湖泊水生植物根区磷元素吸收特征的dgt测试分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境科学和地球科学领域，具体设及一种湖泊水生植物根区磯元素吸 收特征的DGT测试分析方法。 技术背景
[0002] 湖泊污染尤其是湖泊的富营养化，是我国水环境研究长期面临的主要问题。湖泊 富营养化往往表现为水生植被衰退甚至消亡，水质恶化。恢复和重建水生植被，特别是恢复 和重建水生植物植被是治理富营养化浅水湖泊的重要措施。但是，水生植物植被修复技术 的基础理论研究相对滞后。水生植物根际沉积物磯迁移和形态转化及其季节性变化的理解 是恢复和重建沉水植被中必须解决的关键科学问题，是富营养化浅水湖泊生态修复中急需 回答的关键问题，同时也是进一步揭示浅水湖泊富营养化发生机理需要研究的内容。根际 是水生植物对沉积物磯迁移和形态转化影响最为活跃的区域，若要从机理上揭示水生植物 对沉积物磯的吸收的迁移和形态转化的影响，必须针对水生植物的根际开展研究。
[0003] 现有技术中，通常是使用化学提取法对±壤或者是沉积物中的磯进行测定，但是 化学提取法是基于化学试剂的反应性而不是元素有效性的真实的响应值。目前，DGT(薄膜 扩散梯度技术）在植物根区测试主要用于±壤中植物根部对金属元素吸收机制的预测和 吸收机理的研究，但对湖泊水生植物所生长的沉积物区域从未进行过DGT测试和W此为基 础的植物根部吸收磯或其它元素的机制的研究。因此，如何根据湖泊营养化特征和水生植 物根部特征，正确进行湖泊沉积物水生植物根区的DGT测试，选择合适的沉积物/植物样品 的预处理和测定方法，并结合DGT/沉积物/植物的磯的测定结果进行根部吸收特征、预测 植物根部吸收和植物的磯含量的DGT指示器功能的研究，是本领域技术人员尚未解决的难 题。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的是现有技术中缺少适用于湖泊营养化特征和水生植物根部特征的 磯元素吸收特征分析方法，进而提供一种湖泊水生植物根区磯元素吸收特征的DGT测试和 分析方法。
[0005] 本发明实现上述目的的技术方案为：
[0006] 一种湖泊水生植物根区磯元素吸收特征的DGT测试分析方法，包括如下步骤：
[0007] (1)在湖泊水生植物的根区选择多个样点，将多个完成驱氧处理的水合氧化铁圆 形DGT分别放入所述多个样点的根区沉积物中并保持至少24小时；
[000引 （2)将多个所述水合氧化铁圆形DGT取出，用去离子水冲洗干净并取出所述水合 氧化铁圆形DGT中的水合氧化铁固定胶；用酸溶液分别对每个所述水合氧化铁固定胶进行 静置洗脱，利用钢铺抗光度法测定每个洗脱液中活性磯的浓度，最后分别根据每个洗脱液 中活性磯的浓度计算得到每个样点的DGT浓度CwT;
[0009] (3)用抓斗式采样器分别取出所述多个样点的湖泊水生植物W及所述湖泊水生植 物根区的沉积物；在每个样点的所述湖泊水生植物根区的沉积物中采集两份沉积物样品， 将其中一份所述沉积物样品在惰性气体条件下进行离屯、处理，收集上清液，采用钢铺抗光 度法测定所述上清液中活性磯的浓度，即得到沉积物间隙水中活性磯的浓度Cwlu;
[0010] 对另一份沉积物样品进行干燥得到沉积物颗粒，先依次使用浓度为Imol/L的 畑典1水溶液、抓试剂溶液、浓度为0. Imol/L的化0H水溶液和浓度为0. 5mol/L的肥1水溶 液作为提取剂在室温条件下对所述沉积物颗粒进行提取，最后再使用浓度为0. Imol/L的 化0H水溶液在85°C的温度条件下对所述沉积物颗粒进行提取，每一次提取平衡后进行离 屯、，由磯钢藍法测定离屯、上清液中的可溶性活性态磯的浓度，从而依次分别得到弱结合态 磯、氧化还原敏感态磯、金属水合氧化物结合态磯、巧结合态磯和惰性有机态磯的浓度；沉 积物的磯贬库Cs为所述弱结合态磯和所述氧化还原敏感态磯的浓度之和；其中所述BD试 剂溶液为Na肥〇3和化2S2O4的混合水溶液，所述Na肥0 3和化2S2O4的浓度均为0. 1 Imol/L ;
[0011] (4)对每个样点的所述湖泊水生植物根区的沉积物的颗粒物密度和颗粒物空隙率 进行测定，利用所述颗粒物空隙率计算得到沉积物间隙水的扩散系数；
[0012] (5)将固液分配系数和响应时间W及所述沉积物的颗粒物密度、扩散层的扩散系 数、扩散层的厚度、所述沉积物间隙水的扩散系数、所述水合氧化铁圆形DGT中扩散胶的 空隙率、所述沉积物的颗粒物空隙率、所述沉积物间隙水的初始浓度输入DIFS软件中，计 算得出Rdiff值，其中所述固液分配系数的值设定为i(rWcmYi，所述响应时间的值设定为 l〇i°s ;然后分别利用下述公式计算得到所述多个样点的磯的有效浓度
[001 引 Ce - C DGl/^diff!
[0014] 做分别测定每个样点的所述湖泊水生植物的根、茎、叶中磯的浓度；
[0015] (7)将多个所述样点的DGT浓度CwT、所述沉积物的弱结合态磯浓度、氧化还原敏 感态磯浓度、金属水合氧化物结合态磯浓度、巧结合态磯浓度和惰性有机态磯浓度、沉积物 的磯贬库Cs、磯的有效浓度Q、沉积物间隙水中活性磯的浓度(；。1。分别与所述多个样点的 湖泊水生植物的根、茎、叶中磯的浓度进行数理统计，获得水生植物根区的磯吸收特征。
[0016] 步骤（1)中所述湖泊水生植物为巧草。
[0017] 所述湖泊水生植物所在的区域的水深为1. 2-1. 5m ;所述湖泊水生植物的地上部 分的高度为40-50cm。
[0018] 每个所述样点至少生长有=株所述湖泊水生植物，=株所述湖泊水生植物的根系 交缠在一起。
[0019] 对所述水合氧化铁圆形DGT进行驱氧处理的方法为：将所述水合氧化铁圆形DGT 放入装有0. 01M优级纯化C1溶液的塑料容器中，通入高纯氮气并保持18小时。
[0020] 步骤（2)中，采用0. 25M的硫酸对所述水合氧化铁固定胶进行静置洗脱；所述静置 洗脱的时间为24小时。
[0021] 步骤（4)中所述颗粒物密度和颗粒物空隙率的测定方法为：取重量为W。的所述柱 样的沉积物，在105°C下烘干后，再次称重的重量为Wi，然后按下式计算所述颗粒物密度P。 和颗粒物空隙率巫S ;
[002引 pc= Wi/(W0-Wi)/p")
[002引 0s二（W(P c+dp)
[0024] 其中，Pw是水的密度；dp为2. 65g/cm3。
[002引步骤做中分别测定每个点样的所述湖泊水生植物的根、茎、叶中磯的浓度的方 法为：
[0026] (a)使用去离子水对所述湖泊水生植物进行清洗，并分别采集每个样点的所述湖 泊水生植物的根、茎和叶的样品；
[0027] 化）将所述根、茎和叶的样品干燥至恒重，并分别称取所述根、茎和叶的样品干 重；
[002引 （C)分别将所述根、茎和叶的样品放置于微波消解器中，加入硝酸溶液进行消解； 消解完毕后，利用钢藍法测定出消解液中的磯含量，即可分别计算得到单位质量的所述根、 茎和叶对应的磯的含量。
[0029] 步骤（7)中进行数理统计的方法为线性回归法。
[0030] 本发明中所述的DIFS软件是指沉积物DGT诱导扩散通量软件。
[0031] 本发明所述的湖泊水生植物根区磯元素吸收特征的分析方法，其原理主要是基于 DGT分析方法和参数、沉积物间隙水/沉积物固相的分析方法和植物样品的分析方法，针对 现场水生植物-水-沉积物体系进行的上述内容的测定，获得一系列表示固液相分配、平衡 浓度、沉积物贬库容量和DGT参数（CD6T、Rdiff和C。)，根据W上参数进行数理统计W及植物吸 收参数的运算，进行植物吸收机制和特征的预测和评价。DGT像植物根部一样进行沉积物中 元素的吸收，DGT技术在沉积物中的测试局部降低了沉积物间隙水中的元素浓度，并且响应 于溶液和固相贬库的再补给作用。DGT在沉积物中所测试的通量可W得出有效浓度Q。DGT 表面平均浓度Cdiff与沉积物间隙水中活性磯的浓度C wiu的比值可W表示为：
[003引 Rdiff 二 C diff/Csoiu
[0033] 其中，在"仅仅是扩散"的DGT测试条件下，Cdiff是该种情况下的DGT浓度，C 是 常规法测定的根区沉积物间隙水中活性磯浓度斯iff是该种情况下的再补给参数。Riiff由设 备的尺寸、操作时间和沉积物理化性质所决定