وترد هنا طريقة/مرفق فعال من حيث التكلفة وقابل للنقل لقياس الإنتاجية الأولية للحصائر الميكروبية في ظل درجة الحرارة البيئية الفعلية في الموقع وظروف الإضاءة. يعتمد الإعداد التجريبي على المواد المتاحة على نطاق واسع ويمكن استخدامه في ظل ظروف مختلفة مع توفير مزايا النماذج القائمة على المختبر.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
طريقة منخفضة التكلفة لقياس الإنتاجية الأولية في الموقع لمجتمعات Periphyton في المياه العدسية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يمكن أن يوضح قياس الإنتاجية الأولية في الموقع ل periphyton خلال تدرج موسم النمو التأثير الكمي للدوافع البيئية (تركيز الفوسفور وكثافة الضوء بشكل أساسي) وتكوين الأنواع على الإنتاجية الأولية. الإنتاجية الأولية مدفوعة بشكل أساسي بكثافة الضوء ودرجة الحرارة وتوافر العناصر الغذائية وتوزيع الأنواع الأيونية لنظام الكربونات في أعماق المنطقة ذات الصلة. إنه نظام معقد يصعب محاكاته في المختبر. تسمح هذه البارجة العائمة الرخيصة والقابلة للنقل وسهلة البناء بقياس الإنتاجية الأولية بدقة - مباشرة في ظل الظروف الطبيعية الفعلية. تعتمد المنهجية على قياس الإنتاجية الأولية في الوقت الفعلي باستخدام مستشعرات الأكسجين غير الباضعة المدمجة في عبوات زجاجية محكمة الغلق ، مما يتيح مراقبة تدفق الأكسجين عبر الإنترنت وتوفير رؤى جديدة حول أنشطة التمثيل الغذائي. ويمكن للقياسات الموسمية التفصيلية في الموقع للإنتاجية الأولية الإجمالية للحصائر الميكروبية (أو غيرها من الكائنات القاعية) أن تحسن المعرفة الحالية بالعمليات التي تتحكم في ديناميات الإنتاجية الأولية في المياه العدسية.
المقدمة
الإنتاجية الأولية هي المدخل الوحيد للكربون الأصلي في النظم المائية التي تشكل شبكة الغذاء للنظام بأكمله1. ومن ثم ، فإن التقدير الدقيق للإنتاجية الأولية هو خطوة أساسية نحو فهم أداء النظم الإيكولوجية المائية. المناطق الساحلية هي مناطق ذات إنتاجية أولية عالية وتنوع بيولوجي. بالإضافة إلى العوالق النباتية ، يفترض أن periphyton (المشار إليها فيما يلي باسم الحصائر الميكروبية) والطحالب الكبيرة تساهم بشكل كبير في الإنتاجية الأولية في المناطق الساحلية2. نظرا لنمط حياتهم اللاطئ وعدم التجانس المكاني الكبير ، فإن القياس الكمي للإنتاجية الأولية ليس بالأمر الهين.
الإنتاجية الأولية مدفوعة بشكل أساسي بكثافة الضوء ودرجة الحرارة وتوافر العناصر الغذائية وتوزيع الأنواع الأيونية لنظام الكربونات في أعماق المناطق euphotic 3,4. يؤثر العمق بشكل ملحوظ على التوزيع المكاني للحصائر الميكروبية. يجب على المجتمعات الميكروبية التعامل مع الآثار الضارة للإشعاع العالي والتغيرات الموسمية الواضحة في درجات الحرارة في الأعماق الضحلة ومع انخفاض كثافة الضوء في أعماق أكبر. بالإضافة إلى تدرج العمق ، تولد التفاعلات الغذائية الديناميكية أنماطا مكانية متعددة ومعقدة بمقاييس مختلفة5. هذا النظام المعقد معقد للمحاكاة في المختبر. الطريقة الأكثر دقة لاستنتاج النشاط الأيضي للمنتجين الأوليين الفرديين من المناطق الساحلية هي إجراء تجارب في الموقع.
تعتمد المنهجية المقدمة في هذه الورقة على طريقة الغرفة التقليدية2،6،7 ، جنبا إلى جنب مع بارجة عائمة منخفضة التكلفة قابلة للنقل وسهلة البناء. وهذا يسمح بقياس الإنتاجية الأولية على أعماق مختلفة تحت طيف الضوء الطبيعي ودرجة الحرارة والتوزيع المختلف للأنواع الأيونية لنظام الكربونات مع العمق. تعتمد الطريقة على مبدأ الضوء مقابل أكسجين الزجاجة المظلمة ، والذي تم استخدامه لأول مرة لقياس التمثيل الضوئي للعوالق النباتية 6 ولا يزال يستخدم بشكل شائع 6,7. يقارن معدل التغير في الأكسجين في الزجاجات المحفوظة في الضوء (والذي يتضمن تأثيرات الإنتاجية الأولية والتنفس) مع تلك الموجودة في الظلام (التنفس فقط)8. تستخدم الطريقة تطور الأكسجين (التمثيل الضوئي) كبديل للإنتاجية الأولية. المتغيرات المقاسة هي صافي إنتاجية النظام الإيكولوجي (NEP ، كتغيير في تركيز O 2 بمرور الوقت في ظروف الإضاءة) وتنفس النظام البيئي (RE ، كتغيير في تركيز O2 بمرور الوقت في الظلام). الإنتاجية الإجمالية للنظام الإيكولوجي (GEP) هي حساب الفرق بين الاثنين (الجدول 1). يستخدم مصطلح «النظام البيئي» هنا للدلالة على أن الزهرة المحيطة تتكون من كائنات ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية. يتمثل أهم تحسين في طريقة الغرفة التقليدية هذه في استخدام مستشعرات بصرية للأكسجين غير الغازية وتحسين طريقة العوالق الأساسية هذه لقياس الإنتاجية الأولية المحيطة.
تم وصف هذه التقنية في مثال قياس الحصائر الميكروبية في المنطقة الساحلية لبحيرات ما بعد التعدين الناشئة حديثا في جمهورية التشيك - ميلادا ، موست ، وميدار. يتم تحديد النشاط الأيضي للحصائر الميكروبية باستخدام القياس المباشر في الموقع لتدفقات O2 التي يتم إجراؤها مباشرة على أعماق محددة ، حيث تحدث المجتمعات المدروسة بشكل طبيعي. يتم قياس النشاط غير المتجانس والضوئي في زجاجات زجاجية مغلقة مزودة بأجهزة استشعار الأكسجين البصري غير الغازية. تكتشف هذه المستشعرات الضغط الجزئي للأكسجين باستخدام مضان الأصباغ الحساسة للضوء. يتم تعليق الزجاجات ذات الحصائر الميكروبية وتحضينها على جهاز عائم في الأعماق المناسبة. تم قياس تركيز الأكسجين داخل الزجاجات بشكل مستمر خلال فترة النهار من القارب الصغير.
يتم جمع عينات من الحصائر الميكروبية السليمة ووضعها في زجاجات حضانة محكمة الغلق على أعماق محددة من قبل الغواصين. تم تجهيز كل زجاجة بجهاز استشعار دقيق للأكسجين البصري غير الباضع ، والذي يراقب إنتاجية / استهلاك O2 بمرور الوقت. تتم جميع القياسات في خمسة أزواج مظلمة / فاتحة مكررة في كل عمق. يتم قياس درجة الحرارة وشدة الإشعاع النشط ضوئيا (PHAR) على أعماق كل منها طوال فترة الحضانة. بعد 6 ساعات من الحضانة في الموقع (ساعات النهار) ، يتم حصاد الحصائر الميكروبية من الزجاجات وتجفيفها. يتم تطبيع تدفقات O2 إلى الكتلة الحيوية الميكروبية. كعنصر تحكم ، يتم تصحيح التدفقات للتغيرات في تركيز O2 في زجاجات منفصلة مانعة لتسرب الغاز الفاتح والداكن (أدوات تحكم فارغة) تحتوي على مياه البحيرة بدون الكتلة الحيوية للحصيرة الميكروبية. فيما يلي إرشادات مفصلة لبناء البارجة العائمة وإجراء التجربة بأكملها خطوة بخطوة. تقدم هذه الورقة أيضا نتائج تمثيلية من قياسات الحصائر الميكروبية على عمقين (1 م و 2 م) ، مع خمس نسخ متماثلة في كل عمق. تم قياس درجة الحرارة الفعلية وشدة الضوء خلال التجربة بأكملها باستخدام أجهزة تسجيل البيانات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
ملاحظة: قبل أخذ العينات، حدد درجة النسخ المتماثلة بناء على احتياجات المشروع الإجمالية أو التصميم الإحصائي أو الكمية المتوقعة من تباين العينة. تم اقتراح خمسة أزواج مكررة من زجاجات الحضانة الفاتحة والداكنة للتحليل الإحصائي الدقيق ولحساب فقدان العينات المحتمل أو كسرها. تم تصميم البارجة التجريبية العائمة الموصوفة لتحمل خمس نسخ مكررة بالإضافة إلى زوج واحد من عناصر التحكم الفارغة. انظر الشكل 1 للحصول على رسم فني للبارجة التجريبية.
الشكل 1: الرسومات الفنية للبارجة التجريبية والعوامة الجانبية. (أ) المنظر العلوي: يتكون إطار البارجة من أربع قطع جانبية بزاوية الألومنيوم L (أزرق) متصلة ببعضها البعض بأربعة قضبان مسطحة من الألومنيوم (رمادي). يتم تثبيت عوامات XPS (الوردي) على الإطار عند نقطتين ، كل واحدة على قطع الألومنيوم المتوازية. يتم إرفاق سلاسل زجاجات الحضانة بالإطار على كلا الجانبين باستخدام خطافات مفاجئة في ثقوب مسبقة الحفر (أسهم حمراء) مع 550 مم من الفصل بينهما. تم تزويد السلاسل بخطافات مفاجئة على مسافات 1 م و 2 م لربط زجاجة الحضانة (اختر موضع الخطافات المفاجئة وفقا للعمق التجريبي). يتم تثبيت المرساة الخرسانية على مقدمة البارجة ، حيث يسمح البروز البالغ 25 مم بفتحتين محفورتين مسبقا (رؤوس أسهم صفراء) لتكون بمثابة نقطة ربط لسلسلة المرساة وسفينة الأبحاث. يتم تجميع الإطار أو تفكيكه بسهولة عبر المفاصل المتوازية بين قطع زاوية الألومنيوم الأربعة (رؤوس الأسهم الخضراء). (ب) يظهر المنظر الجانبي السلاسل المعلقة مع زجاجات حضانة معلقة ومرساة خرسانية (مربع بني). (C) تعويم XPS الجانبي: يتم ربط قطع L ذات الزاوية المتوازية من الألومنيوم (الأزرق) بقضبان مسطحة عمودية من الألومنيوم (رمادي). أسفل قسم العارضة ، يتم تثبيت تعويم XPS (الوردي) بأحجام الفتحات اللازمة المشار إليها (4 مم). يتم إرفاق السلاسل المعلقة بخطافات مفاجئة في ثقوب 8 مم (رأس سهم أحمر). عند مقدمة البارجة ، يتم حفر ثقبين مقاس 8 مم في الألمنيوم المتدلي ، أحدهما لتأمين المرساة على البارجة (رأس السهم الأصفر) والآخر لإرساء سفينة الأبحاث على البارجة (أزرق). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
1. بناء البارجة التجريبية
ملاحظة: تتكون البارجة العائمة من قسمين متساويين مثبتين معا ، مما يسمح بسهولة التجميع / التفكيك. يمكن شراء جميع الأجزاء المستعملة من أي سوق هواية أو متجر لبيع مواد البناء.
- أولا ، قم بتجميع إطار البارجة عن طريق ربط أربع قطع من الألومنيوم بزاوية L (40 مم × 40 مم × 3 مم ؛ طول 2000 مم) معا باستخدام أربعة قضبان مسطحة من الألومنيوم (40 مم × 3 مم × 350 مم) ، 16 برغيا (4 مم × 15 مم مع صواميل سداسية) ، و 32 غسالة (4 مم × 10 مم).
ملاحظة: تظهر مسافة وموضع القضبان المسطحة في الرسم الفني في الشكل 1 أ. يظهر المرفق التفصيلي للعوامات بالقضبان الجانبية المسطحة في الشكل 1 ب. - للانضمام إلى القسمين المتساويين من الإطار ، استخدم أربعة براغي مقاس 4 مم × 15 مم مع صواميل مجنحة وثمانية غسالات مقاس 4 مم × 10 مم لربط مقاطع L بزاوية الألومنيوم معا في النهايات (الشكل 1 أ ، الأسهم الخضراء).
- استخدم خمس قطع من مادة البوليسترين المبثوق (XPS) (500 مم × 200 مم × 150 مم) ، وعشرة براغي 10 مم × 170 مم مع صواميل سداسية ، وعشرين غسالات 10 مم × 50 مم لتحضير خمس عوامات من البوليسترين المبثوق (500 مم × 200 مم × 150 مم لكل منهما). قم بتوصيل العوامات بالإطار عند خمس نقاط موضحة في الرسم الفني (الشكل 1 أ).
- حفر ثقوب في الإطار (انظر الأسهم الحمراء في الشكل 1A التي تحدد مواقع ومسافات ثقوب السلاسل). قم بتوصيل السلاسل الفولاذية بطول 12 مترا (قطر السلك 3 مم ، وصلة داخلية 5.5 مم × 26 مم) لزجاجات الحضانة بالثقوب الموجودة في الإطار باستخدام خطافات كارابين فولاذية (50 مم × 5 مم). تزويد كل سلسلة بأزواج من الخطافات المفاجئة (50 مم × 5 مم) لتركيب زجاجات الحضانة بالعمق المطلوب وفقا للتصميم التجريبي. في هذه الحالة ، كانوا يجلسون على عمق 1 متر و 2 متر.
- بالنسبة للمرساة ، املأ دلو سعة 15 لترا بالخرسانة. أدخل مسمار العين في الخرسانة واتركها تجف دون عائق. اربط السلسلة الفولاذية بطول 5 أمتار بالخطاف. قم بتأمين المرساة في الفتحة المحفورة مسبقا على قوس البارجة (المميزة بأسهم صفراء في الشكل 1 أ ، ب).
ملاحظة: الرسومات الفنية مع وصف التجميع موضحة في الشكل 1A-C. يوضح الشكل 2 صورة البارجة التجريبية المجمعة. يوضح الشكل 3 ارتباط زجاجات الحضانة بالسلسلة.
الشكل 2: بارجة تجريبية مجمعة. صورة للبارجة التجريبية المجمعة. تظهر رؤوس الأسهم الحمراء ثقوب ربط السلاسل بزجاجات الحضانة. تشير رؤوس الأسهم الخضراء إلى المكان الذي يتم فيه ربط نصفي العوامة معا. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
الشكل 3: زجاجات الحضانة. صورة لزوجين من زجاجات الحضانة الداكنة والخفيفة معلقة على عمق 1 متر. زوج واحد من الزجاجات يحتوي على عينة من الحصائر الميكروبية السليمة التي لا تزال تنمو على الحجر (رأس السهم الأحمر). والثاني هو الزجاجة الفارغة مع مياه البحيرة من العمق المعني. يشير رأس سهم أصفر إلى بقعة مستشعر الأكسجين المتصلة بالجدار الداخلي لزجاجة الحضانة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
2. التثبيت في الميدان
- يقترح استخدام قوارب الكاياك القابلة للنفخ لوضع البارجة وإجراء التجارب لأنها قابلة للنقل بسهولة.
- حدد مكانا بعمق مثالي لتثبيت العوامة. اختر العمق بحيث تكون زجاجات الحضانة السفلية على ارتفاع 2 متر على الأقل فوق القاع لتجنب إزعاج الرواسب في عمود الماء حول زجاجات الحضانة.
- نعلق البارجة المجمعة خلف مؤخرة القارب. قم بخفض المرساة بعناية على طول جانب القارب وقم بمحاذاتها بحيث تتدلى قليلا تحت سطح الماء بحيث يمكن سحب العوامة بسهولة مع المرساة إلى البقعة بالعمق المطلوب.
- قم بفك المرساة من القارب ، وقم بخفضها إلى الأسفل ، وقم بتأمين البارجة بسلسلة المرساة.
- تأمين السلاسل لربط زجاجات الحضانة إلى البارجة.
3. إعداد زجاجة الحضانة
- استخدم الزجاجات الشفافة ذات العنق العريض سعة 0.5 لتر مع موانع تسرب مانعة للغاز.
ملاحظة: من الممكن ضبط حجم الزجاجات ولكن تذكر زيادة تعويم البارجة بمزيد من ألواح البوليسترين أيضا. يمكن للبارجة الموصوفة هنا أن تحمل بشكل موثوق 24 زجاجة زجاجية سعة 0.5 لتر. - قم بتوصيل بقع مستشعر الأكسجين البصري بالجدار الداخلي لكل زجاجة.
- أضف طبقة معتمة إلى زجاجات المعالجة الداكنة عن طريق لفها بشريط كهربائي أسود.
- قطع حفرة صغيرة في بقعة مع الاستشعار البصري. لمنع دخول الضوء إلى الزجاجة ، اجعل الفتحة أصغر قليلا من قطر المستشعر.
ملاحظة: أي طبقة معتمة تمنع الضوء من دخول الزجاجة ستعمل أيضا. ميزة الشريط الكهربائي الأسود هي أنه يقاوم التآكل ولا يتقشر في الماء.
4. جمع العينات والتعامل معها
ملاحظة: يقوم الغواصون بالجمع اليدوي للعينات في المياه العميقة. في المياه الضحلة ، يمكن القيام بذلك عن طريق الغطس أو الخوض في الماء.
- ضع زجاجات الحضانة في الصندوق المحمول.
- الغوص مع المربع إلى العمق المعني. تجنب إزعاج الرواسب في المياه المحيطة.
- املأ زجاجات الحضانة بالعينات بعناية. حاول إزعاج الكتلة الحيوية للعينة بأقل قدر ممكن ، على سبيل المثال ، باستخدام ملاقط طويلة. إذا نمت الحصائر الميكروبية على سطح صلب ، مثل حجر صغير ، فقم بنقل الحجر بالكامل بعناية مع الكتلة الحيوية السليمة إلى الزجاجة.
ملاحظة: تجنب جمع الأحجار الكبيرة عندما تنمو حصائر أخذ العينات على الحجارة - يمكن كسر الزجاجات أثناء مزيد من التلاعب. - املأ زوجا واحدا من الزجاجات الفاتحة / الداكنة بالماء النظيف من الأعماق المعنية لتكون بمثابة عناصر تحكم فارغة.
ملاحظة: تعمل الزجاجات التي لا تحتوي على عينة periphyton كعنصر تحكم يحدد إنتاج / استهلاك الأكسجين لكائنات المياه المحيطة. يضمن أن صافي الإنتاجية الأولية أو الإجمالية المحسوبة ل periphyton غير متحيزة. - تأكد من أن المياه في جميع زجاجات الحضانة نظيفة ولا تحتوي على رواسب مزعجة.
- أغلق الزجاجات وأحضرها إلى القارب الراسية على البارجة العائمة.
5. قياس الإنتاجية الأولية
ملاحظة: يأخذ الشخص الجالس في القارب الصندوق من الغواص وينفذ الخطوات التالية.
- قم بتوصيل أول زوجين من زجاجات الحضانة بالخطافات المفاجئة في السلسلة الأولى.
- قم بقياس تركيز الأكسجين الأولي في كل زجاجة باستخدام مقياس الأكسجين بالألياف الضوئية. قم بتوصيل الكبل البصري للعداد بمستشعر الأكسجين المثبت داخل الزجاجة وعلى الفور (في غضون ثوان قليلة) اقرأ تركيز O2 بدون تلامس (من خلال جدار الزجاجة). سجل القيمة المقاسة.
ملاحظة: وقت المناولة قصير. من أخذ الزجاجات من الغواصين إلى الإعداد الأولي إلى العمق المعني ، يستغرق الأمر بضع دقائق فقط. - بعد ذلك مباشرة ، قم بخفض السلسلة بعناية مع الزجاجات المرفقة مرة أخرى في الماء. تأكد من وضع زجاجات الحضانة على نفس عمق الكتلة الحيوية التي تم وضعها فيها.
- قم بإجراء قياس آخر من السفينة بعد 1 ساعة (انظر الملاحظة أدناه). اسحب بعناية كل سلسلة مع الزجاجات إلى القارب ، واقرأ قيمة الأكسجين عن طريق توصيل الكبل البصري بالمستشعر ، وخفض العينات في الماء مرة أخرى.
ملاحظة: اضبط الوقت بين القياسات الفردية أثناء الحضانة وفقا لشدة إنتاجية / استهلاك O2 للعينات لتجنب التشبع الزائد للزجاجات. - كرر هذا الإجراء أربع أو خمس مرات على الأقل مع جميع أزواج الزجاجات.
ملاحظة: يوضح الشكل 4 الإعداد الكامل للتجربة في الحقل.
الشكل 4: مخطط الإعداد التجريبي في الحقل. رسم توضيحي للبارجة التجريبية الراسية على سطح البحيرة. يتم تعليق زجاجات الحضانة (0.5 لتر) مع الكتلة الحيوية حصيرة الميكروبية على عمقين مختلفين (1 م و 2 م). جمع الغواصون عينات من الحصائر الميكروبية مباشرة في زجاجات الحضانة على الأعماق المناسبة. يتم قياس تركيز الأكسجين في زجاجات فردية من السفينة. يتم سحب الزجاجات من الماء. يتم قياس قيمة تركيز الأكسجين في بضع ثوان عن طريق توصيل كابل بصري بجهاز استشعار الأكسجين. ثم يتم إنزال الزجاجات بعناية مرة أخرى في الماء. يستغرق الإجراء الكامل لقياس زوجين من زجاجات الحضانة من عمقين ~ 2 دقيقة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
6. تحليل العينات
- بعد انتهاء القياسات ، خذ العينات مباشرة من الزجاجات ، وانقل الكتلة الحيوية للحصيرة الميكروبية إلى القوارير البلاستيكية الصغيرة. إذا نمت الحصائر على ركائز صلبة (مثل الحجارة) ، افركها بفرشاة أسنان أو سكين صغير.
- في المختبر ، قم بتصفية كل نسخة متماثلة من خلال مرشحات الألياف الزجاجية الموزونة مسبقا لتحديد الوزن الجاف9.
7. تحليل البيانات
- خلال فترة الحضانة ، قم بقياس تركيز الأكسجين في الزجاجات الفاتحة والداكنة وقارنه بتركيز الأكسجين في عمود الماء عند ملء الزجاجات.
ملاحظة: التغير في الأكسجين في الزجاجة الخفيفة بمرور الوقت هو النتيجة المجمعة لإنتاجية النظام البيئي الإجمالية (GEP) والتنفس من قبل جميع الكائنات الحية في الزجاجة (autotrophs و heterotrophs من المياه المحيطة والمجتمع المحيطي). يقيس انخفاض الأكسجين في الزجاجة المظلمة الخسائر التنفسية لكل من الكائنات الذاتية التغذية وغير الذاتية التغذية. التغير في تركيز الأكسجين في عنصر التحكم (أي الزجاجات التي لا تحتوي على periphyton) هو فقط نتاج الكائنات غير الذاتية التغذية أو ذاتية التغذية في المياه المحيطة. تم تقدير إنتاجية Periphyton والتنفس عن طريق طرح إنتاجية المياه المحيطة والتنفس المقاسة في زجاجات الحضانة الفارغة. - لاحظ تركيز O2 في نسبة تشبع الأكسجين (أي معايرة مستشعرات الأكسجين إلى 0٪ و 100٪ تشبع الأكسجين). قبل تقدير الإنتاجية الأولية ، قم بتحويل البيانات الأولية (
) إلى وحدة معقولة.
ملاحظة: في هذه الدراسة ، يتم تحويل البيانات إلى مليمول من O2 لكل جرام من المادة العضوية (OM) من كتلة periphyton على أساس الوزن الجاف ، وفقا ل Benson و Krause10.- احسب التحويل باستخدام المعادلة (1):
(1)
حيث Cp هو تركيز O 2 في الماء (mg (O 2) L-1) عندما يكون مشبعا بالكامل بواسطة O 2 ، VBottle هو حجم الزجاجة في مل ، VStones هو الحجم الذي يشغله الحجر في مل ، هو وزن كتلة periphyton في g ، و 32 هو الوزن المولي ل O 2. - احسب Cp باستخدام المعادلة (2):
(2)
حيث Cs هو التركيز القياسي O2 ، P هو الضغط الجوي على سطح البحيرة ، Pw هو الضغط الجزئي لبخار الماء على سطح البحيرة ، و ω هي كثافة الماء. - احسب Cs و ω و P و P w من المعادلات التجريبية المحددة مسبقا (3-6) عندما يكون ارتفاع البحيرة (h بالكيلومتر) ودرجة حرارة الماء على سطح البحيرة (t في درجة مئوية) معروفين:
(3)
(4)
(5)
(6)
ملاحظة: من المعادلات (1-6) ، من الواضح أن تركيز O2 المحسوب هو الأكثر دقة للأعماق الضحلة. مع زيادة العمق ، يصبح التركيز المحسوب أكثر تحيزا من حيث التركيز المطلق. إنه مثالي عندما يكون معدل تغير تركيز الأكسجين على طول العمق معروفا لكل بحيرة بحيث يمكن تصحيح تركيز O2 المطلق إذا لزم الأمر. بمجرد حساب تركيز O 2 ، يمكن استخدام تغييره بمرور الوقت لحساب تدفقين مختلفين من O2 في حالتين مختلفتين. وفي ظل ظروف الإضاءة، تتناسب الإنتاجية الصافية للنظام الإيكولوجي (NEP) تناسبا مباشرا مع التغير في تركيز O2 بمرور الوقت (انظر أدناه). يستخدم مصطلح «النظام البيئي» هنا للدلالة على أن الزهرة المحيطة تتكون من كائنات ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية. في الظلام ، يتناسب التغير في تركيز O2 بمرور الوقت مع مجموع الخسائر التنفسية للكائنات ذاتية التغذية وغير ذاتية التغذية ، وبالتالي تحديد تنفس النظام البيئي (RE). يحدد الفرق بين NEP و RE إجمالي إنتاجية النظام البيئي (GEP). وإذا كانت الخسائر التنفسية للجزء غير المتجانس من المجتمع المحلي لا تذكر، يصبح GEP مساويا لإنتاجية النظام الإيكولوجي الإجمالية.
- احسب التحويل باستخدام المعادلة (1):
- أوجد معدل تغير تركيز O2 بمرور الوقت عن طريق الانحدار متعدد الحدود من الدرجة الثالثة ، كما هو موضح في المعادلة (7).
(7)
حيث A 0 هو تركيز O 2 في الوقت صفر و A 1-A2 هي معاملات الانحدار متعدد الحدود.
ملاحظة: يتم استخدام الدالة كثيرة الحدود لأنها يمكن أن تكون بمثابة تقريب لأي معادلة تفاضلية. وبالتالي ، ليس من الضروري معرفة العلاقة الوظيفية الدقيقة بين تركيز O2 والوقت. لذلك ، لا يلزم التحكم في أي افتراض مرتبط بالعلاقة الوظيفية (على سبيل المثال ، الخطية). بحكم التعريف ، يحدد المصطلح الثاني للانحدار متعدد الحدود ، A 1 معدل تغير تركيز O 2 في الوقت صفر (أي المعدل الفوري) ، وهو مستقل عن A0 ، وبالتالي ، تركيز O 2 المطلق في الوقت صفر. لهذا السبب ، لا يتأثر تقدير تدفق O 2 بالتحيز في حسابات تركيز O2 المطلقة الناتجة عن تغير الضغط عبر تدرج العمق. يحتوي A 1 على وحدات O2 (mmol g (OM) -1) لكل مرة (1 ساعة في هذه الدراسة).- احسب A1 ، محسوبا بشكل منفصل للزجاجات مع أو بدون التعرض للضوء والتي تحتوي على الكتلة الحيوية للحصيرة الميكروبية (أي V Stones > 0) ولزجاجات التحكم مع أو بدون التعرض للضوء وتحتوي على مياه مجانية (أي V Stones = 0).
ملاحظة: بتعيين رموز
معاملات الانحدار المختلفة هذه ، و ، 
و ، على التوالي ، 
يمكن كتابة المعادلة (8) لحساب GEP للإنتاجية على 
النحو التالي:
(8.1)
(8.2)
(8.3)
ويعرف المصطلح صافي إنتاجية النظام الإيكولوجي (الشكل 5 ألف؛ أي صافي إنتاجية الأكسجين)، ويمثل المصطلح
مجموع التنفس الذاتي التغذية وغير الذاتية التغذية (الشكل 5 باء؛ RE ، أي بافتراض أن كلا التنفسين متشابهان في ظل ظروف الظلام والضوء). - اطرح R من NEP للحصول على GEP (الشكل 5C).
ملاحظة: تفترض المعادلة (8) ضمنيا أن وكلاهما موجب وكلاهما سالب. إذا كانت إيجابية ، فتحقق من البيانات الأولية بعناية بحثا عن القيم المتطرفة. يمكن أن تكون سلبية نظريا لأن خسائر الجهاز التنفسي الناجمة عن النشاط غير المتجانس يمكن أن تكون أعلى من نشاط التمثيل الضوئي.
- احسب A1 ، محسوبا بشكل منفصل للزجاجات مع أو بدون التعرض للضوء والتي تحتوي على الكتلة الحيوية للحصيرة الميكروبية (أي V Stones > 0) ولزجاجات التحكم مع أو بدون التعرض للضوء وتحتوي على مياه مجانية (أي V Stones = 0).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
الشكل 5: الإنتاجية الصافية والإجمالية للنظام الإيكولوجي للحصائر الميكروبية أثناء النهار. (أ) إنتاجية النظام الإيكولوجي لشبكة الزجاجات الخفيفة: بيانات الدورة الزمنية لصافي إنتاجية الأكسجين للحصائر الميكروبية من الزجاجات الخفيفة. تم قياس تغير تركيز الأكسجين في زجاجات الحضانة بعد 1 ساعة خلال النهار. الدوائر الرمادية: زجاجات مع عينات من الحصير الميكروبي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
تعتمد المنهجية الموضحة في هذه الورقة على مبدأ تقنية أكسجين الزجاجة الفاتحة والداكنة بالاقتران مع التقنية غير الباضعة لقياس تركيز O2 باستخدام مستشعرات الأكسجين البصرية. يسمح هذا النظام بالقياس المتوازي لإعدادات الحضانة المختلفة حيث يمكن نقل الألياف الضوئية لقياس O2 بسرعة من زجاجة إلى زجاجة. ويمكن أن تختلف المجتمعات القاعية من أعماق مختلفة في التكوين التصنيفي والإنتاجية؛ يمكن أن يؤدي قياسها في وقت واحد بطريقة متوازية إلى توفير الوقت وجعل النتائج أكثر دقة ، مما يتيح حساب ملفات تعريف كاملة العمق حيث ينم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يؤكد المؤلفون أنه ليس لديهم تضارب في المصالح للكشف عنه.
شكر وتقدير
تم دعم هذه الدراسة من قبل مؤسسة العلوم التشيكية (GACR 19-05791S) ، RVO 67985939 ، ومن قبل CAS ضمن برنامج استراتيجية AV 21 ، حفظ الأراضي واستعادتها. شكرا جزيلا ل Ondřej Sihelský لأخذ اللقطات في الميدان - بدونه ، كان التصوير سيكون جحيما كاملا. لن يكون المشروع ممكنا بدون تعاون وثيق مع الشركات ، Palivový Kombinát Ústí s.p. و Sokolovská Uhelná ، الذين أتاحوا الوصول إلى المناطق المدروسة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| زاوية الألومنيوم L الشخصي 40 × 40 مم × 3 مم ، الطول 2,000 مم | |||
| شريط مسطح من الألومنيوم 40 × 3 × 350 مم | |||
| دلو 15 لتر مع حشو الخرسانة ؛ | |||
| خطاف كارابين مع قفل لولبي 50 × 5 مم | |||
| شريط كهربائي أسود | |||
| مادة البوليسترين المبثوق (XPS) 500 × 200 × 150 مم | |||
| Fibox 3 تتبع LCD | PreSens Precision Sensing GmbH | أكسجين الألياف البصرية المستقل | |
| Hondex PS-7 Portable Depth Sounder | Hondex - هوندا إلكترونيات | لقياس المسافات عبر الماء - قياس العمق السفلي ؛ https://www.honda-el.net/industry/ps-7e | |
| KORKEN - برطمان زجاجي محكم الغلق 0.5 لتر | زجاجات حضانة ايكيا | ||
| خطاف معدني ؛ | |||
| مستشعر الأكسجين بقعة SP-PSt3-NAU-D5 | PreSens Precision Sensing GmbH | مستشعر الأكسجين البصري غير الجراحي للقياسات في ظل الظروف الحقيقية | |
| زورق كشافة للأطفال | GUMOTEX | https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C | |
| برغي 10 × 170 مم مع صواميل | |||
| برغي 4 × 15 مم مع سداسي المكسرات | |||
| المسمار 4 × 15 مم مع صواميل الجناح السنانير | |||
| المفاجئة 50 × 5 مم | |||
| خطاف فولاذي كارابين 50 × 5 مم | |||
| سلسلة فولاذية بقطر سلك 3 مم ، وصلة داخلية 5.5 × 26 مم | |||
| سلسلة فولاذية ، | |||
| ملاقط | |||
| 10 × 50 ملم | |||
| غسالة 4 × 10 ملم | |||
| غسالة 4 × 10 ملم |
المراجع
- Blachart, J. L., et al. Potential consequences of climate change for primary production and fish production in large marine ecosystems. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1605), 2979-2989 (2012).
- Howarth, R. W., Michaels, A. F. The Measurement of primary production in aquatic ecosystems. Methods in Ecosystem Science. Sala, O. E., Jackson, R. B., Mooney, H. A., Howarth, R. W. , Springer. New York, NY. 72-85 (2000).
- Vadenbecouer, Y. E. G., Peterson, M. J., Vander, Z., Kalff, J. Benthic algal production across lake size gradients: Interactions among morphometry, nutrients, and light. Ecology. 89 (9), 2542-2552 (2008).
- Reimer, A., Landmann, G., Kempe, S. Lake Van, eastern Anatolia, hydrochemistry and history. Aquatic Geochemistry. 15 (1), 195-222 (2009).
- Cantonati, M., Lowe, R. L. Lake benthic algae: toward an understanding of their ecology. Freshwater Sciences. 33 (2), 475-486 (2014).
- Gaarder, T., Gran, H. H. Investigation of the production of plankton in the Oslo Fjord. Rapports et Proces-verbaux des Réunions. Conseil International pour l'Éxploration de la Mer. 42, 1-48 (1927).
- Hall, R. O., Thomas, S., Gaiser, E. E. Measuring Freshwater Primary Productivity and Respiration. Principles and Standards for Measuring Primary Productivity. Fahey, T. J., Knapp, A. K. , Oxford Academic. New York. The Long-Term Ecological Research Network Series (2007).
- Howart, R., Michaels, A. Chapter 6 The Measurement of Primary Production in Aquatic Ecosystems. Springer Science and Business Media LLC. , (2000).
- Kopáček, J., Hejzlar, J. Semi-micro determination of total phosphorus in soils, sediments, and organic materials: a simplified perchloric acid digestion procedure. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (11-12), 1935-1946 (1995).
- Benson, B. B., Krause, D. The concentration and isotopic fractionation of oxygen dissolved in freshwater and seawater in equilibrium with the atmosphere1. Limnology and Oceanography. 29 (3), 620-632 (1984).
- Dodds, W. K., Biggs, B. J., Lowe, R. L. Photosynthesis-irradiance patterns in benthic microalgae: variations as a function of assemblage thickness and community structure. Journal of Phycology. 35 (1), 42-53 (1999).
- Bott, T. L., et al. An evaluation of techniques for measuring periphyton metabolism in chambers. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (3), 715-725 (1997).
- Blankenship, R. E. Structural and functional dynamics of photosynthetic antenna complexes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (45), 13751-13752 (2015).
- Hawes, I., Schwartz, A. -M. Photosynthesis in an extreme shade environment, benthic microbial mats from Lake Hoare, a permanently ice-covered Antarctic lake. Journal of Phycology. 35 (3), 448-459 (1999).
- Aristegui, J., et al. Planktonic primary production and microbial respiration measured by 14C assimilation and dissolved oxygen changes in coastal waters of the Antarctic peninsula during austral summer: Implications for carbon flux studies. Marine Ecology-Progress Series. 132, 191-201 (1996).
- Steemann-Nielsen, C. The use of radioactive carbon (14C) for measuring organic production in the sea. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 18 (2), 117-140 (1952).
- Sanz-Martín, M., et al. Relationship between carbon-and oxygen-based primary productivity in the Arctic Ocean, svalbard archipelago. Frontiers in Marine Science. 6, 468(2019).
- Nielsen, E. S. Measurement of the production of organic matter in the sea by means of carbon-14. Nature. 167 (4252), 684-685 (1951).
- Jönsson, B. A 14C-incubation technique for measuring microphytobenthic primary productivity in intact sediment cores. Limnology and Oceanography. 36 (7), 1485-1492 (1991).
- Bender, M. L., et al. A comparison of four methods for determining planktonic community production. Limnology and Oceanography. 32 (5), 1085-1098 (1987).
- Šimek, K., et al. Spatio-temporal patterns of bacterioplankton productivity and community composition related to phytoplankton composition and protistan bacterivory in a dam reservoir. Aquatic Microbial Ecology. 51 (3), 249-262 (2008).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
