖泊可被某些水生植物及其殘骸淤塞，成為沼澤

2、甚至干地。局部海區(qū)可變成“死?！?，或出現(xiàn)“赤潮”。植物營養(yǎng)物質(zhì)的來源廣、數(shù)量大，有生活污水、農(nóng)業(yè)面源、工業(yè)廢水、垃圾等。每人每天帶進污水中的氮約50 g。生活污水中的磷主要來源于洗滌廢水，而施入農(nóng)田的化肥有5080流入江河、湖海和地下水體中。許多參數(shù)可用作水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)，常用的有總磷、葉綠素-a含量和初級生產(chǎn)率的大小（見表8-1）。表8-1 水體富營養(yǎng)化程度劃分富營養(yǎng)化程度初級生產(chǎn)率/mg O2·m-2·日-1總磷/ µg·L-1 無機氮/ µg·L-1極貧0136<0.005<0.200貧-中0.0050.0100.

3、2000.400中1374090.0100.0300.3000.650中-富0.0300.1000.5001.500富410547>0.100>1.500一、實驗?zāi)康?. 掌握總磷、葉綠素-a及初級生產(chǎn)率的測定原理及方法。2. 評價水體的富營養(yǎng)化狀況。二、儀器和試劑1. 儀器(1) 可見分光光度計。(2) 移液管：1 mL、2 mL、10 mL。(3) 容量瓶：100 mL、250 mL。(4) 錐型瓶：250 mL。(5) 比色管：25 mL。(6) BOD瓶：250 mL。(7) 具塞小試管：10 mL。(8) 玻璃纖維濾膜、剪刀、玻棒、夾子。2. 試劑(1) 過硫酸銨（固體）

4、。(2) 濃硫酸。(3) 1 mol/L 硫酸溶液。(4) 2 mol/L 鹽酸溶液。(5) 6 mol/L氫氧化鈉溶液。(6) 1%酚酞：1 g酚酞溶于90 mL乙醇中，加水至100 mL。(7) 丙酮:水（9:1）溶液。(8) 酒石酸銻鉀溶液：將4.4 g K(SbO)C4H4O6·1/2H2O溶于200 mL蒸餾水中，用棕色瓶在4時保存。(9) 鉬酸銨溶液：將20g (NH4)6MO7O24·4 H2O溶于500 mL蒸餾水中，用塑料瓶在4時保存。(10) 抗壞血酸溶液：0.1 mol/L（溶解1.76 g抗壞血酸于100 mL蒸餾水中，轉(zhuǎn)入棕色瓶，若在在4時保存，可

5、維持一個星期不變）。(11) 混合試劑：50 mL 2 mol/L硫酸、5 mL酒石酸銻鉀溶液、15 mL鉬酸銨溶液和30 mL抗壞血酸溶液。混合前，先讓上述溶液達到室溫，并按上述次序混合。在加入酒石酸銻鉀或鉬酸銨后，如混合試劑有渾濁，須搖動混合試劑，并放置幾分鐘，至澄清為止。若在4下保存，可維持1個星期不變。(12) 磷酸鹽儲備液（1.00 mg/mL磷）：稱取1.098 g KH2PO4，溶解后轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶中，稀釋至刻度，即得1.00 mg/mL磷溶液。(13) 磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液：量取1.00 mL儲備液于100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，即得磷含量為10 µg / mL

6、的工作溶液。三、實驗過程1. 磷的測定(1) 原理 在酸性溶液中，將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化成磷酸根離子(PO43-)。隨之用鉬酸銨和酒石酸銻鉀與之反應(yīng)，生成磷鉬銻雜多酸，再用抗壞血酸把它還原為深色鉬藍。砷酸鹽與磷酸鹽一樣也能生成鉬藍，0.1 µg/mL的砷就會干擾測定。六價鉻、二價銅和亞硝酸鹽能氧化鉬藍，使測定結(jié)果偏低。(2) 步驟 水樣處理：水樣中如有大的微粒，可用攪拌器攪拌23 min，以至混合均勻。量取100 mL水樣（或經(jīng)稀釋的水樣）2份，分別放入250 mL錐型瓶中，另取100 mL蒸餾水于250 mL錐型瓶中作為對照，分別加入1 mL 2 mol/L H2SO4，3 g (NH

7、4)2S2O8，微沸約1 h，補加蒸餾水使體積為2550 mL（如錐型瓶壁上有白色凝聚物，應(yīng)用蒸餾水將其沖入溶液中），再加熱數(shù)分鐘。冷卻后，加一滴酚酞，并用6 mol/L NaOH將溶液中和至微紅色。再滴加2 mol/L HCl使粉紅色恰好褪去，轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，移取25 mL至50 mL比色管中，加1 mL混合試劑，搖勻后，放置10 min，加水稀釋至刻度再搖勻，放置10 min，以試劑空白作參比，用1 cm比色皿， 于波長880 nm處測定吸光度（若分光光度計不能測定880 nm處的吸光度，可選擇710 nm波長）。 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別吸取10 µg /

8、 mL磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL于50 mL比色管中，加水稀釋至約25 mL，加入1 mL混合試劑，搖勻后放置10 min，加水稀釋至刻度，再搖勻，10 min后，以試劑空白作參比，用1 cm比色皿， 于波長880 nm處測定吸光度。（3）結(jié)果處理 由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得磷的含量，按下式計算水中磷的含量：式中，P為水中磷的含量，g/L；Pi為由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得磷含量，µg；V為測定時吸取水樣的體積（本實驗V=25.00mL）。2. 生產(chǎn)率的測定(1) 原理 綠色植物的生產(chǎn)率是光合作用的結(jié)果，與氧的產(chǎn)生量成比例。因此測定水體中的溶解氧含

9、量可看作對生產(chǎn)率的測量。然而在任何水體中都有呼吸作用產(chǎn)生，要消耗一部分氧。因此在計算生產(chǎn)率時，還必須測量因呼吸作用所損失的氧。本實驗用測定2只無色瓶和2只深色瓶中相同樣品內(nèi)溶解氧變化量的方法測定生產(chǎn)率。此外，測定無色瓶中氧的減少量，提供校正呼吸作用的數(shù)據(jù)。(2) 實驗過程 取四只BOD瓶，其中兩只用鋁箔包裹使之不透光，這些分別記作“亮”和“暗”瓶。從一水體上半部的中間取出水樣，測量水溫和溶解氧，溶解氧采用碘量法測定（見附頁）。如果此水體的溶解氧未過飽和，則記錄此值為Oi，然后將水樣分別注入一對“亮”和“暗”瓶中。若水樣中溶解氧過飽和，則緩緩地給水樣通氣，以除去過剩的氧。重新測定溶解氧并記作Oi

10、。按上法將水樣分別注入一對“亮”和“暗”瓶中。 從水體下半部的中間取出水樣，按上述方法同樣處理。 將兩對“亮”和“暗”瓶分別懸掛在與取水樣相同的水深位置，調(diào)整這些瓶子，使陽光能充分照射。一般將瓶子暴露幾個小時，暴露期為清晨至中午，或中午至黃昏，也可清晨到黃昏。為方便起見，可選擇較短的時間。 暴露期結(jié)束即取出瓶子，逐一測定溶解氧，分別將“亮”和“暗”瓶的數(shù)值記為OL和Od。(3) 結(jié)果處理 呼吸作用： R=氧在暗瓶中的減少量= Oi - Od 凈光合作用： Pn=氧在亮瓶中的增加量= OL - Oi 總光合作用：Pg = 呼吸作用 + 凈光合作用 = （Oi - Od） +（ OL - Oi）=

11、 OL - Od 計算水體上下兩部分值的平均值。 通過以下公式計算來判斷每單位水域總光合作用和凈光合作用的日速率：、把暴露時間修改為日周期日Pg(mg O2·L-1·日-1) = Pg × 每日光周期時間/暴露時間、將生產(chǎn)率單位從mg O2/L 改為mg O2/m2，這表示1 m2水面下水柱的總產(chǎn)生率。為此必須知道產(chǎn)生區(qū)的水深：日Pg"(mg O2· m-2·日-1) = Pg × 每日光周期時間/暴露時間× 103× 水深( m )103是體積濃度 mg/L換算為mg/m3的系數(shù)。、假設(shè)全日24 h呼吸

12、作用保持不變，計算日呼吸作用日R（mg O2· m-2·日-1） = R × 24/暴露時間（ h ）× 103× 水深（m）、計算日凈光合作用：日Pn（mg O2·L-1·日-1）= 日Pg 日R 假設(shè)符合光合作用的理想方程（CO2 + H2O CH2O +O2），將生產(chǎn)率的單位轉(zhuǎn)換成固定碳的單位：日Pm（mg C· m-2·日-1）= 日Pn（mg O2 m-2·日-1）× 12/323. 葉綠素- a的測定(1) 原理 測定水體中的葉綠素-a的含量，可估計該水體的綠色植物存在量。

13、將色素用丙酮萃取，測量其吸光度值，便可以測得葉綠素- a的含量。(2) 實驗過程 將100500 mL水樣經(jīng)玻璃纖維濾膜過濾，記錄過濾水樣的體積。將濾紙卷成香煙狀，放入小瓶或離心管。加10 mL或足以使濾紙淹沒的90%丙酮液，記錄體積，塞住瓶塞，并在4下暗處放置4 h。如有渾濁，可離心萃取。將一些萃取液倒入1 cm玻璃比色皿，加比色皿蓋，以試劑空白為參比，分別在波長665 nm和750 nm處測其吸光度。 加1滴2 mol/L鹽酸于上述兩只比色皿中，混勻并放置1 min，再在波長665 nm和750 nm處測定吸光度。(3) 結(jié)果處理酸化前 ： A=A665-A750酸化后： Aa=A665a

14、-A750a在665 nm處測得吸光度減去750 nm處測得值是為了校正渾濁液。用下式計算葉綠素- a的濃度（µg/L）：根據(jù)測定結(jié)果，評價水體富營養(yǎng)化狀況。四、思考題1. 水體中氮、磷的主要來源有哪些？2. 在計算日生產(chǎn)率時，有幾個主要假設(shè)？3. 被測水體的富營養(yǎng)化狀況如何？附：碘量法測定水中溶解氧原理水樣中加入硫酸錳和堿性碘化鉀，水中溶解氧將低價錳氧化成高價錳，生成四價錳的氫氧化物棕色沉淀。加酸后，氫氧化物沉淀溶解，并與碘離子反應(yīng)而釋放出游離碘。以淀粉為指示劑，用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定釋放出的碘，據(jù)滴定溶液消耗量計算溶解氧含量。試劑1. 硫酸錳溶液：稱取480 g硫酸錳（MnSO

15、4·4H2O）溶于水，用水稀釋至1000 mL。此溶液加至酸化過的碘化鉀溶液中，遇淀粉不得產(chǎn)生藍色。2. 堿性碘化鉀溶液：稱取500 g氫氧化鈉溶解于300400 mL水中；另稱取150 g碘化鉀溶于200 mL水中，待氫氧化鈉溶液冷卻后，將兩溶液合并，混勻，用水稀釋至1000 mL。如有沉淀，則放置過夜后，傾出上層清液，貯于棕色瓶中，用橡皮塞塞緊，避光保存。此溶液酸化后，遇淀粉應(yīng)不呈藍色。3. 1+5硫酸溶液4. 1%（m/V）淀粉溶液：稱取1 g 可溶性淀粉，用少量調(diào)成糊狀，再用剛煮沸的水稀釋至100 mL。冷卻后，加入0.1 g水楊酸或0.4 g 氯化鋅防腐。5. 0.0250

16、00 mol/L（1/6K2Cr2O7）重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取于105110烘干 2 h，并冷卻的重鉻酸鉀1.2258 g，溶于水，移入1000 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。6.硫代硫酸鈉溶液：稱取6.2 g硫代硫酸鈉（Na2S2O3·5H2O）溶于煮沸放冷的水中，加0.2 g碳酸鈉，用水稀釋至1000 mL，貯于棕色瓶中，使用前用0.02500 mol/L重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。7. 硫酸，=1.84。測定步驟1. 溶解氧的固定：用吸液管插入溶解氧的液面下，加入1 mL硫酸錳溶液，2 mL堿性碘化鉀溶液，顛倒混合數(shù)次，靜置。一般在取樣現(xiàn)場固定。2. 打開瓶塞，立即用吸管插入液面下加入2.0 mL硫酸。蓋好瓶塞，顛倒混合搖勻，至沉淀物全部溶解，放于暗處靜置5 min。3. 吸取100.00 mL上述溶液于250 mL錐形瓶中，用硫代硫酸鈉