فهم الذائب المواد العضوية الكيمياء الحيوية من خلال

الهدف العام من طريقة نبض المغذيات هذه هو التلاعب بشكل غير مباشر بمخزون المواد العضوية الذائبة في الوسط المحيط لفهم كيفية استجابة هذا المخزون من المواد العضوية للتغيرات في تركيز المغذيات. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال الكيمياء الحيوية الجيولوجية للجداول، مثل كيفية ارتباط دورات المواد العضوية والمغذيات. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه الطريقة في أنها تمثل تلاعباً بالنظام البيئي بأكمله ويمكن تكرارها بسهولة.

تمتد تداعيات هذه التقنية إلى تصدير الكربون والنيتروجين من حوض التصريف المائي، حيث يحدد التفاعل بين هذه العناصر كيفية الاحتفاظ بها داخل المجرى المائي. لقد خطرت لنا فكرة هذه التقنية لأول مرة عندما أدركنا أن نهج "كتلة المغذيات" (nutrient slug) قد خلق نطاقاً ديناميكياً من تركيزات المغذيات، وأن تركيزات المواد العضوية الذائبة كانت حساسة تجاه هذه التغيرات. للبدء، قم بتثبيت مقياس الموصلية الميداني، مع اختيار موقع يبعد حوالي 0.5 إلى 1.0 متر عكس اتجاه التيار من موقع جمع العينات.

سيظل المقياس في مكانه طوال فترة التجربة. بعد ذلك، تُشطف زجاجات بولي إيثيلين عالي الكثافة مغسولة بالحمض ثلاث مرات، وتُستخدم لجمع عينات عشوائية خلفية بحجم 125 milliliters في ثلاث مكررات عند موقع الإضافة، ثم عند موقع الجمع في المقطع التجريبي. وتُستخدم هذه العينات لتحديد التركيزات المحيطة قبل إضافة المحلول.

سجل الموصلية الكهربائية الخلفية لتدفق المجرى قبل إضافة المواد المذابة. ثم سجل وقت الجمع والموصلية الكهربائية لعينات الخلفية التي تم جمعها. أولاً، اجمع مياه المجرى باستخدام وعاء كبير.

ثم أضف جميع الكواشف وتأكد من ذوبان المواد المذابة تماماً. قم بتتبع كمية الماء المضافة. اشطف أوعية الكواشف ثلاث مرات بمياه جارية إضافية واسكب سائل الشطف في حاوية المحلول.

قم بتحريك المحلول باستخدام عصا تحريك نظيفة حتى تذوب جميع الكواشف. ضع ملصقاً مناسباً على زجاجة من البولي إيثيلين عالي الكثافة سعة 60 ملليلتر، واجمع فيها جزءاً مقدار 60 ملليلتر من محلول الإضافة. احفظها بشكل منفصل عن العينات الأخرى لتجنب التلوث.

بعد ذلك، صُب العينة في موقع الإضافة بحركة سلسة وسريعة لتقليل وقت تأخير الانتقال وتجنب التطاير. اشطف الحاوية فوراً وحرك العصا في التيار ثلاث مرات لتحرير جميع الكواشف. سجل الوقت بالساعات والدقائق والثواني.

سجّل كتل المتتبعات المضافة، إلى جانب وقت الإطلاق، واحرص على عدم تعكير قاع المجرى أو المحلول حتى نهاية التجربة. في موقع الجمع، رتب زجاجات العينات المحددة مسبقاً بترتيب تصاعدي أثناء انتظار المحلول. استخدم مقياس الموصلية الميداني لأخذ القراءات في موقع الجمع.

سيتم الكشف عن وصول المحلول من خلال زيادة الموصلية. بمجرد الكشف عن وصول المحلول، خذ زجاجة نظيفة سعة 125 milliliter واشطفها بماء التيار. تخلص من مياه الشطف في اتجاه المصب من موقع أخذ العينات، ثم اجمع العينة عن طريق وضع الزجاجة في التدفق الرئيسي للمياه عند نقطة أخذ العينات.

كرر عملية الجمع هذه، باستخدام زجاجة جديدة تلو الأخرى طوال فترة مرور المحلول، وسجّل وقت الجمع والموصلية الكهربائية لكل عينة. استمر في أخذ العينات حتى تعود الموصلية الكهربائية إلى قيمة تقع ضمن 5 µS/cm من مستوى الخلفية. أغلق العينات بالأغطية واحفظها في مبرد.

أولاً، قم بترتيب العينات المخصصة للترشيح بحيث يتم ترشيح عينات الصعود (rising limb) بترتيب تصاعدي وفقاً للموصلية النوعية حتى الوصول إلى الذروة. بعد ذلك، رتب عينات الهبوط (falling limb) ليتم ترشيحها بترتيب تصاعدي أيضاً بناءً على الموصلية النوعية. ولترشيح العينات، استخدم محقنة سعة 60 milliliter، ثم قم بإزالة المكبس وأغلق الصمام.

اسكب حوالي 10 milliliters من العينة في المحقنة ثم أعد المكبس إلى مكانه. رج المحقنة بحيث تشطف العينة الجدران الداخلية. بعد ذلك، قم بتوصيل حامل مرشح بالمحقنة وافتح صنبور التوقف.

ادفع العينة عبر المرشح بالضغط على المكبس وتخلص من سائل الشطف. قم بإزالة المكبس وإغلاق صمام التحكم. هذه المرة، صب 30 milliliters من العينة نفسها في المحقنة وأعد تركيب المكبس.

مع وضع المحقنة بحيث يتم التفريغ في زجاجة عينة نظيفة سعة 60 milliliter، افتح الصنبور وادفع حوالي 10 milliliters عبر المرشح. أغلق الزجاجة بالغطاء، وقم بتدويرها، ثم تخلص من الرشاحة. كرر هذه العملية ثلاث مرات لضمان إزالة الشوائب من الزجاجة وتغطية الجدران بالعينة.

قم بإزالة المكبس مرة أخرى وأغلق الصمام. صب عينة تبلغ حوالي 60 milliliter في المحقنة ثم أعد تركيب المكبس. ادفع العينة عبر حامل المرشح إلى زجاجة العينة سعة 60 milliliter.

املأ الزجاجات بحيث لا يتجاوز مستوى السائل مستوى الكتف، ثم أغلق الزجاجات بالأغطية وضع العينات في مبرد. وأخيراً، قم بتحليل العينات لتقدير الكربون العضوي المذاب والنيتروجين وأي معايير أخرى ذات أهمية، وذلك بترتيب تصاعدي حسب الموصلية الكهربائية. تمثل هذه المخططات انحدارات خطية لقياسات تركيزات النيتروجين العضوي المذاب، أو DON، بعد إضافة النترات عبر طريقة النبض.

تظهر النتائج أن تركيزات النيتروجين العضوي الذائب تتغير استجابةً لإضافة النترات. كما لوحظ تباين في استجابة النيتروجين العضوي الذائب داخل المواقع في أوقات أخذ عينات مختلفة، مما يشير إلى أن المجتمعات الميكروبية المائية قد تستخدم مكونات مختلفة من المادة العضوية الذائبة في أوقات مختلفة من موسم النمو. وتُفسر الارتباطات الإيجابية على أنها تعكس دور النيتروجين العضوي الذائب كمصدر للمغذيات، بينما تُفسر الارتباطات السلبية على أنها تعكس عمل النيتروجين العضوي الذائب كمصدر للطاقة.

تعكس التجارب التي أظهرت علاقات غير ذات دلالة إحصائية وجود مجمع نيتروجين عضوي ذائب (DON) غير مستجيب، أو مجمع تتوازن فيه العمليات القائمة على المغذيات مع العمليات القائمة على الطاقة. وتوضح المخططات هنا الانحدارات الخطية للكربون العضوي الذائب، أو DOC، بعد إضافة النترات. وبخلاف مخططات DON، تظهر هذه المخططات حالات قليلة من التغيرات ذات الدلالة الإحصائية في تركيز DOC نتيجة إضافة النترات.

قد يشير هذا إلى أن الأجزاء الغنية بالنيتروجين والأجزاء الغنية بالكربون من مجمع المادة العضوية المذابة تخضع لمجموعة خاصة بها من الضوابط البيئية والبيوجيوكيميائية، وأن مجمع الكربون العضوي المذاب (DOC) المحيط شديد المقاومة للتحلل. وبمجرد إتقان هذه التقنية، قد يستغرق تنفيذها ما بين ثلاث إلى ست ساعات حسب النظام المستخدم. وأثناء تنفيذ هذه الطريقة، من المهم تجنب تلوث العينات ذات الموصلية المنخفضة بالعينات ذات الموصلية العالية.

بعد اتباع هذا الإجراء، يمكن حساب طرق أخرى، مثل حركية امتصاص العناصر الغذائية، لتحديد كيف يحدد معدل وتدفق امتصاص العناصر الغذائية تركيزات الكربون العضوي المذاب والنيتروجين العضوي المذاب. وقد مهدت هذه التقنية بعد تطويرها الطريق للباحثين في مجال الكيمياء الحيوية الجغرافية المائية لاستكشاف الضوابط التي تتحكم في الاحتفاظ بالعناصر الغذائية داخل النظم البيئية للجداول المائية. ورغم أن هذه الطريقة يمكن أن توفر رؤى حول دورة العناصر الغذائية في الجداول، إلا أنه من الممكن تطبيقها على بيئات أخرى، مثل المياه الجوفية والنظم المصبية.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، سيكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تجارب إضافة العناصر الغذائية في الأنظمة البيئية للجداول المائية في منابع الأنهار.