Первичная продукция и деструкция органического вещества
- Метод определения валовой и чистой продукции и деструкции с помощью кислородной модификации метода склянок
- Радиоуглеродный метод определения первичной продукции фитопланктона, его возможности и ограничения в сравнении с кислородным методом
- Метод определения биохимического потребления кислорода (БПК)
1. Метод определения валовой и чистой продукции и деструкции с помощью кислородной модификации метода склянок
Кислородный метод определения первичной продукции, примерно, в 100 раз менее чувствительный, чем радиоуглеродный метод и поэтому не пригоден при работе на олиготрофных водоемах. Этим методом можно пользоваться при анализе кислорода в пробах мезо - и эвтрофных водоемов. Процедурно метод достаточно прост и не требует громоздкого оборудования, что позволяет использовать его в сложных экспедиционных условиях.
Порядок проведения анализа следующий: большую емкость с природной водой тщательно перемешивают и через сифон из нее заполняют 9 склянок с притертыми пробками. Заполняют осторожно без образования пузырьков воздуха.
Четыре светлые склянки экспонируют на свету, (помещая в люминостат с освещенностью, соответствующей фотическому горизонту водоема) в течение 2, 4, 6, 8 часов, соответственно.
Четыре темные склянки экспонируют в темноте в течение 2, 4, 6, 8 часов при той же температуре, что и светлые склянки.
В 9-й склянке сразу после заполнения ее пробой воды фиксируют кислород.
Для этого необходимо осторожно открыть пробку и добавить 1 мл. раствора 40% MnCl2 и 32% NaOH +10% KI. После окончания процедуры добавок склянку закрывают, содержимое склянки перемешивают и склянку помещают в темноту на 1-24 часа для отстаивания осадка. Для растворения отстоявшегося осадка в каждую склянку необходимо добавить 2 мл 20% H2SO4 и тщательно перемешать содержимое до полного растворения осадка. После этого из каждой склянки Моровской пипеткой на 50 мл отбирают две аликвоты и оттитровывают 0.02 N раствором гипосульфита в присутствии 1 мл крахмала. Результаты титрования двух аликвот усредняют.
Так как титр раствора гипосульфита в течение времени изменяется, то необходимо вводить поправку (К). Для этого в отдельную колбу добавляют 2 мл 10% KJ, 3 мл H2SO4 20 мл точно приготовленного раствора 0.02 N K2CrO4. Через2-3 минуты эту смесь оттитровывают раствором гипосульфита в присутствии крахмала в качестве индикатора. Поправку к титру гипосульфита рассчитывают по формуле:
K=20 мл K2CrO4/n мл Na2S2O3
где n - количество (мл) гипосульфита, пошедшее на титрование.
Расчет концентрации кислорода в склянках проводят по формуле:
мг О2/л = n*K*0.08*1000/V
где К - поправка к титру, n - количество гипосульфита, пошедшего на титрование пробы (мл), а V – объем титруемой пробы (50 мл).
Расчеты валовой (Pg) и чистой (Pn), а также деструкции (D) проводят по следующим формулам:
Pg = (Vc -Vt)/ t
Pn= (Vc -Vh)/ t
D = (Vh- Vy)/ t
где Vh - начальная концентрация кислорода в склянке;
Vc - конечная концентрация кислорода в темной склянке после экспозиции;
D – концентрация кислорода в темной склянке после экспозиции.
Время экспозиции при измерении первичной продукции кислородным методом не должно превышать половины светового дня и не должно быть менее двух часов. Ошибка измерения концентрации кислорода этим методом обычно не превышает 0,05 мг/О2 л (Гидробиологический практикум…, 1999).
2. Радиоуглеродный метод определения первичной продукции фитопланктона, его возможности и ограничения в сравнении с кислородным методом
Радиоуглеродный метод основанный на регистрации излучения изотопного углерода 14С, ассимилирпованного в процессе фотосинтеза, почти на два порядка величины чувствительнее кислородного. Метод впервые применен в 1950 г.
Порядок проведения анализа следующий: в пробу воды объемом 100 мл вносится 14С в виде раствора карбоната или гидрокарбоната с известной радиоактивностью. После экспонирования на свету (в течение суток, светового дня или нескольких часов) она фиксируется формалином и отфильтровывается через мембранный фильтр с размером пор от 0,8 до 1,5 мкм. По краю фильтра делается необходимая надпись. Затем с помощью соответствующей аппаратуры определяют радиоактивность планктона, собранного на фильтре, предварительно удалив абсорбированные карбонаты. Для их удаления фильтры в плавающем состоянии помещают на 5 мин в кювету, заполненную 0,5 % - ным раствором HCl, после чего переносят их на фильтровальную бумагу, смоченную дистиллированной водой, чтобы избавиться от избытка кислоты. Скорость фотосинтеза (А, мкг С/л) за время опыта рассчитывается по формуле:
А = (r/R) С,
где С – содержание в воде общей углекислоты (мкг С/л);
r – радиоактивность, накопленная фитопланктоном за экспозицию;
R - радиоактивность, внесенная в пробу.
С увеличением минерализации воды или с уменьшением продуктивности водоема вносят большое количество изотопа. Рабочий раствор рекомендуется освобождать от взвешенных частиц фильтрацией через мембранный фильтр с размером пор 0,2 – 0,4 мкм. Профильтрованный раствор разливают в ампулы по 2 мл, запаивают и стерилизуют в кипящей водяной бане в течение 1 ч и трижды, с суточным интервалом. Радиоактивность рабочего раствора определяют на сцинтилляционном счетчике, используя диоксановую жидкость (например, ЖС-8), совместимую с водной фазой. Погрешность определений первичной продукции с помощью радиоуглеродного метода связана в основном с выделением фитопланктоном растворенного органического вещества (прижизненно или при отмирании клеток), а также с механическим разрушением оболочек клеток и потерей их содержимого в процессе фильтрации проб.
Профильтрованный раствор разливают в ампулы по 2 мл, запаивают и стерилизуют в кипящей водяной бане в течение 1 ч и трижды, с суточным интервалом. Радиоактивность рабочего раствора определяют на сцинтилляционном счетчике, используя диоксановую жидкость (например, ЖС-8), совместимую с водной фазой. Погрешность определений первичной продукции с помощью радиоуглеродного метода связана в основном с выделением фитопланктоном растворенного органического вещества (прижизненно или при отмирании клеток), а также с механическим разрушением оболочек клеток и потерей их содержимого в процессе фильтрации проб.
Имеется ряд объяснений более низких значений скорости фотосинтеза по радиоуглеродному методу по сравнению с кислородным. Некоторая доля ассимилированного 14С минерализуется клетками фитопланктона при их дыхании. При этом за сутки может быть израсходовано от 7 до 20% ассимилированного 14С (Amstrong et al.,1966). Возможны потери и растворимых продуктов фотосинтеза при мембранной фильтрации. Связанный с этим недоучет первичной продукции стандартным изотопным методом закономерно возрастает от эвтрофных к олиготрофным водам. Однако при всех огранических радиоуглеродный метод имеет неоспоримое преимущество перед кислородным, благодаря тому, что улавливает ничтожно малую скорость фотосинтеза и, таким образом, остается единственным, позволяющим определять первичную продукцию планктона в условиях олиготрофных водоемов (Методические вопросы…, 1993).
3. Метод определения биохимического потребления кислорода (БПК)
Порядок проведения анализа следующий: в отобранной воде определяют pH, если его значение отклоняется от крайних величин 6,0-8,5, то воду необходимо нейтрилизовать соответствующим количеством раствора 0,1 N соляной кислоты или щелочи. Затем воду переливают в колбу и доводят до 20°C. Дав выйти пузырькам воздуха, с помощью сифона наполняют 3 склянки с притертыми пробками водой наполовину, споласкивают и потом наполняют до краев; в одну из них прибавляют реактивы Винклера и определяют растворенный кислород. Две другие склянки с испытуемой водой (инкубационные) ставят в кювету термостата горлом вниз на 5 суток, после этого в них определяют оставшийся растворённый кислород и вычисляют среднюю величину. Разность между начальным и конечным определениями, пересчитанная на 1 л, дает величину кислорода, пошедшего на окисление органических веществ в испытуемой воде в течение 5 суток (Алекин и др., 1973).