水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)

1、實(shí)驗(yàn)八 水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化(Eutrophication)是指在人類活動(dòng)的影響下，生物所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)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(yú)類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。在自然條件下，湖泊也會(huì)從貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)過(guò)渡到富營(yíng)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(guò)程非常緩慢，常需幾千年甚至上萬(wàn)年。而人為排放含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水所引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，可在短期內(nèi)出現(xiàn)。水體富營(yíng)養(yǎng)化后，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)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(shí)，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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)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(jìn)污水中的氮約50 g。生活污水中的磷主要來(lái)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(yíng)養(yǎng)化的指標(biāo)，常用的有總磷、葉綠素-a含量和初級(jí)生產(chǎn)率的大小（見(jiàn)表8-1）。表8-1 水體富營(yíng)養(yǎng)化程度劃分富營(yíng)養(yǎng)化程度初級(jí)生產(chǎn)率/mg O2·m-2·日-1總磷/ µg·L-1 無(wú)機(jī)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(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握總磷、葉綠素-a及初級(jí)生產(chǎn)率的測(cè)定原理及方法。2. 評(píng)價(jià)水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況。二、儀器和試劑1. 儀器(1) 可見(jiàn)分光光度計(jì)。(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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)保存，可

5、維持一個(gè)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(dá)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(dòng)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(gè)星期不變。(12) 磷酸鹽儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)過(guò)程1. 磷的測(cè)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(lán)。砷酸鹽與磷酸鹽一樣也能生成鉬藍(lán)，0.1 µg/mL的砷就會(huì)干擾測(cè)定。六價(jià)鉻、二價(jià)銅和亞硝酸鹽能氧化鉬藍(lán)，使測(cè)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(duì)照，分別加入1 mL 2 mol/L H2SO4，3 g (NH

7、4)2S2O8，微沸約1 h，補(bǔ)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(zhǎng)880 nm處測(cè)定吸光度（若分光光度計(jì)不能測(cè)定880 nm處的吸光度，可選擇710 nm波長(zhǎng)）。 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(zhǎng)880 nm處測(cè)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(jì)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(cè)定時(shí)吸取水樣的體積（本實(shí)驗(yàn)V=25.00mL）。2. 生產(chǎn)率的測(cè)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(cè)定水體中的溶解氧含

9、量可看作對(duì)生產(chǎn)率的測(cè)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(jì)算生產(chǎn)率時(shí)，還必須測(cè)量因呼吸作用所損失的氧。本實(shí)驗(yàn)用測(cè)定2只無(wú)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(cè)定生產(chǎn)率。此外，測(cè)定無(wú)色瓶中氧的減少量，提供校正呼吸作用的數(shù)據(jù)。(2) 實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)量水溫和溶解氧，溶解氧采用碘量法測(cè)定（見(jiàn)附頁(yè)）。如果此水體的溶解氧未過(guò)飽和，則記錄此值為Oi，然后將水樣分別注入一對(duì)“亮”和“暗”瓶中。若水樣中溶解氧過(guò)飽和，則緩緩地給水樣通氣，以除去過(guò)剩的氧。重新測(cè)定溶解氧并記作Oi

10、。按上法將水樣分別注入一對(duì)“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(duì)“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(yáng)光能充分照射。一般將瓶子暴露幾個(gè)小時(shí)，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(jiàn)，可選擇較短的時(shí)間。 暴露期結(jié)束即取出瓶子，逐一測(cè)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(jì)算水體上下兩部分值的平均值。 通過(guò)以下公式計(jì)算來(lái)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(shí)間修改為日周期日Pg(mg O2·L-1·日-1) = Pg × 每日光周期時(shí)間/暴露時(shí)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(shí)間/暴露時(shí)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(jì)算日呼吸作用日R（mg O2· m-2·日-1） = R × 24/暴露時(shí)間（ h ）× 103× 水深（m）、計(jì)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(cè)定(1) 原理 測(cè)定水體中的葉綠素-a的含量，可估計(jì)該水體的綠色植物存在量。

13、將色素用丙酮萃取，測(cè)量其吸光度值，便可以測(cè)得葉綠素- a的含量。(2) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 將100500 mL水樣經(jīng)玻璃纖維濾膜過(guò)濾，記錄過(guò)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(méi)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(zhǎng)665 nm和750 nm處測(cè)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(zhǎng)665 nm和750 nm處測(cè)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(cè)得吸光度減去750 nm處測(cè)得值是為了校正渾濁液。用下式計(jì)算葉綠素- a的濃度（µg/L）：根據(jù)測(cè)定結(jié)果，評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況。四、思考題1. 水體中氮、磷的主要來(lái)源有哪些？2. 在計(jì)算日生產(chǎn)率時(shí)，有幾個(gè)主要假設(shè)？3. 被測(cè)水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況如何？附：碘量法測(cè)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(jià)錳氧化成高價(jià)錳，生成四價(jià)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(jì)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(guò)的碘化鉀溶液中，遇淀粉不得產(chǎn)生藍(lán)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(guò)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(lán)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(cè)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(chǎng)固定。2. 打開(kāi)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?kù)o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