تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون2س ميكروسينسورس

Carlos Palacin-Lizarbe; Lluís Camarero; Jordi Catalan

doi:10.3791/58553

مقالة منهجية

تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون₂س ميكروسينسورس

DOI:

10.3791/58553

⸱

ديسمبر 6, 2018

Carlos Palacin-Lizarbe¹ , Lluís Camarero² , Jordi Catalan¹^,³

¹Campus UAB, CREAF, ²Center for Advanced Studies of Blanes, (CEAB, CSIC), ³CSIC

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هذا الأسلوب تقديرات معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب في النوى الرواسب باستخدام الأسيتيلين تثبيط القياسات التقنية وميكروسينسور ن المتراكمة₂o. البروتوكول يصف إجراءات جمع النوى، معايرة أجهزة الاستشعار، وأداء تثبيط الأسيتيلين، قياس تراكم₂س ن، وحساب معدل إزالة النتروجينيات.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إزالة النتروجينيات هو العملية الكيميائية الأرضية الأحيائية الأساسية إزالة النيتروجين التفاعلي من المحيط الحيوي. وقد أصبح التقييم الكمي لهذه العملية أهمية خاصة لتقييم دورة النتروجين العالمية الصنعية غيرت وانبعاث غازات الدفيئة (أي، ن₂س). تتوفر عدة طرق لقياس إزالة النتروجينيات، ولكن أيا منها مرضية تماما. تشمل المشاكل مع الأساليب القائمة على حساسية غير كافية، والانزعاج الحاجة إلى تعديل مستويات الركيزة أو تغيير التكوين البدني من العملية باستخدام العينات. ويصف هذا العمل طريقة لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب التي تجمع بين الحفر وتثبيط الأسيتيلين والقياسات ميكروسينسور ن المتراكمة₂o. المزايا الرئيسية لهذا الأسلوب هي اضطراب منخفضة لهيكل الرواسب وجمع سجل مستمر من تراكم₂س ن؛ وهي تمكن تقديرات معدلات إزالة النتروجينيات موثوق بها مع قيم الحد الأدنى يصل إلى 0.4-1 µmol ن₂س م^-2 ح^-1. القدرة على التعامل مع العوامل الرئيسية ميزة إضافية للحصول على الأفكار التجريبية. البروتوكول يصف إجراءات جمع النوى، معايرة أجهزة الاستشعار، وأداء تثبيط الأسيتيلين، قياس تراكم₂س ن، وحساب معدل إزالة النتروجينيات. الأسلوب المناسب لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات في أي نظام المائية مع الرسوبيات استرجاعها. إذا كان تركيز₂س ن فوق الحد الأقصى للكشف من أجهزة الاستشعار، يمكن حذف الخطوة تثبيط الأسيتيلين لتقدير الانبعاثات₂س ن بدلاً من إزالة النتروجينيات. نعرض كيفية تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الفعلية والمحتملة على حد سواء بزيادة توافر نترات، فضلا عن الاعتماد على درجة الحرارة للعملية. علينا توضيح الإجراء باستخدام رواسب بحيرة جبلية ومناقشة مزايا ونقاط الضعف في هذا الأسلوب مقارنة بالأساليب الأخرى. يمكن تعديل هذا الأسلوب لأغراض خاصة؛ على سبيل المثال، فإنه يمكن أن تقترن ¹⁵N تتبع لتقييم الحقل وإزالة النتروجينيات أو بالأزوت في الموقع قياسات معدلات إزالة النتروجينيات.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تغيير الصنعية لدورة النيتروجين واحدة من المشاكل الأكثر تحديا ل نظام الأرض¹. وتضاعف النشاط البشري على الأقل مستويات النيتروجين التفاعلي متاح ل المحيط الحيوي². ومع ذلك، لا تزال هناك شكوك كبيرة فيما يتعلق بكيفية تقييم دورة ن العالمية. بعض التمويه التقديرات التي تم كمياً مع أقل من الخطأ % ±20، والعديد من أوجه عدم التيقن من ±50% و أكبر³. هذه الشكوك تشير إلى الحاجة إلى تقديرات دقيقة لمعدلات إزالة النتروجينيات عبر النظم الإيكولوجية وفهم الآليات الكامنة للتباين. إزالة النتروجينيات هو نشاط الميكروبات من خلالها يتم تخفيض أكاسيد نيتروجينية، أساسا النترات والنيتريت، رابع الغازات وس ن₂ن₂⁴. المسار ارتباطاً وثيقا بتوفر المجال الحيوي للنيتروجين التفاعلي لأنها عملية أساسية لإزالة⁵. ن₂س هو غاز من غازات الدفيئة مع إمكانات الاحترار تقريبا 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون₂ أكثر من 100 سنة، وأنها السبب الرئيسي الحالي لاستنفاد طبقة الأوزون الستراتوسفيري نظراً للكميات الكبيرة المنبعثة⁶^،⁷ويجري.

في ما يلي، نقدم بروتوكولا لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب استخدام النوى وميكروسينسورس₂س ن تجريبيا (الشكل 1). وتقدر معدلات إزالة النتروجينيات استخدام الأسيتيلين تثبيط الأسلوب⁸^،⁹ وقياسات لتراكم ن₂س خلال فترة زمنية محددة (الشكل 2 و الشكل 3). نظهر الأسلوب قبل تطبيقه على ترسبات البحيرة الجبلية. وتبرز هذه الدراسة حالة أداء الأسلوب للكشف عن معدلات منخفضة نسبيا مع اضطرابات الحد الأدنى للهيكل المادي للترسبات.

إزالة النتروجينيات من الصعوبة بمكان قياس¹⁰. وهناك عدة نهج بديلة وطرق، كل منها مزايا وعيوب. وتشمل العوائق للأساليب المتاحة استخدامهم للموارد مكلفة وحساسية غير كافية، والحاجة إلى تعديل مستويات الركيزة أو تغيير التكوين المادي للعملية باستخدام عينات الانزعاج¹⁰. يشكل تحديا أساسيا أكثر لقياس N₂ هو مستويات الخلفية مرتفعة في البيئة¹⁰. تحول دون الحد من ن₂س ن₂ من الأسيتيلين (ج₂ح₂)⁸^،⁹. وهكذا، يمكن قياسها كمياً إزالة النتروجينيات بقياس المتراكمة ن₂س حضور ج₂ح₂، وعملياً بسبب انخفاض مستويات₂س ن البيئية.

تم تطوير استخدام ج₂ح₂ لقياس معدلات إزالة النتروجينيات في الرواسب قبل حوالي 40 عاماً¹¹، وإدماج أجهزة الاستشعار₂س ن وقع حوالي 10 سنوات بعد¹². النهج المستندة إلى الأسيتيلين المطبقة على نطاق واسع هو "الأساسية ثابتة". المتراكمة ن₂س يقاس خلال فترة حضانة لمدة تصل إلى 24 ساعة بعد إضافة₂ح ج₂إلى headspace الرواسب مختومة الأساسية¹⁰. الأسلوب الموصوفة هنا يتبع هذا الإجراء مع بعض الابتكارات. نقوم بإضافة₂ح ج₂ بفقاعات الغاز في مرحلة المياه الأساسية لبعض دقائق، ونحن ملء جميع headspace بعينه الماء قبل قياس تراكم ن₂س مع ميكروسينسور. نحن تشمل أيضا نظام التحريك يمنع التقسيم الطبقي للماء دون ريسوسبيندينج الرواسب. الإجراء الذي يقد معدل إزالة النتروجينيات في مجال الرواسب السطحية (مثل، µmol ن₂س م^-2 ح^-1).

عالية التباين المكاني والزماني لإزالة النتروجينيات يمثل صعوبة أخرى في القياس الكمي الدقيق¹⁰. عادة، وتراكم₂س ن يقاس تسلسلياً بالفصل اللوني للغاز headspace العينات التي يتم جمعها من خلال الاحتضان. توفر الطريقة الموضحة تحسين رصد التغير الزمني لتراكم₂س ن، نظراً لأنه يوفر ميكروسينسور إشارة مستمرة. مقياس متعدد ميكروسينسور هو ميكروسينسور رقمية مضخم (بيكواميتير) التي واجهات مع sensor(s) والكمبيوتر (الشكل 1). مقياس متعدد يسمح ميكروسينسورس₂س ن عدة لاستخدامها في نفس الوقت. على سبيل المثال، ما يصل إلى أربعة من الرواسب النوى من نفس الموقع دراسة يمكن أن يقاس في نفس الوقت لحساب التغير المكاني.

النهج الأساسي الذي يخل بالكاد هيكل الرواسب مقارنة ببعض الأساليب الأخرى (مثلاً، عجائن). إذا كان يتم تبديل سلامة المواد الرسوبية، وهذا يؤدي إلى معدلات إزالة النتروجينيات غير الواقعي¹³ التي تكفي فقط للمقارنات النسبية. يتم الحصول على معدلات أعلى دائماً مع أساليب الملاط مقارنة ب الأساليب الأساسية¹⁴، لأن هذا الأخير يحافظ على الحد من إزالة النتروجينيات الركازة نشر¹⁵. لا تعتبر التدابير ملاط ممثل في الموقع معدلات¹⁶؛ أنها توفر المقاييس النسبية لمقارنات بالضبط نفس الإجراء.

الطريقة الموصوفة مناسبة لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات في أي نوع من أنواع الرواسب التي يمكن أن يكون محفور. نحن ننصح لا سيما طريقة أداء المعالجات التجريبية لبعض العوامل الدافعة. ومن أمثلة التجارب التي تعدل توافر النترات ودرجة الحرارة حسب الحاجة لتقدير الطاقة التنشيط (ه) إزالة النتروجينيات¹⁷ (الشكل 2).

figure-introduction-1
الشكل 1 : برنامج الإعداد التجريبية. () العامة الإعداد التجريبي لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى وميكروسينسورس₂س ن. غرفة الحضانة يضمن الشروط (±0.3 درجة مئوية) الظلمة والتحكم في درجة الحرارة. يمكن معالجة خمسة الرواسب سليمة النوى في وقت واحد باستخدام أجهزة الاستشعار₂س ن الخاصة بهم. (ب) ن₂س استشعار المعايرة الدائرة. يمكننا تكييفه مع سدادات مطاطية والمحاقن لخلط ن₂س المياه (انظر البروتوكول خطوة 3.4.3). وهناك مقياس حرارة للتحكم في درجة حرارة الماء. (ج) إدراج عن قرب عينة أساسية الرواسب مع أجهزة الاستشعار في حفرة وسط غطاء البلاستيكية والمفاصل مختومة بشريط لاصق. هو معلق محرض في الماء، والمغناطيس الكهربائي بالقرب من ذلك وثابتة على الجزء الخارجي من الأنبوبة اﻷكريليك. (د) عن قرب ميكروسينسور₂س ن نصيحة المحمية بواسطة قطعة معدنية. (ﻫ) مجموعة أساسية من رواسب التي قد تعافت. قد أخذت عيناتها من قارب في بحيرة عميقة؛ أنبوب اﻷكريليك مع الأساسية لا تزال ثابتة قاطعة خطورة تكييف رسول¹⁹. انظر الجدول للمواد اللازمة لجميع العناصر اللازمة للقيام بهذا الأسلوب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-إعداد

ملاحظة: يبدأ هذا اليوم قبل أن يتم أخذ القياسات.

تجميع الإعداد القياس (الشكل 1، انظر الجدول للمواد).
ملاحظة: لضمان إمدادات طاقة المستمر وعالية الجودة، قياس الجهاز موصولاً إلى قبضة عبر وحدة تزويد طاقة غير المنقطع (UPS) يمكن أن تعمل أيضا كنسخة احتياطية. في حالة انقطاع التيار الكهربائي مدة طويلة، بطارية سيارة بمثابة مصدر طاقة إضافي.
بدء تشغيل برامج أجهزة الاستشعار وتطبيق-0.8 V الجهد استقطاب ميكروسينسورس س₂ن. يظهر الإشارة الانحدار سريع وارتفاع لاحقة، ثم أخيرا أنه يقلل حتى أنها منخفضة ومستقرة.
ملاحظة: قد توصي الشركة المصنعة ميكروسينسور الاستقطاب على الأقل بين عشية وضحاها (أو أكثر) لضمان استقرار إشارة لأجهزة الاستشعار. توصية أخرى هو الحفاظ على استشعار مستقطبا إذا كان يزمع قياسات متعددة أو أيام متتالية¹⁸.
قم بالتبديل في غرفة الحضانة و ضبط الظروف التجريبية (مثلاً، الضوء المحدد قبالة ودرجة الحرارة تعيين أن تكون مماثلة لتلك المتوقعة في الميدان). ضع حاوية مع المياه داخل الدائرة بحيث تكون المياه متوفرة في وقت لاحق في قياس درجة الحرارة لمعايرة أجهزة الاستشعار.
ملاحظة: هذه الخطوة يمكن أن يتم في نفس اليوم من القياسات المخططة، قبل مغادرته جمع النوى. للقياسات القياسية، فإنه من المستحسن استخدام الظروف المظلمة.
حزمة الأساسية الميدانية في جمع المواد: الجهاز قاطعة، وأخذ عينات من أنابيب وسدادات مطاطية والصنابير كلوريد البولفينيل (PVC)، مفك البراغي، وحدة (GPS) نظام تحديد المواقع العالمي، والحرارة، ومسبار يده، الخواض وقارب مطاطي (انظر الجدول من المواد). استخدام قائمة مرجعية لضمان إدراج جميع المواد.

2-الرواسب المجموعة الأساسية

اعتماداً على عمق المياه، اتبع 2.1.1 أو 2.1.2.
1. لهيئات المياه العميقة
  1. استخدام قاطعة خطورة تكييف رسول¹⁹ من قارب أو منصة (الشكل 1ﻫ).
  2. إصلاح أنبوب أخذ العينات (اﻷكريليك، ø 6.35 سم، طول ≥ 50 سم) إلى قاطعة مع مفك براغي.
  3. حدد نقطة أخذ العينات وفقا لأهداف التحقيق. يحيط علما بموقف (مثلاً، باستخدام إحداثيات GPS) وقياس العمق (مثلاً، باستخدام مسبار يده). إذا أخذ العينات من قارب، استخدم ارتساء (مثلاً، حقيبة بالحجارة) لتجنب الانجراف خلال المجموعة الأساسية.
  4. نشر النظام المستخدمة حتى أنبوب أخذ العينات م ~ 1 من الرواسب. استخدام حبل مع علامات العادية (مثلاً، فترات من 1 متر) للتحكم في عمق موقف معدات أخذ العينات.
  5. تثبيت معدات أخذ العينات 60 s (مثلاً، لتقليل حركة القارب). وسيضمن اختراق الرواسب الصحيح والانتعاش لب الرواسب الانزعاج بصعوبة.
  6. إطلاق سراح م ~ 1 الحبل أكثر حتى أن تخترق أنبوب أخذ عينات الرواسب. كن على علم أن إذا كان أنبوب أخذ العينات تخترق أكثر مما ينبغي، فإنه يمكن أن يعكر الواجهة المائية/الرواسب.
  7. الإفراج عن الرسول بينما كان يحاول إبقاء التوتر في الحبل قاطعة تبقى ثابتة، وفي وضع عمودي. عندما آثار الرسول قاطعة، يمكن أن يرى فرقا صغيرة في توتر الحبل. في ذلك الوقت، أغلق قاطعة لتوليد الفراغ الذي يسمح لانتعاش صلب الرواسب.
  8. استرداد قاطعة عن طريق سحب الحبل باستمرار ولطف.
  9. بمجرد الأساسية القريبة من السطح ولكن أغرقت ما زالت تماما (بما في ذلك الجزء المطاط من قاطعة تكفل الفراغ)، ضع سداده مطاطية في الجزء السفلي من أنبوب أخذ العينات. التفتيش على الواجهة المائية/الرواسب؛ فإنه ينبغي أن يكون واضحا وغير واضح بالانزعاج (الشكل 1ﻫ). إذا كان هذا ليس هو الحال، تجاهل الأساسية وتنظيف الأنبوب، وكرر الخطوات 2.1.1.4-9.
  10. رفع مستوى النظام أخذ بأكمله من الماء. الإفراج عن أنبوب أخذ العينات من قاطعة ووضع غطاء البلاستيكية في الجزء العلوي. ختم ذلك بشريط لاصق. تجنب تشكيل الفضاء الجوي.
2. للموائل الساحلية والمسطحات المائية الضحلة
  1. اللباس في الخواض لأخذ العينات في مياه ضحلة جداً (< 0.6 م).
  2. استخدام الغطس أو الغوص، معدات أخذ العينات أعمق (تصل إلى 3 م).
  3. حدد نقطة أخذ العينات وفقا لأهداف التحقيق. يحيط علما بالموقف (مثلاً، إحداثيات GPS). يدوياً، إدراج أنبوب أخذ العينات (مثلاً، اﻷكريليك، ø 6.35 سم) في الرواسب.
  4. ضع سداده مطاطية في الجانب العلوي من أنبوب أخذ العينات للحصول على فراغ.
  5. إزالة الأساسية من الرواسب وسرعة إدخال آخر سداده المطاط في أسفل الأنبوبة.
    ملاحظة: من الضروري أن تعمل مع أنبوب تحت الماء في جميع الأوقات؛ وفي مواقع ضحلة جداً، نوصي بتقصير الأنبوب وصولاً إلى 20 سم. في بعض الأحيان الرواسب محتوى مياه العالية ويستنزف عندما تتم إزالة الأنبوب من السرير الرواسب. وفي هذه الحالة، من الضروري إدخال سداده السفلي دون أن النهضة الأساسية خارج الرواسب. للقيام بذلك، يدوياً تزج السدادة في الرواسب حول الأنبوب ووضعه بعناية لإغلاق الجزء السفلي من الأنبوب.
  6. الخروج من الماء، واستبدال سداده المطاط ظهر المركب مع غطاء البلاستيكية وختم التقاطع مع شريط لاصق.
حماية الأساسية أثناء نقلها إلى المختبر بالتقليل إلى الحد الأدنى من التناوب وتهتز.

3-معايرة ميكروسينسورس أكسيد النيتروز (ن₂س)

استخدام الكمبيوتر (قطاع التخطيط، واستشعار البرمجيات)، تحقق من أن الإشارات أجهزة الاستشعار مستقرة ومنخفضة (< 20 mV).
قم بإنشاء ملف جديد (مثلاً، مع التاريخ وموقع أخذ العينات (130903_Redon_Lake)) لتسجيل قيم المعايرة وأجهزة الاستشعار الإشارات.
ملاحظة: أجهزة الاستشعار الإشارات حساسة لدرجة الحرارة (الشكل 4). استخدام نفس درجة الحرارة للقياسات ومعايرة أجهزة الاستشعار. ويستجيب جهاز استشعار خطيا بين 0%-2.5% N₂س²⁰. ولذلك، هو معايرة نقطتين كافية¹⁸.
للمعايرة قراءة القيمة مع أكسيد النيتروز صفر، سوبميرسيد إشارة استشعار حفظ نصيحة أجهزة الاستشعار في ن₂المياه خالية من س (منزوع).
معايرة بالماء₂س ن في التركيز المطلوب.
ملاحظة: تعد المياه بتركيز₂س ن معرفة، الذي سوف يتجاوز قليلاً التركيز الأقصى المتوقع أثناء الحضانة. نحن نستخدم ~ 25 ميكرومتر ن₂س كقيمة المعايرة. كن على علم من لا يتجاوز تركيز نطاق استشعار الحد الأقصى من 500 ميكرون₂س ن.
1. الحصول على N₂المياه المشبعة س الفقاعي ن₂س في المياه لبضع دقائق.
  ملاحظة: قابلية الذوبان في الماء₂س ن يعتمد على درجة الحرارة والملوحة²¹؛ انظر الجدول الوارد في التذييل ل استشعار اليدوي¹⁸.
2. تمييع ن₂س المشبعة الماء بإضافة كمية معينة من الماء₂س ن مشبعة بكمية من المياه. على سبيل المثال، عند 20 درجة مئوية، أضف 0.3 مل ن مشبعة₂س المياه التي لديها تركيز 28.7 مم ن₂س، إلى ما مجموعة 375 مل من الماء للحصول على 22.9 مكم ن₂س تركيز. ملاحظة أن 375 مل هو الحجم الكلي للدائرة المعايرة (الشكل 1ب).
3. بعد خلط بلطف ن₂س قراءة المياه المشبعة بالمياه في السفينة المعايرة تمييع للتركيز المطلوب، إشارة استشعار عندما يكون ثابت. هذه القراءة هي قيمة المعايرة مع الماء₂س X µM ن. عند خلط الحل، كن حذراً لا توليد فقاعات، كما هذا سيقضي على ن₂س من الحل المعايرة.
  ملاحظة: تكون على علم أن ن₂س في الماء سوف الهروب ببطء في الهواء؛ هكذا، يمكن فقط استخدام الحل المعايرة معدّة لبضع دقائق.

4-إعداد وتثبيط الأسيتيلين الأساسية

تغير الغطاء البلاستيك الموجود في الجزء العلوي من كل نواة الرواسب بغلاف آخر مع وجود ثقب في الوسط ومحرض مغنطيسية معلقة. إعادة ختم التقاطع مع شريط لاصق.
الحد من طور الماء لكل عينة ارتفاع تقريبي من 12 سم (حجم ≈ 380 مل). لهذا، أولاً إدراج أنبوب سيليكون في الحفرة المركزية. ثم وضعت نواة الرواسب في اسطوانة ودفع سداده السفلي خلق ضغط. ترتفع بسداده وعينات الرواسب والمياه الزائدة يمر عبر الأنبوب. جمع المياه في سفينة المتلقية.
ملاحظة: يمكن عينات مع الحبوبية الخشنة إشكالية أثناء هذه الخطوة. جزيئات الرسوبيات وضعت بين السدادة والانبوب يمكن أن تشوه السدادة وفتح فتحه من خلال الهواء الذي يمكن تمرير فقاعات وتخل العينة. لتجنب هذه المشكلة، وضعت الاسطوانة في وسط أسفل سداده، وفي محاولة لدفع بقوة ثابتة. المشترك بين أنبوب سيليكون المستخدمة لإجلاء المياه الزائدة وغلاف PVC يتكون من جزء صلب (مثلاً، تلميح ماصة 5 مل دون نهايته الأضيق) إدراجها في أنبوب سيليكون.
تنفيذ تثبيط الأسيتيلين بواسطة محتدما مع غاز الأسيتيلين في مرحلة المياه الأساسية لحوالي 10 دقيقة. تجنب ريسوسبيندينج الرواسب.
ملاحظة: كإمكانية إدخال تعديل الأسلوب، إضافة الركازة (نترات) من خلال وسيلة سائلة مركزة قبل محتدما الأسيتيلين لإمكانية إزالة النتروجينيات القياسات (مثلاً، كما في الشكل 3ب، ج).

5-إزالة النتروجينيات (قياس تراكم₂س ن)

ملء كل المساحة الجوية في العينة مع الماء بقايا السابقة. وضع أجهزة الاستشعار في صلب الرواسب من خلال الثقب في وسط الغطاء بوليفينيل الكلوريد ظهر المركب. يجب أن يكون موجوداً غيض من أجهزة الاستشعار في طور الماء أعلاه محرض (الشكل 1ج).
ملاحظة: يجب أن تكون مختومة جميع مفاصل أنبوب أخذ العينات اﻷكريليك لتجنب تسرب الغاز والمياه أثناء أخذ القياس (الشكل 1أ، ج). في الجزء السفلي من الأنبوب، سداده المطاط غير كافية لذلك. ختم الجزء ظهر المركب أكثر صعوبة. يجب ضبطها الغطاء بولي كلوريد الفينيل. يجب أن تكون ساخنة مع شعلة؛ ثم، عندما المواد تصبح مرنة ولكن ليس هو المحروقة، الغطاء يوضع في الأنبوب حيث يمكن مصبوب شكله. بعد التبريد، يحتاج التغطية المزيد من التعديلات (باستثناء الغلاف المستخدمة في نقل هذه العينات إلى المختبر في خطوات 2.1.1.10 أو 2.1.2.6). يجب أن يكون حفر ثقب مركزي حيث يتم إدخال أجهزة الاستشعار. ويمكن عقد محرض مع خط صيد الأسماك، الذي بدوره هو التمسك بالغراء داخل الغلاف حتى أن محرض معلقة على خط الصيد في الماء (الشكل 1ج). أيضا، يتم إغلاق جميع المفاصل (غطاء أنبوب بولي كلوريد الفينيل واستشعار الغلاف PVC) مع شريط لاصق. وضع شريط لاصق مطاطا لضبط القطر من أجهزة الاستشعار لختم سطح الاتصال بين حفرة وسط غطاء البلاستيكية، وأجهزة الاستشعار (الشكل 1ج).
التبديل على حلبة النبض الكهرومغناطيسي الذي جزء من نظام التحريك.
ملاحظة: يمنع النظام إثارة التقسيم الطبقي للمرحلة المائية دون القلق (ريسوسبيندينج) الرواسب. يتكون نظام التحريك من دارة بتبديل تشغيل/إيقاف تشغيل مغناطيس يجذب/النشرات محرض المغناطيسية التي (انظر الجدول للمواد للحصول على وصف مفصل).
تحريك مغناطيس حول الجزء الخارجي من الأنبوبة اﻷكريليك حتى محرض يتحرك باستمرار، ومن ثم إصلاحها في مكانها باستخدام شريط لاصق (الشكل 1ج).
إغلاق غرفة الحضانة لضمان درجة حرارة ثابتة (مثلاً، الاختلاف من ±0.3 درجة مئوية).
اضغط على زر سجل (استشعار البرمجيات) بدء تسجيل إشارة استشعار. وتسجل القراءات عادة كل 5 دقائق.
اضغط على الزر stop في نهاية فترة القياس.

6. خطوات القياس النهائي

الانتظار على الأقل ~ 10 دقيقة مع الحافة أجهزة الاستشعار المغمورة في المياه مجاناً، ن₂س (منزوع) قبل قراءة إشارة صفر ن₂س المعايرة التدبير.
القيام معايرة جهاز استشعار النهائية. لهذا، كرر معايرة أجهزة الاستشعار، عقب الباب 3 ولكن بدءاً من الخطوة 3، 3.
احفظ الملف (استشعار البرمجيات).

7-إزالة النتروجينيات معدل العمليات الحسابية

بدء تشغيل مع ملف الإخراج جداول إنشاؤها بواسطة برامج الاستشعار يحتوي على السجل للإشارات أجهزة الاستشعار في المتوسط ومكم ن₂س، ومعايرة البيانات.
ارسم إشارة استشعار ضد الوقت لتصور الاتجاه تراكم₂س ن (مثلاً، الشكل 2).
استخدام نطاق الوقت فقط مع تراكم خطي، باستثناء فترة التأقلم الأولية للعينة وإشباع نهائي ممكن بسبب التقادم الركازة (مثلاً، الشكل 2ب). إنشاء نموذج خطي لإشارة استشعار (ميكرومتر) على مر الزمن (ح).
ملاحظة: المنحدر هو معدل إزالة النتروجينيات (كور مكم ن₂س^-1 ح^-1)، الذي إذا مقسوماً على منطقة الأساسية (πr²)، يتحول معدل مكم ن₂س م^-2 ح^-1، وعند ضربها المياه وحدة التخزين (ح²πr، حيث h هو ارتفاع المرحلة المائية و r هو نصف القطر الداخلي من الأنبوب اﻷكريليك، في هذه الحالة 0.12 و 0.03175 متر مربع، على التوالي) يتحول معدل µmol ن₂س م^-2 ح^-1.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقدرت إجمالي معدلات إزالة النتروجينيات 468 استخدام البروتوكول أعلاه في رسوبيات من بحيرات جبال البرانس على مدى فترة عام 2013-2014. نعرض بعض هذه النتائج لتوضيح الإجراء (الشكل 2 و الشكل 3). وبصفة عامة، النموذج الخطي بين تركيز₂س ن والوقت له علاقة جيدة (ص² ≥ 0.9). منحدر العلاقة يقدم تقديراً لمعدل إزالة النتروجينيات (الخطوة 7، 3؛ مثلاً، الشكل 2د). إذا كان الن...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المزايا الرئيسية لوصف الطريقة التي يتم استخدام عينات الرواسب الانزعاج الحد الأدنى الأساسية والتسجيل المستمر لتراكم₂س ن. هذه تسمح لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات المنخفضة نسبيا التي من المحتمل مماثلة لتلك التي تحدث في الموقع. على الرغم من ذلك، يتم مناقشة بعض الجوانب المتعلقة بالحفر، وأداء أجهزة الاستشعار، والتحسينات المحتملة.

هو خطوة بسيطة لكنها حاسمة على ما يبدو أسلوب الاسترداد الأساسية الجيدة. واجهة الرواسب والمياه يجب أن تفي بمعايير ثلاثة: (ط) أي تعديل في تركيبته الكيميا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقدمت "الحكومة الإسبانية" الأموال من خلال وزارة للتعليم زمالة بريدوكتورال رساام-لام (FPU12-00644) والمنح البحثية من وزارة دي ايكونوميا y كومبيتيتيفيداد: نيتروبير (CGL2010-19737)، كلمن (CGL2013-45348-ف)، نقل ( CGL2016-80124-C2-1-P). مشروع ريبليم (إينري-"البرنامج الأقاليمي". يوان-الاتحاد الأوروبي. EFA056/15) يدعم الكتابة النهائية للبروتوكول.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
محفور الجاذبية المقتبس من الرسول	-		المرجع في المخطوطة. من صنع جلو ، ج.
أنبوب أخذ العينات	-		أكريليك. الأبعاد: 100 سم (ح) & مرات ؛ 6.35 سم (د) & مرات ؛ 6.50 سم (D). شحذ حافة أنبوب أخذ العينات الذي يخترق الرواسب لتقليل الاضطراب في عينة قلب الرواسب المستردة.
مسبار محمول	Plastimo	38074	Echotest II أسلم العمق.
سدادة مطاطية	VWR	DENE1012114	مع فتحتين ، تستخدم لخلط N_{2< / sub>O-water في غرفة المعايرة. الأبعاد: 20 مم (ح) والأوقات ؛ 14 مم (د) & مرات ؛ 18 مم (D) (ثقب 3 مم (D)).}
سدادة مطاطية	VWR	217-0125	لإغلاق الجزء السفلي من أنبوب الميثاكريلات وأخذ عينات في المسطحات المائية الضحلة. الأبعاد: 45 مم (ساعة) والمرات ؛ 56 مم (د) & مرات ؛ 65 مم (D).
سدادة مطاطية	VWR	217-0126	ضع السدادة المطاطية في الجانب العلوي من أنبوب أخذ العينات للحصول على فراغ لأخذ العينات في المناطق الساحلية والمسطحات المائية الضحلة. الأبعاد: 50 مم (ارتفاع) × 60 مم (عمق) × 70 مم (عمق).
غطاء PVC	-		لإغلاق الجزء الجانبي العلوي من أنبوب الأكريليك. الأبعاد: 45 مم (ساعة) والمرات ؛ 56 مم (د) & مرات ؛ 65 مم (D). الأبعاد: 65 مم (D).
شريط لاصق	-		مقاوم للماء. لضمان جميع الوصلات (أنبوب أخذ عينات الغطاء PVC ومستشعر غطاء PVC) وتجنب تسرب المياه.
ميزان الحرارة	-		محمول ومقاوم للماء ، لقياس درجة الحرارة في الماء الذي يغطي الرواسب بعد أخذ عينات من النوى مباشرة.
نظام تحديد المواقع العالمي (GPS	) -		لحفظ موقع موقع أخذ العينات الجديد أو للوصول إلى موقع سابق.
الخوض	-		لأخذ عينات الموقع الساحلي أو الضحل.
قارب	-		القارب القابل للنفخ هو الخيار الأفضل لخفته إذا لم يكن من الممكن الوصول إلى موقع أخذ العينات بالسيارة.
حبل	-		حبل بعلامات توضح طوله (على سبيل المثال ، تم تمييزه برمز لون لتمييز كل متر).
N_{2< / sub>O زجاجة غاز ومخفض ضغط}	Abell & oacute ؛ Linde	32768-100	مرجع زجاجة الغاز.
C_{2< / sub>H_{2< / sub> زجاجة غاز ومخفض ضغط}}	Abell & oacute ؛ Linde	32468-100	مرجع زجاجة الغاز.
الأنبوب المستخدم لتفريغ فائض الماء	-		يتكون من جزء صلب (على سبيل المثال ، طرف ماصة سعة 5 مل بدون أضيق طرفه) يتم إدخاله في أنبوب سيليكون.
مستشعر أكسيد النيتروز الصغير مع كاب	Unisense	N2O-R	نستخدم 4 مستشعرات في المرة الواحدة.
Microsensor multimeter 4 Ch. 4 قنوات pA	Unisense	Multimeter	Picoammeter مسجلة على جهاز كمبيوتر محمول. يسمح الجهاز القياسي بتوصيلات مقياس بيكوأمبير مستشعر (على سبيل المثال ، مستشعر N_{2< / sub>O) ، وواحد درجة حموضة / مللي فولت ومقياس حرارة. لقد طلبنا جهازا بأربعة وصلات بيكوأميتر ، مما يسمح باستخدام 4 مستشعرات N_{2< / sub>O في وقت واحد.}}
SensorTrace Basic 3.0 Windows	Unisense		Sensor.
غرفة المعايرة بما في ذلك المضخة	معايرة Unisense	CAL300	. قمنا بضبطه باستخدام سدادات ومحاقن مطاطية لخلط N₂O-water دون صنع فقاعات.
غرفة الحضانة	Ibercex	E-600-BV	معدات لا غنى عنها للعمل في درجة حرارة ثابتة (& plusmn; 0.3 درجة ؛ ج). كما يسمح بالتحكم في الفترة الضوئية.
النمام الكهربائي	-		جزء من نظام التحريك. إنه معلق في الماء ، ويغطى موضوع الرواسب ، بواسطة خط صيد مرتبط بغطاء PVC.
المغناطيس الكهربائي	-		جزء من نظام التحريك. يتم تثبيته على السطح الخارجي لأنبوب الأكريليك ، تقريبا على نفس مستوى المحرك. يتم تنشيطه عرضيا (حوالي 1 تشغيل وإيقاف لكل ثانية) بواسطة دائرة ، مما يجذب النمام عندما يكون قيد التشغيل ويطلقه عند إيقاف تشغيله ، وبالتالي توليد الحركة التي تثير الماء.
دائرة النبض الكهرومغناطيسي	-		جزء من نظام التحريك. يتم توصيله بواسطة أسلاك بالمغناطيس الكهربائي ويرسل نبضات من التيار تقوم بتشغيل المغناطيس الكهربائي وإيقاف تشغيله.
مصدر طاقة غير منقطع (UPS)	-		إنه يحسن جودة الطاقة الكهربائية التي تصل إلى جهاز القياس ، وتصفية الارتفاعات والانخفاضات في الجهد ، وبالتالي ضمان إشارة مستشعر N_{2< / sub>O أكثر ثباتا واستقرارا.}

برنامج برنامج الحصول على بيانات غرفة

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rockstrom, J., et al. A safe operating space for humanity. Nature. 461 (7263), 472-475 (2009).
Erisman, J. W., Galloway, J., Seitzinger, S., Bleeker, A., Butterbach-Bahl, K. Reactive nitrogen in the environment and its effect on climate change. Current Opinion in Environmental Sustainability. 3 (5), 281-290 (2011).
Gruber, N., Galloway, J. N. An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature. 451 (7176), 293-296 (2008).
Tiedje, J. M. Ch. 4. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium. Environmental Microbiology of Anaerobes. Vol. 717. Zehnder, A. J. B. , John Wiley and Sons. 179-244 (1988).
Seitzinger, S., et al. Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis. Ecological Applications. 16 (6), 2064-2090 (2006).
Contribution of Working Group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , Cambridge University Press. (2013).
Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., Portmann, R. W. Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century. Science. 326 (5949), 123-125 (2009).
Balderston, W. L., Sherr, B., Payne, W. Blockage by acetylene of nitrous oxide reduction in Pseudomonas perfectomarinus. Applied and Environmental Microbiology. 31 (4), 504-508 (1976).
Yoshinari, T., Knowles, R. Acetylene inhibition of nitrous-oxide reduction by denitrifying bacteria. Biochemical and Biophysical Research Communications. 69 (3), 705-710 (1976).
Groffman, P. M., et al. Methods for measuring denitrification: Diverse approaches to a difficult problem. Ecological Applications. 16 (6), 2091-2122 (2006).
Sorensen, J. Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique. Applied and Environmental Microbiology. 36 (1), 139-143 (1978).
Revsbech, N. P., Nielsen, L. P., Christensen, P. B., Sorensen, J. Combined oxygen and nitrous-oxide microsensor for denitrification studies. Applied and Environmental Microbiology. 54 (9), 2245-2249 (1988).
Jorgensen, K. S. Annual pattern of denitrification and nitrate ammonification in estuarine sediment. Applied and Environmental Microbiology. 55 (7), 1841-1847 (1989).
Laverman, A. M., Van Cappellen, P., van Rotterdam-Los, D., Pallud, C., Abell, J. Potential rates and pathways of microbial nitrate reduction in coastal sediments. FEMS Microbiology Ecology. 58 (2), 179-192 (2006).
Ambus, P. Control of denitrification enzyme-activity in a streamside soil. FEMS Microbiology Ecology. 102 (3-4), 225-234 (1993).
Christensen, P. B., Rysgaard, S., Sloth, N. P., Dalsgaard, T., Schwærter, S. Sediment mineralization, nutrient fluxes, denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in an estuarine fjord with sea cage trout farms. Aquatic Microbial Ecology. 21 (1), 73-84 (2000).
Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. Denitrification Temperature Dependence in Remote, Cold, and N-Poor Lake Sediments. Water Resources Research. 54 (2), 1161-1173 (2018).
Nitrous Oxide sensor user manual. , UNISENSE A/S. (2011).
Glew, J. Miniature gravity corer for recovering short sediment cores. Journal of Paleolimnology. 5 (3), 285-287 (1991).
Andersen, K., Kjaer, T., Revsbech, N. P. An oxygen insensitive microsensor for nitrous oxide. Sensors and Actuators B-Chemical. 81 (1), 42-48 (2001).
Weiss, R. F., Price, B. A. Nitrous oxide solubility in water and seawater. Marine Chemistry. 8 (4), 347-359 (1980).
Nitrous Oxide Microsensors Specifications. , UNISENSE A/S. (2018).
Koike, I. Ch. 18. Measurement of sediment denitrification using 15-N tracer method. Denitrification in Soil and Sediment 10.1007/978-1-4757-9969-9 F.E.M.S. Symposium Series. Revsbech, N. P., Sørensen, J. , Springer US. 291-300 (1990).
Hvorslev, M. J. Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes. , American Society of Civil Engineers, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, U.S. Army. 521(1949).
Glew, J. R., Smol, J. P., Last, W. M. Ch. 5. Sediment Core Collection and Extrusion. Tracking Environmental Change Using Lake Sediments: Basin Analysis, Coring, and Chronological Techniques. Last, W. M., Smol, J. P. 1, Springer. Netherlands. 73-105 (2001).
Behrendt, A., de Beer, D., Stief, P. Vertical activity distribution of dissimilatory nitrate reduction in coastal marine sediments. Biogeosciences. 10 (11), 7509-7523 (2013).
Laverman, A. M., Meile, C., Van Cappellen, P., Wieringa, E. B. A. Vertical distribution of denitrification in an estuarine sediment: Integrating sediment flowthrough reactor experiments and microprofiling via reactive transport modeling. Applied and Environmental Microbiology. 73 (1), 40-47 (2007).
Melton, E. D., Stief, P., Behrens, S., Kappler, A., Schmidt, C. High spatial resolution of distribution and interconnections between Fe- and N-redox processes in profundal lake sediments. Environmental Microbiology. 16 (10), 3287-3303 (2014).
SensorTrace BASIC 3.0 user manual. , UNISENSE A/S. (2010).
Schwing, P. T., et al. Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod. Journal of visualized experiments. (114), 54363(2016).
Bernhardt, E. S. Ecology. Cleaner lakes are dirtier lakes. Science. 342 (6155), 205-206 (2013).
Finlay, J. C., Small, G. E., Sterner, R. W. Human influences on nitrogen removal in lakes. Science. 342 (6155), 247-250 (2013).
Seitzinger, S. P. Denitrification in fresh-water and coastal marine ecosystems- ecological and geochemical significance. Limnology and Oceanography. 33 (4), 702-724 (1988).
Seitzinger, S. P., Nielsen, L. P., Caffrey, J., Christensen, P. B. Denitrification measurements in aquatic sediments - a comparison of 3 methods. Biogeochemistry. 23 (3), 147-167 (1993).
Christensen, P. B., Nielsen, L. P., Revsbech, N. P., Sorensen, J. Microzonation of denitrification activity in stream sediments as studied with a combined oxygen and nitrous-oxide microsensor. Applied and Environmental Microbiology. 55 (5), 1234-1241 (1989).
Peter, N. L. Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing. FEMS Microbiology Ecology. 9 (4), 357-361 (1992).
Risgaard-Petersen, N., Nielsen, L. P., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Meyer, R. L. Application of the isotope pairing technique in sediments where anammox and denitrification coexist. Limnology and Oceanography-Methods. 1, 63-73 (2003).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

N2O N2O

تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون2س ميكروسينسورس

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة

تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون₂س ميكروسينسورس