溶解性有机质为溪流生态系统提供了重要的能量和营养来源。本文展示了一种基于野外的方法，用于调控环境中的溶解性有机质库 原位 通过易于复制的营养脉冲。
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本文内容
摘要
摘要
溶解性有机质（DOM）是一类高度多样化的分子混合物，为溪流生态系统提供了最大的能量和营养来源之一。然而 原位 由于DOM库的分子复杂性难以在实验条件下轻易重现，因此对DOM的研究较为困难。然而，向溪流中添加营养物质已被反复证明会改变DOM的组成和特性 原位 以及环境中的溶解性有机质（DOM）库。本文展示了一种易于重复的、基于野外的生态系统尺度方法，用于调控环境中的DOM库。在营养脉冲实验中，可检测溶解性有机碳和溶解性有机氮浓度在较宽营养浓度范围内的变化。该方法使研究人员能够探究对DOM库的调控机制，并推断DOM库中特定组分在生态系统中的作用与功能。我们建议采用该方法作为深入理解DOM生物地球化学过程及其与营养物质相互作用的技术手段。随着进一步发展，该方法有望阐明DOM在其他生态系统中的动态变化规律。
引言
溶解性有机质（DOM）是淡水生态系统重要的能量和营养来源，定义为能够通过0.7 µm滤膜的有机物质。在水生生态系统中，DOM还可能影响光的衰减以及金属的络合作用。DOM是由多种具有不同官能团的有机化合物组成的高度多样且异质的混合物，同时也含有氮（N）和磷（P）等必需营养元素。尽管该术语 "DOM" 描述了包括其碳、氮和磷组分在内的整个溶解有机物库，其浓度以溶解有机碳（DOC）来测定。然而，溶解有机物库固有的分子复杂性为其研究带来了挑战。例如，目前尚无直接方法可测量溶解性有机氮（DON）和溶解性有机磷（DOP）等有机营养物在总溶解有机物库中所占的比例。因此，有机营养物的浓度必须通过差减法来确定例如 [DON] = [总溶解氮] - [溶解性无机氮]
向溪流中添加一种真实的溶解性有机质（DOM）改良剂十分困难，这是由于环境DOM库具有高度多样性。以往的研究通常添加单一碳源（例如 葡萄糖，尿素1) 或特定来源（如凋落物浸出液）2 以调控野外环境中的浓度。然而，这些来源并不能很好地代表环境中的溶解性有机质（DOM）组分。尝试对环境DOM进行纯化或浓缩以用于后续实验也存在诸多困难，包括某些组分的损失（例如 在处理过程中，这些高度不稳定的组分容易发生变化。因此，目前我们尚无直接调控环境溶解性有机质（DOM）库的方法，导致难以理解环境DOM库的调控机制。然....
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方案
1. 确定并表征理想的实验溪流河段
- 确保实验河段足够长，以促进溶质的完全混合11，并保证有足够的长度使生物吸收能够发生。河段长度可根据不同溪流和实验条件而变化。在小型一级源头溪流中，河段长度可能在20–150 m之间（或根据系统需求更长），具体取决于流量及其他物理特性。
- 应将大型深潭排除在实验河段之外，因其会延缓溶质向下游的运移；同时避开流量极小的区域以及会稀释所添加溶液的支流。在低流量时期，可能需要缩短河段长度；而在高流量时期，则可能需要更长的河段。
- 在实验河段上游、急流上方选择一个合适位置，以便所添加的溶质充分混合，该位置将作为添加点。在实验河段下游末端，选择一个水流受限且能代表约90%总流量的位置（图1），该位置将作为样品采集点。
图1：下游采样点示例。 理想的采样点应位于水流主要被收窄且易于接近....
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结果
图3： 以溶解性有机氮（DON）为响应变量的硝酸盐（NO3-）添加实验示例结果。分析采用线性回归。星号表示在 α = 0.05 水平上具有统计学显著性。请注意，通过营养脉冲法实现了较宽的 NO3- 浓度动态范围。不同子图代表在不同月份和地点开展的实验。地点缩写指三个实验溪流10。正相关关系被解释为反映 DON 作为营养源的作用，而负相关关系则被解释为反映 DON 作为能源的作用。未产生显著关系的实验结果被解释为可能反映了非响应性 DON 池（i.e.
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讨论
营养脉冲法的目标在于表征并量化环境溪流水中高度多样化的溶解性有机质（DOM）库在添加无机营养物浓度动态范围内的响应。若所添加的溶质足以显著提高反应性溶质的浓度，则可构建较大的推断空间，以理解DOM的生物地球化学循环如何与营养物浓度相关联。该营养脉冲方法具有优势，因其无需使用与平台式添加相关的复杂设备例如 蠕动泵），且无需使用昂贵的同位素技术。这些操作易于重复，且可在一天内完成多个实验。然而，我们建议，若在同一天内于同一河段进行重复实验，应将每次添加间隔数小时，以确保残留溶质得到充分冲洗。
在这些生态系统操纵实验中，我们能够测量溶解性有机质（DOM）环境库浓度在添加营养物质后的变化情况。然而，采用这种方法无法判断DOM库中具体是哪一种组分发生了实际的减少或增加，超出溶解性有机氮（DON）和溶解性有机碳（DOC）浓度变化所反映的信息。我们无法辨别是否存在某种特定形态的DON，例如在添加硝酸盐后被优先消耗。3-. 变化可能是由于存在高丰度且可利用的溶解性有机氮（DON）形态例如 氨基酸）发生了足够改变，从而影.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢新罕布什尔大学水质分析实验室在样品分析方面提供的帮助。作者还感谢两位匿名审稿人，他们的意见有助于改进本文手稿。本研究由美国国家科学基金会（DEB-1556603）资助。部分资金还来自EPSCoR生态系统与社会项目（NSF EPS-1101245）、新罕布什尔农业实验站（科学贡献编号 #2662）、美国农业部国家食品与农业研究所（McIntire-Stennis）项目（1006760）、新罕布什尔大学研究生院以及新罕布什尔水资源研究中心。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 硝酸钠 | 任意 | 任意 | |
| 氯化钠 | 任意 | 任意 | 可使用市售食盐，但其中含有微量杂质 |
| Whatman GFF 玻璃纤维滤膜 | 任意 | 任意 | |
| BD 过滤注射器 | 任意 | 任意 | |
| EMD Millipore Swinnex 滤器支架 | 任意 | 任意 | |
| 注射器活塞阀 | 任意 | 任意 | |
| YSI 多参数探头 | Yellow Springs International | 556-01 | |
| 广口高密度聚乙烯 125 ml 瓶 | 任意 | 任意 | |
| 60 ml 高密度聚乙烯瓶 | 任意 | 任意 | |
| 20 L 桶 | 任意 | 任意 | |
| 野外卷尺 | 任意 | 任意 | |
| 实验室标签胶带 | 任意 | 任意 | |
| 搅拌棒 | 任意 | 任意 | |
| 保温箱 | 任意 | 任意 | |
| Sharpie 记号笔 | 任意 | 任意 | |
| 野外记录本 | 任意 | 任意 | |
| 镊子 | 任意 | 任意 | |
| 自封袋 | 任意 | 任意 |
参考文献
- Brookshire, E. N. J., Valett, H. M., Thomas, S. A., Webster, J. R. Atmospheric N deposition increases organic N loss from temperate forests. Ecosystems. 10 (2), 252-262 (2007).
- Bernhardt, E. S., McDowell, W. H. Twenty ye....
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重印与许可
