بورصة القاعية من O 2، N 2 والمغذيات الذائبة عن طريق الأساسية حضانات الصغيرة

Summary

هنا ، نقدم حضانات أساسية صغيرة لقياس غاز الرواسب والماء وتبادل المذابة. وستوفر هذه القياسات قياسات موثوقة لتبادل الرواسب والمياه التي تقيم دور الرواسب في التأثير على العمليات البيولوجية والجيوكيميائية الحيوية في النظم الإيكولوجية المائية.

Abstract

يوفر قياس تبادل الرواسب والمياه للغازات والمواد المذابة في الرواسب المائية بيانات قيمة لفهم دور الرواسب في دورات المغذيات والغازات. بعد جمع النوى ذات الواجهات السليمة للرواسب والمياه ، يتم غمرها في خزانات الحضانة والاحتفاظ بها في ظروف هوائية في درجات حرارة في الموقع. لبدء مسار زمني لكيمياء المياه المغطى ، يتم إغلاق النوى بدون فقاعات باستخدام غطاء علوي مع محرك معلق. تستخدم الدورات الزمنية المكونة من 4-7 نقاط عينة لتحديد معدل تبادل مياه الرواسب. تحاكي الإضاءة الاصطناعية ظروف النهار للرواسب الضوئية الضحلة ، ويمكن أن توفر بالتزامن مع الحضانات المظلمة تبادلات صافية على أساس يومي. أصبح القياس الصافي ل N₂ ممكنا عن طريق أخذ عينات من مسار زمني لتركيزات الغاز المذاب ، مع تحليل طيفي الكتلة عالي الدقة لنسب N₂: Ar يوفر وسيلة لقياس تركيزات N₂. لقد نجحنا في تطبيق هذا النهج على البحيرات والخزانات ومصبات الأنهار والأراضي الرطبة وبرك مياه الأمطار ، وبعناية ، يوفر هذا النهج معلومات قيمة عن التوازنات البيوجيوكيميائية في النظم البيئية المائية.

Introduction

الرواسب هي مكونات البيولوجية الكيميائية الحيوية للنظم الإيكولوجية المائية وغالبا ما تكون بالوعات هامة من المواد الغذائية والملوثات. وكشفت دراسات رائدة من المواد الغذائية والغاز والتحول البيوجيوكيميائية المعادن في رواسب البحيرات صرف الرواسب من المواد المذابة والغازات مع الماء المغطي التي ظروف الأكسدة ^1،2 متفاوتة. للعناصر الغذائية، يمكن أن الرواسب تكون مصدرا من الفوسفور والنيتروجين الثابت بعد إعادة التمعدن من المواد العضوية، وحوض للأوكسجين في بيئات غير التمثيل الضوئي، ^3،4. التمثيل الضوئي من النباتات ذات الأوراق الكبيرة المغمورة، الطحالب الكبيرة والطحالب القاعية يمكن أن يكون لها تأثيرات عميقة على تبادل المواد الذائبة في جميع أنحاء الكوامن والمياه ^5،6.

وتجرى قياسات تبادل المواد المذابة والغازات عبر الكوامن والمياه تسمح لكل العلوم الأساسية وأغراض العلوم التطبيقية، بما في ذلك معايرة الهندسية والعلمية واتإيه نماذج نوعية ^7،8. والهدف من هذه الطرق، إلى أقصى حد ممكن، هو توفير أسعار صرف المياه الرواسب موثوقة ودقيقة. وقد استخدمت مجموعة متنوعة من النهج لتقييم التبادل الكيميائي في الكوامن والمياه. تراكم المياه السفلي من الغازات والمواد المذابة في النظم الطبقية يمكن أن تكون مفيدة ^9، ولكن غير صالح لصرف المياه الرواسب فوق thermoclines أو pycnoclines. يتطلب ايدي ارتباط قياسات عالية التردد من الغازات، عموما الأكسجين، جنبا إلى جنب مع قياس الترددات العالية للسرعات المياه الرأسية. هذا الأسلوب له وعودا هائلة لكن في الوقت الراهن لا يمكن توفير بيانات لتبادل الدراسات المغذيات. وفي القباب الموقع أو غرف هي الأسلوب المفضل للغاية، مع الاستفادة من تغطية مساحة أكبر من الرواسب والحفاظ على درجات حرارة الموقع، والضغوط في المياه العميقة ومستويات الضوء ^10. في الممارسة العملية، وهذه هي قياسات مكلفة للغاية تتطلب الوقت واسعة النطاقعلى متن سفن بحثية أكبر. معظم التطبيقات هي أعمق المناطق الساحلية أو رواسب المحيطات. تقنيات الحضانة الأساسية باستخدام التدفق من خلال الدوائر التي تصل إلى حالة مستقرة ممتازة للحفاظ على ثابت نسبيا كيمياء المياه تغمر، بما في ذلك الأكسجين، خلال حضانات ^11. لأنه يتم تحديد معدل في حالة مستقرة بسبب الخلافات بين تركيز دفق والماء المتدفق، وأسعار صرف المياه، ويمكن لهذه حضانات تأخذ قدرا كبيرا من الوقت.

وقد تم تكييف النهج الحضانة الأساسية الوقت طبعا المستخدمة من قبل المختبر لدينا من الأساليب المستخدمة من قبل عدد من المختبرات المختلفة في أمريكا الشمالية وأوروبا، وهناك قدر كبير من الأدب على أساس هذا النهج العام. نحن تكييف هذا النهج لقياس N ₂ -N الطلاءات ^12، وغالبا ما يشار إلى نزع النتروجين، وطبقت على بيئات الضوئي والرواسب غير الضوئي، بما في ذلك estuarieالصورة ^13، البحيرات، الخزانات، والأراضي الرطبة ^14. من خلال هذه الدراسات وجدنا العديد من البيئات التي لدينا نهج شامل يعمل بشكل جيد، وبعض التي لا. وقد تم تنفيذ قياس نزع النتروجين في العديد من مختلف البيئات الأرضية والمائية لأن هذه العملية تمثل خسارة رئيسية من النيتروجين إلى النظم الإيكولوجية. وقد استخدمت طرقا عدة لإجراء قياسات نزع النتروجين، بعض مباشرة وغير مباشرة بعض ^15. قياسات تدفق N ₂ المباشرة هي صعبة للغاية بسبب محتوى الجوي المرتفع N _2، وتركيزات عالية لاحقة المذاب في الماء ^16. ظهرت نهجين على أنها من أفضل تمثيل معدلات المتعلقة بالبيئة: النظائر الاقتران باستخدام N نظائر ⁽¹⁷⁾ وN _2: نسبة هارون المستخدمة في المختبر لدينا. وقد تم استخدام أسلوب النظائر الاقتران بنجاح في العديد من البيئات، ولها حساسية عالية جدا بأسعار منخفضة. نحن توظيف N_2: AR نهج النسبة بسبب بساطته، ولأنها حساسة بما فيه الكفاية في بيئات أثرت علينا في كثير من الأحيان دراسة.

في هذه الورقة، ونحن تصف النهج التقني التي استخدمناها خلال العقدين الماضيين لجعل قياس تبادل المياه الرواسب من الغازات والمواد المذابة. أي قياسات صرف المياه الرواسب تحتاج إلى أن تأخذ في الاعتبار الظروف الميدانية وعدد من المعلمات التجريبية. وتشمل هذه العوامل في درجة الحرارة، وعلى ضوء / الظروف المظلمة ^18، خلط / تدفق المادي في الكوامن والمياه ^19، وحلت تركيزات الأكسجين ^20، وغيرها من العوامل التي هي العناصر الرئيسية لإجراء قياسات جيدة. على سبيل المثال، إذا تم جمع النوى من المناطق التي تتلقى إضاءة كافية لنمو الطحالب القاعية، فمن الضروري وضع التجارب التي تشمل كلا من الظروف المظلمة والضوء ^21. وبالمثل، إضافة الماء المغطي المؤكسج إلى نقص الأكسجين النوىلا تكرار الظروف الميدانية. الضميمة التجريبية من أي جزء من النظم الإيكولوجية المائية قد يؤدي إلى القطع الأثرية التي لا يمكن تجنبها ^22؛ فمن الأهمية بمكان أن الأساليب المستخدمة في مياه الرواسب برنامج قياس الصرف 1) تعترف العوامل المتحكمة صرف المياه الرواسب في كل النظم الإيكولوجية و2) تقليل الأعمال الفنية المستمدة من التلاعب التجريبية.

Protocol

ملاحظة: جمع النوى مع واجهات المياه الرواسب دون عائق أساسي لإجراء القياسات التجريبية جيدة الصرف. ومن المرجح أن تبادل المواد المذابة في مياه المسام بالماء المغطي النوى عالية بالانزعاج ولقد عززت امتصاص الأكسجين عن طريق أكسدة الحديد (II) وخفض مركبات الكبريت. في هذه الورقة، ونحن نؤكد إجراءات الحضانة الرواسب من الرواسب فقط مع إدراج سريع للتقنيات أخذ العينات الرواسب والتحاليل الكيميائية من المواد المذابة والغازات. قبل أخذ العينات، أو بناء على النتائج الأولية، وتحديد درجة من النسخ المتماثل الاحتياجات الإجمالية للمشروع، التصميم الإحصائي أو المبلغ المتوقع من التباين المكاني على نطاق صغير. النوى مكررة هي الحد الأدنى المستخدمة من قبل العديد من الدراسات ويثلث مفيدة للسماح لتحليل أفضل الإحصائي.

1. الرواسب جمع ومعالجة

ملاحظة: ويتم جمع الرواسب للتجارب الصرف خارج باستخدام 1) الإدراج اليدوي من النوى باليودنانوغرام الغواصين أو في المياه الضحلة أو الأراضي الرطبة، من خلال الخوض، 2) قطب الحفارات باستخدام قطب الألومنيوم مع صمام مغلقة يدويا للاحتفاظ الرواسب، أو 3) الحفر مربع.

1. في كل موقع، تسجيل موقع موقع باستخدام نظام تحديد المواقع، تحديد الأكسجين أسفل الماء، ودرجة الحرارة، والملوحة باستخدام مسبار نوعية المياه، وتحديد الإشعاع النشط الضوئي (PAR) على السطح والقاع باستخدام PAR الاستشعار / متر.
   1. خفض نوعية المياه مسبار إلى ~ 1 متر فوق الرواسب وتسجيل خصائص المياه أسفل (عمق ودرجة الحرارة والأوكسجين المذاب، ودرجة الحرارة والملوحة / الموصلية).
   2. خفض جهاز استشعار PAR مع التحقيق تحت الماء إلى الكوامن والمياه باستخدام إطار خفض. مقارنة قراءات PAR بالقرب من سطح الرواسب إلى قراءات قدم المساواة دون واجهة بين الهواء والماء فورا لتقدير التوهين خفيف في ظل ظروف الإضاءة المحيطة.
   3. نشر أخذ العينات الجوفية مربع على جانب القارب / السفينة، خفض ببطء للحد من الاضطراباتعلى اختراق الرواسب. دراسة مربع الأساسية لاضطراب مرئية أو إعادة تعليق المفرط.
      1. لأخذ العينات الجوفية مربع، إدراج أنابيب الأساسية في الرواسب، واستخدام سدادة بوتيل لتغطية الجزء العلوي من جوهر. للتجارب التدفق، في حين أن التوازن المثالي الرواسب / المياه داخل نواة هو 15 سم من الماء و 15 سم من الرواسب، في الخشنة أو الرواسب المتراصة للغاية جمع أقل عمق الرواسب هو نتيجة مقبولة. وإذا كانت معدلات نضوب الأكسجين مفرطة، تغيير التوازن نحو مزيد من ارتفاع عمود الماء.
      2. عادة ما تستخدم 6.35 سم النوى قطر الداخلية للدراسات المياه العميقة والرواسب مع الطحالب القاعية أو قطعان الحيوانات كبير، استخدم 10 النوى سم الهوية. الحد الرئيسي لحجم الأساسية هي القدرة على سقف الجزء السفلي من القلب.
      3. سقف أسفل مع لوحة أسفل الاكريليك لديها جزءا لا يتجزأ يا الدائري. كرر هذه العملية حتى يتم جمع مكررات كافية. مع أخذ العينات الجوفية القطب، المركز الأول على لوحة اكريليك أسفل في لى الأساسيةنير، وإزالة النواة من أخذ العينات الجوفية، وإضافة سدادة.
2. مكان النوى في برودة الماء معزول العالية التي غمرت بمياه المحيط من الموقع؛ هذا يساعد في الحفاظ على درجات الحرارة في الموقع. تأكد من أن برودة لا تزال في وضع مستقيم. تجاهل النوى أن نشعر بالانزعاج أثناء النقل.
3. ضخ المياه أسفل اتخذت بالقرب من سطح الرواسب إلى 20 قوارير L لاستخدامها في التجارب. استخدام مضخة الحجاب الحاجز مع 10-20 L / القدرة مين أو مضخة تحوي سرعة عالية.
   1. في المياه الضحلة غير التراتبي، وملء الدامجانة زجاجة من "التغميس" في الماء. ترشيح مياه القاع باستخدام قدرة عالية المضمنة فلتر خرطوشة قد تكون مفيدة في مواقع ذات معدلات عالية من عمود الماء امتصاص الأوكسجين أو الضوئي (في ضوء)، والتقليل من التصحيح من عمود الماء فقط النوى السيطرة.
4. نقل النوى في أسرع وقت ممكن إلى مرفق الحضانة. في حالة النقل الموسعة، آيريمكن النوى obic أصبح محتدما عوز الأكسجين ومصطنعة أو تداول ضرورية.

2. الإعداد الأولي

1. في مركز الحضانة، والنوى مكان في الحوض والحضانة إما في غرفة البيئية مع التحكم في درجة الحرارة، أو في حاضنة المسورة مزدوجة مع التحكم في درجة الحرارة عن طريق دائري التدفئة / التبريد. ضبط درجة الحرارة إلى درجات حرارة المياه أسفل تقاس 1.1.1.
2. إضافة الماء السفلي إلى الحاضنة، غمر تماما قلوب الرسوبيات. أيضا إضافة الماء إلى 5 قوارير L مع صنابير التي سيتم استخدامها للاستغناء المياه الاستبدال.
3. إضافة الأساسية للماء فقط (بدون الرواسب) إلى الحاضنة. استخدام الفراغات عمود الماء مهم في معظم البيئات للتعويض عن أي عمليات عمود الماء التي تؤثر الغازات والمواد المذابة. لقياس نزع النتروجين، ويمكن لهذه الفراغات تعكس ليس فقط عمليات عمود الماء ولكن تبادل الغازات مع الجدران الاكريليك من جوهر.
4. النوى فقاعة ثالهواء إيث مدة لا تقل عن 2 ساعة لضمان التوازن الحراري والأوكسجين من الماء كامل الفوقية. ويمكن الاحتفاظ بها ليلة وضحاها وبدأ دوام في صباح اليوم التالي. لم يتم تقييمها فترات أطول مرحلة ما قبل الحضانة للفعالية.
   1. للتهوية، استخدم صغيرة "T" الفوار تتكون من ½ "الأنابيب البلاستيكية مع ثلاثي مقرنة، وقال 'أنبوب 1/8 المدرج، على الجزء السفلي من نتائج تي في entrainment الفكرة من الماء إلى أعلى خلال السطح ولا يضمن الأوكسجين فقط، ولكن تداول المياه في النواة مع الماء في حوض الحضانة.

3. إجراءات الحضانة المياه الرواسب

1. بعد التحقق من درجة الحرارة للتأكد من أنه يتماشى مع الظروف الميدانية، ونعلق قمم الغزل إلى قمم النوى. في هذه المرحلة، وختم الأساسية من مياه الصهاريج. ترك صمام أخذ العينات على جوهر مفتوحة خلال هذه العملية. اكتساح يدويا أي فقاعات الهواء بلطف من الجانب السفلي من أعلى الغزل.
2. ايلىفاتي المياه استبدال الدامجانة زجاجة ~ 30-40 سم أعلى من قمم النوى حضانة واستنزاف خطوط النزولي للقضاء على أي الهواء في السطر. في حين لا تزال تتدفق، نعلق الخطوط إلى قمم الأساسية وإغلاق الصمامات.
3. تشغيل القرص الدوار اثارة المركزي وضبط سرعة دوران بحيث النوى تدور ~ 40 مرة في الدقيقة الواحدة، أو بمعدل يكفي لخلط عمود الماء ولكن ليس resuspend والرواسب.
4. ما يقرب من 5 دقائق بعد أن يتم ختم كل النوى، فتح صمام المياه الغيار وصمام العينة، ومن ثم نعلق قطعة قصيرة من أنابيب إلى صمام العينة باستخدام المناسب لور. وضع هذا الأنبوب أخذ العينات في الجزء السفلي من أنبوب زجاجي 7 مل، الذي شغل الى فيضان. قبل متوجا الأنبوب، إضافة 10 ميكرولتر من 30 ز L ^-1 HgCl ₂ كمادة حافظة.
   1. تخزين هذه العينات تحت الماء في درجات حرارة قريبة من درجة حرارة الحضانة. وقد استخدمت غيرها من المختبرات بنجاح 12 مل "Exetainers" لسامتخزين التنوير القائل.
5. لأخذ العينات المذاب، ونعلق على 20 مل حقنة برميل إلى صمام عينة وفتح صمام المياه الاستبدال. برميل حقنة يملأ حتى الشبع باستخدام الجاذبية فقط. إرفاق الغطاس وقرص مرشح، ومن ثم تصفية العينات في قوارير. يتم تجميد هذه العينات للتحليل المغذيات في -20 ° مئوية حتى التحليل.
   ملاحظة: بالطبع وقت أخذ العينات في الظلام عادة ما ينطوي على 4 فترات أخذ العينات مع الفترات الفاصلة بين أخذ العينات يتراوح بين 0.5 إلى> 2 ساعة، اعتمادا على معدل امتصاص الأوكسجين. مع انخفاض معدلات امتصاص الأوكسجين، وفترات زمنية طويلة. في الرواسب مع ارتفاع معدلات التنفس، تحتاج فترات تكون قصيرة. كميات مفرطة للغاية في العينة المأخوذة في كل نقطة العينة قد يؤدي إلى أخذ العينات كبيرة جدا نسبة من حجم العينة كله؛ في عملنا هذه الكميات عينة تؤدي إلى تصحيح يكاد يذكر. إذا كانت هناك حاجة زيادة حجم العينة، أكبر النوى القطر أو زيادة ارتفاع عمود الماءقد تكون ضرورية.
6. لا المضي قدما في مسار وقت أخذ العينات دون عتبة من نضوب الأكسجين 50٪، مع استنفاد الأكسجين من 25٪ عادة توفير إشارة كافية في تركيزات العناصر الغذائية. هنا، استخدم optodes معايرة للتحليل المباشر للتركيز الأكسجين وتشبع الأكسجين.
   1. إذا كانت الرواسب هي من الضحلة بيئات مضاءة، في أخذ العينات ^ال 4، بدوره عن الاضواء ويستغرق 3 عينات لاحقة. لاحظ أنه في الرواسب الضوئي للغاية، التشبع من O ₂ وتشكيل فقاعة يحد من قياس تدفقات الغاز في بعض الحالات. رصد المستمر للأكسجين هو بديل على نحو متزايد قابلة للحياة وذات قيمة، مع تكنولوجيا قياس الألياف البصرية ذات المجسات الصغيرة نسبيا التي هي موثوق بها للغاية ودقيقة.
7. وفي ختام حضانات الرواسب، وإما قياس ارتفاع عمود الماء أو سيفون عمود الماء في لاسطوانة تخرج إلى determ مباشرةالمعهد الوطني للإحصاء أن حجم المياه، والتقاط الصور من كل الأساسية.

تحليل 4. عينة

1. عينات مضخة لتحليل N _2، O ₂ وهارون إلى غشاء مدخل مطياف الكتلة، وتحديد نسب N _2: هارون وO _2: هارون إلى <0.03٪ الدقة ^12،23.
   1. بضع رباعي مطياف الكتلة لمدخل الغشاء. دفع العينة في أنابيب غشاء باستخدام مضخة تحوي. جمع النفايات عينة في الدامجانة زجاجة بلاستيكية وعلاج مثل النفايات الكيميائية بسبب المواد الحافظة زئبق. معايرة مع الماء منزوع الأيونات معايرتها مع الهواء عند درجة حرارة الحضانة.
2. أداء المغذيات تحليلات يدويا على ≤ 5 ​​مل عينات أو على وحدات تخزين أصغر باستخدام تحليل الآلي. على عينة ذوبان الجليد، بداية يحلل على الفور. اختيار الإجراء تحليل العناصر الغذائية يجب أن تسفر عن الدقة الكافية لمراقبة التغيرات في تركيز العناصر الغذائية أثناء الحضانة. كشف نموذجيحدود هي <الاتجاهات 0.05 مكرومول L ^-1 والوقت بالطبع يمكن أن يكون من الصعب مراقبة في إطار كل من تركيزات منخفضة للغاية وعالية للغاية المغذيات.
   1. للتحليلات اللونية من الفوسفور رد الفعل القابلة للذوبان، استخدام تقنية phosphomolybdate حامض الاسكوربيك. ليحلل الأمونيوم، والاستفادة من تطور لون بين عشية وضحاها باستخدام الفينول هيبوكلوريت كاشف ^24. الآلية التحاليل اللونية، إما باستخدام تدفق مجزأة أو محلل منفصلة، ​​هي بديل كبيرة والاستفادة من انخفاض حجم العينة.
   2. لتحليل النترات والنتريت زائد، واستخدام اللون التنمية بين عشية وضحاها باستخدام كلوريد الفاناديوم بمثابة اختزال ^25، أو استخدام محلل الآلي
   3. مقارنة الامتصاصية العزم على الأشعة فوق البنفسجية / VIS معمل لمنحنيات القياسية وتحديد تركيزات من الانحدار تركيزات المعايير والامتصاصية.

5. حساب أسعار الصرف الرواسب في الماء

1. تراجع تركيزات الغاز أو المواد الغذائية مقابل الوقت بشكل مستقل عن كل من حضانات مظلمة ومضيئة، مع المنحدر كنسبة ^-1 مكرومول L ^-1 ساعة. تصحيح سفوح النوى حضانة المنحدر من النوى عمود الماء فقط. استخدام فقط انحدارات كبيرة (P <0.05) لإجراء العمليات الحسابية. تحديد البيانات غير كبيرة في جداول البيانات النهائية.
2. حساب أسعار صرف المياه الرواسب من المنحدر من تغيير تركيزات المكونة الكيميائية في المياه تغمر:
   
   حيث F هو تدفق (مكرومول م ^-2 ساعة ^-1)، ΔC / Δt هو المنحدر من تغيير التركيز في الماء المغطي (مكرومول L ^-1 ساعة ^-1)، والخامس هو حجم الماء المغطي (L) و A هو مجال جوهر المحتضنة (م ^-2). لتقدير التدفق اليومي، مضاعفة معدل تنيره ساعة من الضوءوإضافة إلى معدل مظلم مضروبا في ساعات الظلام.

6. إعداد التقارير

1. عند الإبلاغ عن نتائج القياسات صرف المياه الرواسب، وتوفير معلومات كافية عن غيره من العلماء لفهم البيئة التي تم أخذ عينات. وتشمل المعلومات الأساسية: 1) موقع موقع وعمق المياه، 2) الخصائص الفيزيائية مثل الميدان ودرجة حرارة الحضانة، وPAR، 3) خصائص المياه السفلية مثل الأكسجين، وتركيزات المواد الغذائية والملوحة، و4) الخصائص الرواسب مثل حجم الحبوب، تركيزات المواد العضوية، ووجود الحيوانات القاعية.

Results

وأظهرت نتائج قياسات التدفق الرواسب بالقرب من منشأة لتربية الأحياء المائية على نهر Choptank (خليج تشيسابيك، MD) في الشكل رقم (1) وترد في تفسير هذه النتائج في سياق النظام البيئي في أماكن أخرى ^26. نفذت حضانات بها أكثر من 7 ساعات، مع حضانات المظلمة تليها بيانات حضانات مضيئة. وأظهرت بيانات من اثنين من النوى وكذلك عمود الماء السيطرة فقط. والموهن الانخفاض السريع في الأكسجين في الظلام بعض الشيء عن طريق الإضاءة؛ كان معدل التمثيل الضوئي من إنتاج الطحالب الدقيقة يست مرتفعة كما التنفس، مع الأثر الرئيسي للإضاءة كونه انخفاض معدل التغير من الأكسجين. شهدت جوهر تحكم انخفاضات صغيرة في تركيز الأوكسجين في زيادة مظلمة وصغيرة في الضوء.

وقد تحددت تركيزات N ₂ من ₂ N: نسبة هارون وهارون القيم الأدب التشبع المحسوبة لدرجة الحرارة المرصودة والملوحة ^27. في الدقيقة نموذجية من 0.02٪ لN _2: نسبة هارون، وهذه البيانات هي دقيقة إلى ~ 0.1 مكرومول L ^-1 N _2. كانت قلوب الرسوبيات والنوى فارغة عمود الماء زيادات في N ₂ مع مرور الوقت، مع معدلات أعلى بكثير من الزيادة في الصميم. تحت إضاءة، وكانت المنحدرات مماثلة عموما إلى معدل المظلم من N ₂ التغيير.

وكانت تدفقات حل NH ₄ ⁺ عالية جدا في هذا الموقع، مع زيادة المظلمة> 20 مكرومول L ^-1 لنواة واحدة. كانت مضاءة NH ₄ ⁺ التدفقات أقل من ذلك بكثير. وكان كل من نوى والفراغ عمود الماء التناقص أكاسيد _{النيتروجين} ^- التركيز على مر الزمن، بالتوقف خلال الإضاءة. لجميع التدفقات، وتظهر البيانات تركيز والبيانات عن حجم الأساسية وغيرها من المعالم ذات الصلة في رونغ> الجدولين 1 و 2.

ويبين الشكل 1. الوقت بيانات بالطبع من موقع المياه الضحلة في نهر Choptank التي كانت مغطاة يطفو تحتوي على المحار المستزرع. البيانات هي من النوى تكرار (A و B) والبيانات من فارغة عمود الماء. تركيزات الأكسجين N _2، NH ₄ ⁺ وأكاسيد _{النيتروجين} ^- (مجموع NO ₃ ^- وNO ₂ ^- يتم عرض لكل من الجزء المظلم من الحضانة (المنطقة المظللة) وبالنسبة للجزء مضيئة الحضانة الساعة الرابعة. نقطة من حضانة مظلمة هي أيضا نقطة الساعة الأولى من سلسلة زمنية مضيئة، تحولت الأضواء على وقت أخذ العينات وخطوط الانحدار الخطي وتعرض المنحدرات في الجدول 1.98 / 54098fig1large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الأكسجين - غامق	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	0	235.1	221.7	235.2
	1.3	204.3	170.6	235.3
	2.32	162.7	138.9	232
	3.97	145.3	77.9	222.2
R 2		0.943	0.999	0.836
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		-23،5	-35،9	-3.4
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		-20،1	-32،5
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		-3095	-4875
الأكسجين - لايت	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	3.97	145.3	77.9	222.2
	4.88	133.5	68.8	224.3
	5.88	122.8	40.3	221.6
	6.88	116	49.2	230.5
R 2		0،981	0.999	0.994
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		-10،1	-9.8	2.9
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		-13	-12.7
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		-2000	-1905
N 2 - غامق	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	0	466.46	466.40	466.62
	1.3	466.74	467.49	466.11
	2.32	467.55	468.18	466.74
3.97	468.24	468.98	467.12
R 2		0.963	0.98	0.854
المنحدر N 2 (مكرومول L -1 ساعة -1)		0،471	0،645	0.12
تصحيح المنحدر N 2 (مكرومول L -1 -1 ساعة)		0.351	0.525
معدل N 2 -N (مكرومول م -2 ساعة -1)		108.1	157.5
N 2 - لايت	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	3.97	468.24	468.98	467.12
	4.88	468.84	469.21	467.26
	5.88	469.39	469.71	467.47
	6.88	469.62	470.04	467.41
R 2		0.96	0،987	0،967
المنحدر N 2 (مكرومول L -1 ساعة -1)		0.481	0.378	0.096
تصحيح المنحدر N 2 (مكرومول L -1 -1 ساعة)		0.386	0.282
معدل N 2 -N (مكرومول م -2 ساعة -1)		118.9	84.6
الأساسية المساحة بالمتر المربع (م 2)		0.003165	0.003165		حجم الأساسية (L)		0.4874	0.4747

. جدول البيانات بالطبع 1. الوقت لO ₂ و N ₂ من الرواسب تحت يطفو المحار تربية الأحياء المائية في نهر Choptank، وsubestuary من خليج تشيسابيك وتستمد تركيزات غازات من O _2: هارون وN _2: نسب AR تحدد عن طريق مدخل الغشاء قياس الطيف الكتلي. الوقت بالطبع الانحدار R ² القيم الهامة للقيم> 0.9025 (P <0.05). يتم تحديد المنحدرات من الانحدار الخطي ويتم تحديد المنحدرات تصحيحها عن طريق طرح معدل التغير في عمود الماء فقط فارغة. معدلات إيجابية صافية تدفقات من الرواسب، ومعدلات سلبية تشير إلى تدفق في الرواسب. يتم التعبير عن البيانات N ₂ تدفق كما N ₂ -N، مما يجعل المقارنةريسون إلى NH ₄ ⁺ وأكاسيد _{النيتروجين} ^- الطلاءات أسهل. وكان هذا الموقع الرواسب التي تتكون أساسا من الطمي والطين مع الظروف عمود الماء الهوائية بشكل كامل. وكانت منطقة النوى 31.65 سم ^-2 وكانت أعماق عمود الماء 15.4 سم للالأساسية A و 15.0 للالأساسية B. جميع تركيزات N ₂ O ₂ وهي مكرومول L ^-1. يتم التعبير عن معدل النهائي لN ₂ تدفق في N ₂ -N.

NH 4 + - غامق	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	0	10.84	14.09	6.91
	1.3	16.19	20.26	5.83
	2.32	17.07	24.93	5.42
	3.97	22.83	35.43	4.67
R 2		0،968	0.993	0.853
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		2.88	5.36	-0.53
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		3.41	5.89
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		525	884
NH 4 + - لايت	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	3.97	22.83	4.67
	4.88	24.05	36.45	4.13
	5.88	25.00	37.60	3.79
	6.88	26.96
R 2		0،978	1	0،966
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		1.37	1.13	-0.55
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		1.92	1.68
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		296	252
أكاسيد النيتروجين - - غامق	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	0	4.12	4.01	4.53
	1.3	3.82	3.58	4.43
	2.32	3.70	3.25	4.28
	3.97	3.19	2.64	4.19
R 2		0.976	0.992	0،967
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		-0.229	-0.345	-0.089
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		-0.14	-0.256
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		-21.6	-38.4
أكاسيد النيتروجين - - لايت	الوقت (ساعة)	الأساسية ل	جوهر B	مراقبة
	3.97	3.19	2.64	4.19
	4.88	3.06	2.59	4.06
	5.88	3.18	2.41	4.02
	6.88	2.95	2.35	4.2
R 2		0،934	0،909	0.9
المنحدر (مكرومول L -1 ساعة -1)		-0.078	-0.103	0
تصحيح المنحدر (مكرومول L -1 -1 ساعة)		-0.078	-0.103
معدل (مكرومول م -2 ساعة -1)		-12	-15،5
الأساسية المساحة بالمتر المربع (م 2)		0.003165	0.003165
حجم الأساسية (L)		0.4874	0.4747

35.43

الجدول 2. بيانات بالطبع حان الوقت لNH ₄ ⁺ وأكاسيد _{النيتروجين} ^- من قلوب الرسوبيات نفسها التي استخدمت لجدول 1. الساعة بالطبع الانحدار R ² القيم الهامة للقيم> 0.9025 (P <0.05). يتم تحديد المنحدرات من الانحدار الخطي ويتم تحديد المنحدرات تصحيحها عن طريق طرح معدل التغير في عمود الماء فقط فارغة. معدلات إيجابية صافية تدفقاتمن الرواسب، ومعدلات سلبية تشير إلى تدفق في الرواسب. جميع التركيزات للNH ₄ ⁺ و NO ₂ ^- هي مكرومول L ^-1.

Discussion

وقد تم تطبيق تقنية الموضحة هنا إلى أنواع عديدة من النظم المائية، سواء الضحلة والعميقة، ولقد وجدت لتعمل بشكل جيد في معظم الحالات. وقد تم تكييف هذا النهج من الأساليب المستخدمة من قبل الزملاء وقدم في الأدب. هو الأمثل لقياس نزع النتروجين عبر غشاء قياس الطيف الكتلي مدخل. واحدة من نقاط القوة في هذا النهج هو القدرة على التعامل مع عدد كبير من النوى في وقت واحد. تكرار كل موقع مع مكررة أو ثلاث نسخ النوى يزيد من الثقة في القياسات، على الرغم من نهج بديل هو تعظيم المواقع مع أقل التكرار، في ظل هذه الظروف متوسط ​​قيمة لشريحة البيئي قد يكون أكثر تمثيلا للتغير في الطبيعة. لتوضيح الاختلافات الموسمية، سلسلة زمنية القياس في عدد أقل من المواقع قد تكون استراتيجية مفيدة.

في هذا البروتوكول، وهناك العديد من الخطوات الهامة. باراماونت لجعل الصورةقياسات uccessful هي جمع النوى مع الكوامن والمياه سليمة. وعلى الرغم من رفض النوى التي لا تستوفي هذا المعيار في هذا المجال يمكن أن تكون متعبة، والنوى الفقيرة يؤدي إلى ضعف الدقة والإحكام. حفظ النوى الهوائية الغازية وعلى مقربة من درجة حرارة جمع الأصلي من شأنها أن تقلل التحف صحي والحفاظ عليه، سليمة الميكروبية وmetazoan السكان. وأخيرا، لO ₂ و N ₂ العينات، وإضافة المواد الحافظة كلوريد الزئبق أمر بالغ الأهمية. وقد لاحظنا أن المحافظة غير لائق من عينات الغاز، بما في ذلك الإفراط في التدفئة والتبريد من قوارير، ويمكن أن تمس هذه قياسات التدفق. مختبرات أخرى قد استخدمت بنجاح 7.0 M ZnCl ₂ كمادة حافظة أقل السامة التي لديها انخفاض تكاليف التخلص من النفايات. ل7 مل عينة إضافة 30 ميكرولتر مناسبة.

التحليل الدقيق ودقيق للنسبة N ₂ وهارون هو المفتاح لتحديد N ₂ الطلاءات. الملاحظ N _2: نسب AR تتغير كدالة للتركيز الأكسجين مما دفع بعض المحققين للدفاع إزالة الأكسجين قبل التحليل، وعموما استخدام النحاس ساخنة ^28. وقد استخدمت أجهزة القياس المستخدمة في المختبر لدينا لتحديد تأثير الأكسجين على N _2: AR نسب ²³ و تم العثور على أثر لتكون صغيرة جدا، <0.03٪ لنضوب الأكسجين متواضع. تظهر الاختلافات في النهج المتبع في تقييم الأكسجين "تأثير" أن تؤدي إلى استنتاجات مختلفة من قبل المحققين مختلف ^23،28،29. وهناك تأثير كبير على الأكسجين N _2: أن نسب AR يؤدي إلى ارتفاع معدلات خطأ ن ₂ -N هروب رأس المال. في تجربتنا، لدينا ملاحظات كثيرة من N يذكر ₂ -N هروب رأس المال في ظل ارتفاع معدل نضوب الأكسجين. في مختبرات فيه تأثير الأكسجين على N _2: نسب AR تبدو ضخمة، بديلا مفيدا هو قياس مستقل لتركيزات الأكسجين باستخدام أقطاب أو optodes والأكسجينإزالة من التحليل الطيفي الشامل باستخدام النحاس ساخنة المضمنة.

استكشاف هذه التقنية لا يمكن تحقيقه إلا بعد دراستها للبيانات الرواسب تغير مستمر. العوامل الرئيسية في الاعتبار عند الانحدارات هي وعما إذا كان التقليب المستمر، تم جمع العينات والحفاظ عليها بشكل صحيح الفقيرة، وعما إذا كان الوقت الدورات كانت قصيرة جدا للسماح تقدير معدلات منخفضة. طول التجارب عموما يحدد من قبل دوام الأكسجين، مع انخفاض معدلات التمثيل الغذائي التي تتطلب حضانات أطول لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء جزءا لا يتجزأ من مسار الانحدار الوقت. ارتفاع معدلات إنتاج الأكسجين التي تحقق O ₂ فقاعات تجعل تدفقات الغاز صعبة، ولكن تدفقات المذاب قد تتأثر.

فمن الضروري أن نفهم القيود المفروضة على هذا النهج. تغطي النوى الصغيرة 0.3٪ من المتر مربع وتغطي النوى أكبر بنسبة 0.6٪. في المواقع مع عدم تجانس كبير في حجم متر، وتوزيع غير متجانسة من أنيمالمرض أو النباتات قد تشير إلى أن واحدا أو اثنين من النوى قد لا يكون تمثيل كاف. وهناك أيضا بعض البيئات التي تشكل صعوبات القياس. لقياس نزع النتروجين، وجود غاز الميثان أو الأوكسجين الفقاعات قد يبطل هذه التقنية، مع N _2: نسب AR تتأثر تأسيس فرق من الغازات في فقاعات. في الرواسب مستعمرة من قبل الطحالب القاعية، وتشكيل لنتائج فقاعات الأكسجين في تجريد تفضيلية ن ₂ نسبة إلى هارون، وانخفاض في N _2: نسبة هارون. بشكل عام، لا يمكننا قياس نزع النتروجين عند النقطة التي فقاعات النموذج. البيئات اللاهوائية تحديات مختلفة، تهوية والنوى تغير ديناميات الأكسدة في الكوامن والمياه. نحن ختم النوى مع قمم التحريك مباشرة بعد جمع وبدء تدفقات دون استبدال عمود الماء تماما ^(30). تجاربنا مع الرواسب مضيئة عادة قد تشبع أو شبه saturatجي مستويات إضاءة ^31، وبالتالي تحقيق أقصى قدر من التأثير من الطحالب القاعية.

قياسات صرف المياه الرواسب هي قياس التدفق الصافي للمواد عبر الكوامن والمياه. ومع ذلك، هذه القياسات في كثير من الأحيان وحدها لا يمكن تحديد الآليات المتحكمة في هذه التبادلات البينية. إذا ينطوي على السؤال البحثي آليات التفاهم وغيرها من المعلومات على التفاعل المادة العضوية، ومحطة تقسيم المناطق المتقبلة الإلكترون، bioirrigation والتعكير، والكائنات الضوئي قد تكون ضرورية. نمذجة الجهود ⁷ قد تتطلب تحديد كيمياء المياه المسام، واتخاذ تدابير مباشرة من المادة العضوية التفاعل ^32، تعداد السكان الحيوان، والرواسب الحيوي الري، تراكم الرواسب، أو التلاعب التجريبية من الأكسدة أو المغطي كيمياء المياه ^13. في دراساتنا، بيانات تبادل جيد الرواسب في الماء هو عنصر أساسي لفهم كيمياء الرواسب المائية،وبالتزامن مع القياسات الأخرى، ويحدد دور عمليات إعادة تدوير الرواسب في الدورات البيولوجية الكيميائية المائية.

مع العناية بشأن معالجة الرواسب، والتحكم في درجة الحرارة، وعمود الماء الاختلاط، حضانات الأساسية هي نهج مفيد لتقدير تبادل المواد المذابة والغازات في الكوامن والمياه. ومع ذلك، فإن التقنيات المستخدمة هنا قد تحتاج تعديل لبعض البيئات وللخدمات اللوجستية الصعبة، مثل فترات زمنية طويلة قبل الحضانة. حتى الآن، وقد طبقنا هذا النهج بنجاح الحضانة إلى مصبات الأنهار والمناطق الساحلية، والأراضي الرطبة والبحيرات، الخزانات والأنهار والبرك الاحتفاظ بيئات مع الحد الأدنى من التعديل.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
سوندي متعدد المعلمات - درجة الحرارة والأكسجين والملوحة	YSI	"	أي معدات عالية الجودة تكفي
PAR	Li-Cor	6050000
Pole Corer			تم بناؤه بواسطة متجر الماكينة
Box corer	DK-Denmark	HAPS Corer	نحن نستخدم أيضا معدات حفر الصندوق الخفيف
أنابيب أساسية صغيرة مع قاع مجهز بحلقة O ، 3 ' OD ، 2.5 'ID.		البلاستيك المختلفة	أكريليك
شفافة متوسطة النواة مع حلقة O ، 4.5 "OD ، 4" ID	شركات		واضحة أكريليك
بوتيل سدادة حجم 13.5	عام
القرص			المبني بواسطة ورشة الآلات
حوض			مبني بواسطة متجر الآلات
استبدال المياه carboy	Nalgene	2320-0050
7 مل أنبوب سدادة زجاجي	Chemglass	ليس في المخزون	"Exetainers" المستخدمة من قبل مختبرات أخرى
20 مل حقنة بلاستيكية
			حقنة
أنابيب بلاستيكية	Tygon	ACF00004-CP
أضواء فلورسنت مدمجة	Apollo Horticulture	CFL 8U 250W