CN109580514A - 一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法 - Google Patents

一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法 Download PDF

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Abstract

一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a：取目标水体水样；步骤b：用分光光度法测量目标水体水样的总磷含量X；步骤c：测定总磷含量X之后将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后初始溶解性总磷含量Y；步骤d：将测定总磷含量X之后的目标水体水样放在超声波破碎仪器中，超声一段时间，将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后水的溶解性总磷含量Z；步骤e：计算非生物颗粒态磷含量P1和生物颗粒态磷含量P2：P1=X‑Z；P2=Z‑Y；解决了现有技术不能科学、准确定量测定非生物和生物磷组分的缺点，同时也解决现有藻类磷测量方法不能应用到野外水体磷含量监测的问题。

Description

一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法
技术领域
本发明属于水环境治理和生态监测技术领域，特别涉及一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法。
背景技术
在内陆水体和海洋中，磷是水生维管束植物、浮游植物生长的必需营养元素，是驱动水生生态系统初级生产力发展的关键因子之一。相关研究表明水体中磷元素的过量富集会导致水体向富营养化方向发展，并可能引起藻华、赤潮等水污染现象，对水生生物及人类健康造成极大危害。为应对越来越严峻的水体富营养化发展趋势，需要对水体磷含量及生物磷组分含量进行科学评估。在监测水体磷含量时，常规方法一般对生物磷和非生物磷含量不作区分，具有很大的局限性，特别是对水深较浅的湖泊、河流、近岸海域等而言，这类水体常常受风浪扰动的影响，容易导致底泥再悬浮，使得水体中泥沙颗粒和藻类颗粒混合，导致检测区分颗粒态磷中非生物磷和生物磷变得非常困难。测定水体中的磷含量，不仅可以揭示水体中的磷赋存，而且为流域内的磷迁移和归趋提供了可靠、关键的磷含量数据。
目前，检测水体中总磷、溶解性磷含量的方法较为成熟，包括钼酸铵分光光度法、气相色谱法等，颗粒态磷的一般测定方法为通过微孔径滤膜（μm级）进行水样过滤处理，其含量为总磷和滤后水溶解性磷含量之差，而颗粒态磷中的藻类磷难以被区分和测定。现有方法中直接测定类似藻类的生物颗粒态磷的方法较为复杂，如实验室中藻类细胞磷含量的检测方法为取适量培养的纯藻或混合藻液进行离心、洗涤、再悬浮程序后，用5%的过硫酸钾在121℃消解30分钟，然后测定藻体中的总磷。此种方法需要制备大量的不含杂质的藻体，并不适用野外水体中混有泥沙、藻类的水样检测。
间接测定水体中生物颗粒态磷的方法，也可见于少量研究，如叶绿素a—磷关系式推算法，即先测定水体中表征藻类生物量的叶绿素a含量，再根据叶绿素a含量和磷含量的拟合数学模型，推算藻类的磷含量。此种方法需要增加叶绿素a的测定方法和时间，且叶绿素a和磷的计算关系式并不可靠，误差较大，现在未有统一的普适计算方法，难以推广到野外水体。而且生物颗粒态磷也包含水体中的微小浮游动物、细菌等组分的磷，不能通过检测叶绿素a的方法来间接测定这部分生物颗粒态磷含量。
因此，区分水体中非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量还未有一种科学、有效、简易的方法。针对水体中的生物颗粒磷难以检测的问题，本发明利用了超声波破碎手段，很好地测量出了水体中非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量。
发明内容
本发明的主要目的是克服背景技术中指出的缺陷，提出一种区分水体中非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，解决了现有技术不能科学、准确定量测定非生物和生物磷组分的缺点，同时也可解决现有藻类磷测量方法不能应用到野外水体磷含量监测的问题。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：取目标水体水样；
步骤b：用分光光度法测量目标水体水样的总磷含量X；
步骤c：测定总磷含量X之后将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后初始溶解性总磷含量Y；
步骤d：将测定总磷含量X之后的目标水体水样放在超声波破碎仪器中，超声一段时间后，将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后水的溶解性总磷含量Z；
步骤e：计算非生物颗粒态磷含量P1和生物颗粒态磷含量P2：P1=X-Z；P2=Z-Y。
优选的，所述目标水体水样在巢湖北部近岸水域离湖岸线50 m处采集，水深2.8m，收集距水面10 cm处水样共20 L。
优选的，所述目标水体水样取完后需冷藏处理。
优选的，所述分光光度法为钼酸铵分光光度法。
优选的，所述目标水体水样的总磷含量X均进行3次重复测量，结果值取平均值±标准差。
优选的，所述μm级滤纸为玻璃微纤维滤纸或醋酸纤维复合膜。
优选的，所述玻璃微纤维滤纸孔径小于2μm。
优选的，所述醋酸纤维复合膜的孔径为0.6~0.8 μm。
优选的，所述目标水体水样放在超声波破碎仪器中，设置超声频率为20～25 KHz，超声时间为1~5分钟。
本发明的有益效果：本发明解决了现有技术“藻类细胞磷测定法”、“叶绿素a—磷关系式推算法”存在的技术复杂、测定粗放、难于大范围推广等缺陷，针对野外内陆水体和海洋，特别适合浅水水体的生物颗粒态磷区分及其含量监测，切合水生生态系统健康、富营养状况评估的需要，提高了生物颗粒态磷含量测定方法的准确性、高效性、操作便捷性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
测定巢湖北部近岸水域水体中非生物颗粒和生物颗粒磷含量。
以本发明的方法区分和测定巢湖北部（长临河镇范围）近岸水域水体中非生物颗粒和生物颗粒磷含量，并与藻类细胞磷测定法、叶绿素a—磷关系式推算法进行比较。水样在巢湖北部近岸水域离湖岸线50 m处采集，水深2.8 m，收集距水面10 cm处水样共20 L，放置在装有冰块的保温箱中带回实验室。原始水样的磷指标测定均进行了3次重复，结果值取平均值±标准差。分别测定总磷含量X为0.26±0.05 mg/L，测完总磷含量X后将目标水样通过0.7 μm玻璃微纤维滤纸过滤，并测定滤后初始溶解性总磷含量Y为0.08±0.02 mg/L，则颗粒态磷含量P1为0.18±0.04 mg/L。取原始水样置于20～25 KHz的超声波破碎仪器中，持续工作时间1-5分钟，优选3分钟，随后经过0.7 μm玻璃微纤维滤纸过滤（此处优选玻璃微纤维滤纸，其次再选择孔径为0.6~0.8 μm的醋酸纤维复合膜，因为玻璃微纤维滤纸的效果较好些），测定滤后水溶解性总磷含量Z为0.19±0.04 mg/L，则：非生物颗粒态磷含量P1=X－Z=0.07±0.03 mg/L；生物颗粒态磷含量P2=Z－Y=0.11±0.03 mg/L，此结果表明生物颗粒态磷即藻类磷含量占颗粒态磷含量的60~75%。
采用藻类细胞磷测定法与本发明的方法进行比较：取原始水样1L进行离心，洗涤制备目标水体水样的藻体，用1L纯水进行再悬浮后，用5%的过硫酸钾在121℃消解30分钟，然后测定藻体中的总磷，重复此实验3次。测定的藻类细胞磷含量，换算到原始水样为0.13±0.06 mg/L。藻类细胞磷测定法检测的生物颗粒态磷含量与本发明方法测定值比较偏差范围在18.2~26.6%，结果值接近。但本发明测算结果的标准差值、变异系数比藻类细胞磷测定法更小，表明本方法在多次重复测量时系统误差更小、更加稳定，方法可靠。
认为本发明的方法比藻类细胞磷测定法更可靠的原因的进一步说明：本方法结果值与藻类细胞磷测定法测定的值接近，表明本方法是可靠的。相对偏差范围主要是平均值之间的比较，如藻类细胞磷测定的生物颗粒态磷含量为0.13mg/L，本发明方法测定的生物颗粒态磷含量为0.11 mg/L，相对本发明的相对偏差范围为18.2~26.6%。另外，本发明的测算结果标准差值更小，如本发明方法测定的生物颗粒态磷含量为0.11±0.03 mg/L，标准差为0.03 mg/L，变异系数（即标准差与平均值的比值）为27.3%；而藻类细胞磷测定的生物颗粒态磷含量为0.13±0.06mg/L，标准差为0.06 mg/L，变异系数为46.2%。本发明的结果值变异系数更小，表明本方法在多次重复测量时系统误差更小、更加稳定。
采用叶绿素a—磷关系式推算法与本发明进行比较：采集巢湖北部其他近岸区域的不同监测点水体水样，测定各个水样的叶绿素a浓度ρ(chl-a)及运用本发明方法测定的生物颗粒态磷含量ρ(PP_bio)，建立线性关系式：ρ(chl-a)=258.9×ρ(PP_bio)+15.8（R2=0.886），其中R2为决定系数，介于0~1之间，越接近1，回归拟合效果越好，一般认为超过0.8的模型拟合优度比较高，说明此关系式拟合较好，用来推算生物颗粒态磷含量ρ(PP_bio)。原始水样的叶绿素a浓度ρ(chl-a)为41.6±10.6 μg/L，推算的生物颗粒态磷含量ρ(PP_bio)为0.10±0.08 mg/L。
叶绿素a—磷关系式推算法检测的生物颗粒态磷含量与本发明方法测定值比较的相对偏差范围在9.1~20%，结果值接近。但本发明测算结果的标准差值、变异系数比叶绿素a—磷关系式推算法更小，表明本方法在多次重复测量时系统误差更小、更加稳定，方法可靠。
本发明的原理：原水样中颗粒态磷分生物颗粒态磷和非生物颗粒态磷，生物颗粒态磷主要为细胞中含有的磷，经过超声波破碎后，细胞被破坏，细胞质磷等进入水样中，生物颗粒态磷（细胞磷）转化成为非颗粒态形式。经过滤膜过滤后，细胞质磷通过滤膜进入滤后水样中，留下来的颗粒态磷即为非生物颗粒态磷（如泥沙等），因此非生物颗粒态磷为目标水体水样的总磷含量X与过滤后水的溶解性总磷含量Z的两者之差；生物态颗粒即为过滤后水的溶解性总磷含量Z与过滤后初始溶解性总磷含量Y的两者之差。
本发明的关键步骤：关键的步骤为用μm级玻璃微纤维滤纸过滤，滤纸的材料优先选用玻璃纤维，负载力高，其次为醋酸纤维复合膜，孔径优先选用0.6~0.8 μm，不超过2.0 μm，此孔径的滤纸对水样中的细小颗粒截留度好、流速快，适合本发明对颗粒态磷和溶解性磷的分离要求。针对水体中的生物颗粒磷难以检测的问题，利用超声波破碎手段，即频率为15~20 KHz的超声波在高强度声能输入下进行细胞破碎。其破碎机理与空化现象引起的冲击波和剪切力有关，超声破碎的效率与声能、处理时间、细胞浓度等因素有关。而且经过反复试验和研究，从水样中生物颗粒体积含量从1%到90%，设置超声波破碎持续时间1~5分钟，可使生物颗粒中的磷释放出来。生物颗粒含磷量的定量测定对水体中的磷含量检测具有重要意义，而且是评估、监测野外水体中生物磷变化的重要指标。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：取目标水体水样；
步骤b：用分光光度法测量目标水体水样的总磷含量X， mg/L；
步骤c：测定总磷含量X之后将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后初始溶解性总磷含量Y，mg/L；
步骤d：将测定总磷含量X之后的目标水体水样放在超声波破碎仪器中，超声一段时间后，将目标水体水样通过μm级滤纸过滤，再用分光光度法测量过滤后水的溶解性总磷含量Z，mg/L；
步骤e：计算非生物颗粒态磷含量P1,mg/L和生物颗粒态磷含量P2,mg/L：P1=X-Z；P2=Z-Y。
2.根据权利要求1所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述目标水体水样在巢湖北部近岸水域离湖岸线50 m处采集，水深2.8 m，收集距水面10 cm处水样共20 L。
3.根据权利要求2所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述目标水体水样取完后需冷藏处理。
4.根据权利要求3所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述分光光度法为钼酸铵分光光度法。
5.根据权利要求4所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述目标水体水样的总磷含量X均进行3次重复测量，结果值取平均值±标准差。
6.根据权利要求5所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述μm级滤纸为玻璃微纤维滤纸或醋酸纤维复合膜。
7.根据权利要求6所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述玻璃微纤维滤纸孔径小于2μm。
8.根据权利要求7所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述醋酸纤维复合膜的孔径为0.6~0.8 μm。
9.根据权利要求8所述的一种测量非生物颗粒态磷和生物颗粒态磷含量的方法，其特征在于：所述目标水体水样放在超声波破碎仪器中，设置超声频率为20～25 KHz，超声时间为1~5分钟。
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