Quantitative clarification on the cycle of phosphate in the hydrosphere by using the triple oxygen isotopes of phosphate as a tracer

以磷酸盐三氧同位素为示踪剂定量阐明水圈中磷酸盐的循环

• 批准号: 22K20381
• 负责人: 三歩一 孝
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20381/
• 关键词: 溶存無機態リン酸; 三酸素同位体組成; 現場濃縮; 水酸化アルミニウム; カラム吸着; 河川; 栄養塩循環; 水環境

水環境中におけるリン酸（PO43-）循環の理解は、環境変化の現状診断や将来予測を実現する上で重要である。リン酸の負荷源推定の指標として、リン酸の三酸素同位体組成（D'17O）が新たな指標として有用であることがSambuichi et al. (2023)で報告されている。本研究では、滋賀県野洲川を研究対象としてリン酸のD'17Oを分析し、水環境におけるリン酸循環の定量的な理解を深めることを目的とする。明確な人為汚染のない一般的な河川のリン酸濃度は、1umol/L前後かそれ以下と低濃度であるため、D'17O分析に必要な量のリン酸を確保するためには100L以上の河川水を採水する必要がある。実際には、そのような大容量の水試料を現場から持ち帰るのは負荷が大きく困難であるため、リン酸を現場で濃縮し減容することが求められる。そのため、現場リン酸濃縮法の開発のために水酸化アルミニウムを吸着担体としたリン酸吸着実験を行った。具体的には、直径4mm程度の粒状水酸化アルミニウム（Alビーズ）を直径7cm高さ23cmのカラムに充填し、リン酸溶液を通水しリン酸吸着量を見積もった。その結果、リン酸二水素カリウムを超純水に溶解して調製した10umol/Lのリン酸溶液を約0.6L/minの流量でAlビーズカラムに通水すると、通水したリン酸の約20％がAlビーズに吸着することが明らかになった。その後、リン酸が吸着したAlビーズを80度に加熱した5mmol/Lの水酸化ナトリウム溶液に5分間浸漬することで吸着したリン酸の約50%を抽出できることがわかった。また、Alビーズへの吸着前後でD'17Oが変化しないことから、D'17O分析を目的としたサンプリングに適した濃縮手法であることが明らかになった。

了解水环境中磷酸盐（PO43-）的循环对于进行当前的诊断和对环境变化的未来预测很重要。 Sambuichi等。 （2023）报道说，磷酸盐（D'17O）的三氧同位素组成可作为新指标，可作为估计磷酸盐载荷来源的指标。这项研究旨在分析shiga县Yasu河中的磷酸17O，作为研究对象，并加深我们对水环境中磷酸盐循环的定量理解。由于没有明显人造污染的一般河流中磷酸盐的浓度较低，约1 Umol/L或以下，因此需要超过100 L的河水来收集水，以确保D'17O分析所需的磷酸盐量。实际上，很难从现场带来如此大量的水样将其从现场携带，因此有必要将其集中并减少现场中的磷酸体积。因此，为了开发一种原位磷酸盐浓度方法，使用氢氧化铝作为吸附载体进行了磷酸吸附实验。具体而言，将直径约为4 mm的颗粒铝（Al珠）（Al珠）填充到直径为7 cm和23 cm高度的圆柱中，并通过磷酸溶液通过水以估计磷酸的吸附量。结果，揭示了通过将二氢钾磷酸钾在超纯水中溶解的10 umol/l磷酸溶液以约0.6 L/min的流速穿过Al珠柱时，大约20％的水磷酸磷在Al Al Beads上吸附。然后发现，可以通过将磷酸浸入5 mmol/l氢氧化钠溶液中，加热至80°C 5分钟，可以提取约50％的吸附磷酸。此外，由于D'17O在吸附在Al珠上之前和之后没有变化，因此已经发现这是一种适合于D'17O分析目的采样的富集方法。