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初级生产率的测定
烦人
吉林化工学院设计性实验报告
题目:
初级生产率的测定
教学院:
资源与环境工程学院
班级:
安全工程1201班
姓名:
王品品
学号:
指导教师:
刘辉
实验日期:
2014年9月21日
初级生产率的测定
王品品指导教师:
刘辉
(吉林化工学院资源与环境工程学院,吉林吉林)
摘要:
初级生产量是指单位时间和单位面积上的绿色植物通过光合作用所制造的有机物质或所固定的能量,水体中各种浮游植物都在光合作用过程中吸收二氧化碳,释放氧气,浮游植物的种类不同。
因此可通过测定水中溶解氧的变化,间接计算水体的生产力。
所有消费者和分解者都直接或间接依赖初级生产量为主,从这个意义上讲,没有初级生产量就没有消费者和分解者,也就不会有生态系统。
在初级生产量中,有一部分是被植物的呼吸(R)消耗掉了,剩下的才用于植物的生长和繁殖,这就是净初级生产量(NP),而把包括呼吸消耗在内的全部生产量称为总初级生产量(GP)。
关键词:
黑白瓶;初级生产量;浮游植物。
Abstract:
primaryproduction(primaryproduction)referstotheunittimeandperunitareaismadebygreenplantsbyphotosynthesisorfixedbytheenergyoforganicmatter,ofallkindsofphytoplanktoninwaterareintheprocessofphotosynthesistoabsorbcarbondioxideandreleaseoxygen,differentkindsofphytoplankton.Soaccordingtothevariationofdissolvedoxygeninwater,indirectcalculatingtheproductivityofwaterbodies.Allconsumersanddisintegratordirectlyorindirectlydependentonprimaryproductionisgivenpriorityto,inthissense,thereisnoprimaryproduction,thereisnoconsumeranddisintegrator,alsotherewillbenoecologicalsystem.Inprimaryproduction,apartoftheisusedupbytheplantrespiration(R),therestisonlyusedforplantgrowthandreproduction,thisisthenetprimaryproduction(NP),andalltheproduction,includingrespirationconsumption,knownasthegrossprimaryproduction(GP).
Keywords:
blackandwhitebottlesof;primaryproduction;phytoplankton.
前言:
绿色植物的生物量生产是地球上生命赖以存在的能量基础,而且为大部分各种类型的食物链提供了最基本的输入。
(由于猎人和采集者也象其它动物种一样要依赖于光合作用的产物,故其密度非常小;随着人类文明的进步,人类对生物量的利用急剧增加。
用黑白瓶测氧法测定浮游植物初级生产量是水生生态系统研究常用的方法之一。
在有些场合往往要用几次的测定结果来估计全年浮游植物的初级产量,反映了湖内浮游植物固定和转换光合产物的能力。
本次试验主要采用校园内湖水,通过实验和测量计算反应浮游植物的初级生产量。
本实验测定初级生产率的方法采用黑白瓶测氧法。
1.材料方法
1.1试剂与材料
(1)仪器:
溶解氧瓶(250ml),锥形瓶(250ml),酸式滴定管(25ml)移液管(50m1),吸球,恒温培养箱(20℃
1℃),20L细口瓶,250ml具塞碘量瓶。
(2)药品:
硫酸锰溶液,碱性碘化钾溶液,浓硫酸,淀粉溶液(1%),硫代硫酸钠溶液(0.025mol/L)。
(3)水样采集:
蒸馏水,湖水(取自吉林化工学院内湖内的水),生活污水(取自学校内的生活用水)。
(4)试剂:
无水碳酸钠(Na2CO3);
碱性碘化钾(KI)溶液:
取500g分析纯氢氧化钠溶解于300—400ml蒸馏水中(如氢氧化钠溶液表面吸收二氧化碳生成了碳酸钠,此时如有沉淀生成,可过滤除去)。
另取得气150g碘化钾溶解于200ml蒸馏水中。
将上述两种溶液合并,加蒸馏水稀释至1L;
硫酸(H2SO4,ρ1.84g/mL);
硫酸c(H2SO4)=3mol/L);
硫酸锰溶液:
溶解480g分析纯硫酸锰(MnS04·H20)溶于蒸馏水中,过滤后稀释成1L;
重铬酸钾标准溶液[c(61K2Cr2O7)=0.01mol/L]:
称取0.4903g预先在150℃烘干2h的重铬酸钾(K2Cr2O7,光谱纯),溶于蒸馏水中,移入1000mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀;
硫代硫酸钠标准滴定溶液:
[c(Na2S2O3·5H2O)=0.01mol/L]:
称取2.48g硫代硫酸钠(Na2S2O3·5H2O,优级纯),溶于煮沸并冷却的蒸馏水中,加入0.2g无水碳酸钠(Na2CO3),待全部溶解后,用蒸馏水稀释至1000mL,摇匀。
贮于棕色瓶中,准确浓度用重铬酸钾标准溶液标定。
2.实验方法
2.1实验原理
将几只注满水的样的白瓶和黑瓶悬挂在采水深度处,曝光24小时,黑瓶中的浮游植物由于得不到光照只能进行呼吸作用,因此黑瓶中的溶氧量就会减少。
而白瓶完全暴露在光下,瓶中的浮游植物可进行光合作用,因此白瓶中的溶解氧量一般会增加。
所以,通过黑白瓶间溶解氧量的变化,就可估算出水体的生产力。
测定水中溶解氧的方法有碘量法或氧电极法。
清洁水可用碘量法:
受污染的地面水和工业废水必须用修正的碘量法或氧电极法。
水样中加入硫酸锰和碱性碘化钾,在溶解氧的作用下,生成氧化锰沉淀,此时氧化锰性质极不稳定,继续氧化生成锰酸(棕色沉淀)。
溶解氧越多,沉淀颜色越深。
加酸后使已经化合的溶解氧(以
的形式存在)与溶液中所存在的碘化钾起氧化反应而释放出碘。
以淀粉为指示剂,用硫代酸钠标准溶液滴定可以计算出水样中溶氧量的含量。
2.2水样的稀释
(1)除了溶解氧接近饱和的洁净天然水无需稀释,可直接取样培养测定外,对于受污染的水样则需根据其有机物的含量进行适当的稀释。
通常,对污染程度不了解的水样需要做三个或三个以上不同稀释倍数的培养测定,大致的参考稀释倍数可以从化学需氧量来求得。
具体是将高锰酸钾法测得的化学需氧量的mg/L除以4,所得的商即可作为此水样的参考稀释倍数。
例如,高锰酸钾法测得的化学需氧量(COD)为10mg/L,除以4,得商为2.5,此值即为此水样的参考稀释倍数。
即:
取1份体积的水样,加1.5份体积的稀释水,使总体积为原来的2.5倍。
然后,在这参考值的左右范围选定三个不同的稀释比。
(2)根据选定的水样稀释比,用虹吸法将所需体积的水样沿壁引入1000mL量筒中,再用虹吸法引入稀释水至1000mL,用一根特制的搅拌棒(一根粗玻璃棒,底端套上一块比量筒口径略小的带孔薄橡皮圆片)在液面以下缓慢上下搅匀。
然后,用虹吸法将此试液分别引入二个溶解氧瓶(或具磨口塞的细口试剂瓶)至满溢,立即盖紧瓶塞。
此时要注意瓶内不应留有气泡。
(3)用上述同样方法,制备另外二不同稀释比的试样。
(4)每个不同稀释比的试样中各取一瓶加入溶解氧固定剂后测定当天的溶解氧:
另各取一瓶放入培养箱内,在20℃±1℃培养5昼夜。
在培养过程中须注意每天在溶解氧瓶的封口上加封口水(如用具磨口塞的细口试剂瓶,则应将瓶口倒转向下浸没在蒸馏水中,使瓶口与空气隔绝)
(5)另取纯稀释水二瓶,一瓶测定当天的溶解氧,另一瓶随同试样一起,放在20℃±1℃的培养箱内培养5昼夜。
(6)培养5昼夜后,取出试样,测定剩余的溶解氧
(7)溶解氧的测定
水样的固定
打开水样瓶,加入1.0mL氯化锰溶液和1.0mL碱性碘化钾溶液(若水样中已加有这二种溶解氧固定剂则可以不用再加),塞紧瓶塞(瓶内不准有气泡),按住瓶盖将瓶上下颠倒不少于20次。
样品固定后约1h或沉淀完全后,小心启开瓶塞。
立即用移液管插入液面下加入1.5mL硫酸(ρ1.84g/mL)。
迅速盖紧瓶塞,摇动水样,使沉淀完全溶解,摇匀。
吸取100mL试液于250mL三角瓶中,用硫代硫酸钠标准溶液滴定至试液呈浅黄色后,加入1mL淀粉溶液(5g/L)。
此时试液应呈蓝色,继续用硫代硫酸钠标准溶液滴定至试液蓝色刚消失。
记录硫代硫酸钠标准溶液的用量。
2.3标定
取三份20.0mL重铬酸钾标准溶液[c(61K2Cr2O7)=0.010mol/L]分别置于三个250mL具塞三角瓶中,加50mL蒸馏水,加5mL硫酸(3mol/L),加入1g碘化钾。
于暗处放置5min。
用硫代硫酸钠标准溶液滴定至浅黄色,加入1mL淀粉溶液(5g/L)继续滴定于蓝色消失(终点显示三价铬离子的绿色)
按下式计算硫代硫酸钠标准溶液的浓度:
式
(1)中:
——硫代硫酸钠标准溶液的浓度。
mol/L;
——重铬酸钾标准溶液的浓度,mol/L;
——吸取重铬酸钾标准溶液的体积,mL;
——滴定重铬酸钾消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积,mL。
淀粉溶液(5g/L):
称取0.5g可溶性淀粉于烧杯中,加数滴蒸馏水将淀粉调成糊状,然后加入100mL沸水,搅拌使粉溶解。
现用现配
稀释水:
在1000mL蒸馏水(其溶解氧达饱和)中加入氯化钙溶液,三氯化铁溶液、硫酸镁溶液、磷酸盐缓冲溶液各1mL,摇匀。
于250ml锥形瓶中,加入1g碘化钾及50ml水,加入10.00ml重铬酸钾标准溶液,5ml3mol.L
硫酸溶液,静止5min。
用硫代硫酸钠标准溶液滴定,待溶液变成浅黄色,加入1ml淀粉溶液,继续滴定至蓝色刚好褪去时,记录其用量,其浓度计算如下:
式中:
----硫代硫酸钠标准溶液的浓度,mol.L
;
----重铬酸钾标准溶液的浓度,mol.L
;
----滴定时消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积,ml;
----重铬酸钾标准溶液的体积,ml。
2.5实验环境
可在任何季节进行。
为避免因风浪,气候对测试结果的影响和实验器材损坏,益选择晴天,弱风条件下进行。
2.6结果计算
(1)溶氧量(DO)的计算:
式中:
C----硫代硫酸钠标准使用溶液的浓度,mol.L
;
V----消耗的硫代硫酸钠标准使用溶液的体积,mL;
8----氧(1/2O)的摩尔质量,g.mol;
100----所取水样的体积,ml。
3.数据处理
溶解氧(DO)的计算
式中:
C——硫代硫酸钠标准使用溶液的浓度,mol.L
;
V——消耗的硫代硫酸钠标准使用溶液的体积,mL;
8——氧(1/2O)的摩尔质量,g.moL
;
100——所取水样的体积,mL。
原始数据如下表:
分组
始(ml)
末(ml)
消耗的硫代硫酸钠标准溶液(ml)
空白组
33.7
39.3
5.6
明处
19.4
26.4
7
暗处
26.4
35.1
8.7
空白组数据处理:
暗组数据处理:
明组数据处理:
数据处理后如下表:
分组
消耗的硫代硫酸钠标准溶液(ml)
溶解氧(mg.L
)
空白组
5.6
4.48
明处
7.0
5.6
暗处
8.7
6.96
4.结果与讨论
由数据可以看出,空白组,名组和暗组三组的消耗的硫代硫酸钠溶液也不相同,空白组消耗的硫代硫酸钠溶液最少,放在明处的分组比放在暗处的分组消耗的硫代硫酸钠溶液少。
数据经过计算得出同样规律的得数,空白组,名组,暗组的溶解氧依次递减,消耗的硫代硫酸钠溶液越多,计算得出的溶解氧越多。
氧是大气组成的主要成分之一,地面水敞露于空气中,因而清洁的地面水中所含的溶解氧常接近于饱和状态。
在水中有大量藻类繁殖时,由于植物的光合作用而方出氧,有时甚至可以含有饱和的溶解氧。
如果水体被易于氧化的有机物污染,那么,水中所含溶解氧就会减少。
当氧化作用进行的太快,而水体又不能从空气中吸收氧气来补充氧的消耗,溶解氧不断减少,有时甚至会接近于零。
在这种情况下,厌氧细菌繁殖并活跃起来,有机物发生腐败作用,水体产生臭味。
因此,溶解氧的测定对于了解水体的自净作用,有极其重要的关系。
在一条流动的河水中,取不同地段的水样来测定溶解氧。
可以帮助了解该水体在不同地点所进行的自净作用情况。
参考文献
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华东师范大学出版社,2006
[2]麦聂茜环境监测与分析实践教程[J]化学工业出版社.2003108-111
[3]李绪谦环境水化学[M]吉林科学技术出版社2001
[4]叶常明王春霞21世纪环境化学[M]北京科学出版社2004
[5]王英健王永红环境监测[M]化学共工业出版社2004141-144
[6]黄一石,乔子荣.定量化学分析[M].北京:
化学工业出版社,2008
[7]任凤莲,周平,吴南.水中溶解氧的测定[J].广州化学,2002
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