水体富营养化程度的评价:实验原理

营养化是指湖泊等水体接纳过量的氮、磷等营养物质,使藻类及其他水生生物异常繁殖,引起水体透明度和溶解氧浓度的变化,造成水质恶化,加速湖泊老化,导致湖泊生态系统和水功能的破坏。

在自然条件下,随着河流夹带冲击物和水生生物残骸在湖底的不断沉降淤积,湖泊会从贫营养湖过渡为富营养湖,进而演变为沼泽和陆地,这是一种极为缓慢的过程。但由于人类的活动,大量工业废水和生活污水以及农田径流中的植物营养物质被排入湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体后,水生生物特别是藻类将大量繁殖,使生物量的种群种类数量发生改变,破坏了水体的生态平衡。大量死亡的水生生物沉积到湖底,被微生物分解,消耗大量的溶解氧,使水体溶解氧含量急剧降低,水质恶化,以致影响鱼类的生存,大大加速了水体的富营养化过程。水体出现富营养化现象时,由于浮游生物大量繁殖,往往使水体呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等,这种现象在江河湖泊中叫水华,在海中叫赤潮。在发生赤潮的水域里,一些浮游生物暴发性繁殖,使水变成红色,因此叫赤潮。这些藻类恶臭、有毒,鱼不能食用。藻类遮蔽阳光,使水底植物因光合作用受阻而死去,腐败后放出氮、磷等植物的营养物质,再供藻类利用。这样年深月久,造成恶性循环,藻类大量繁殖,水质恶化而有腥臭,导致鱼类死亡。

实验原理

植物营养物质的来源广、数量大,有生活污水、农业面源、工业废水、垃圾等。许多参数可用做水体富营养化的指标,常用的是总磷、叶绿素a含量和初级生产力的大小(见表19-1)。

表19-1 水体富营养化程度划分(Thomas)

1.总磷的测定

在酸性溶液中,将各种形态的磷转化成  。正磷酸盐溶液在一定的酸度下,加酒石酸锑钾和钼酸铵混合液形成磷钼杂多酸。在三价锑存在时,抗坏血酸能使磷钼杂多酸变成磷钼蓝,其颜色在一定浓度范围内与磷的浓度成正比,可在700 nm波长下比色测定。

砷酸盐与磷酸盐一样也能生成钼蓝,0.1 g/mL砷就会干扰测定。六价铬、二价铜和亚硝酸盐能氧化钼蓝,使测定结果偏低。

2.初级生产力的测定

绿色植物通过光合作用,将太阳能转化为生物能,吸收二氧化碳,转化为有机碳并释放出氧气的过程,称为初级生产。因此测定水体中的氧可看作对生产力的测量。然而在任何水体中都有呼吸作用发生,要消耗一部分氧。因此在计算生产力时,还必须测量因呼吸作用所损失的氧。本实验用测定2只无色瓶和2只深色瓶中相同样品内溶解氧变化量的方法测定生产力。此外,还需测定无色瓶中氧的减少量,提供校正呼吸作用的数据。

3.叶绿素a的测定

测定水体中叶绿素a的含量,可估计该水体的绿色植物存在量。将色素用丙酮萃取,测量其吸光度值,便可以测得叶绿素a的含量。

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