使用岩心和 N₂O 微传感器估算沉积物反硝化速率

该方法有助于解答与沉积物反硝化作用相关的生物地球化学关键问题，这些问题对于理解氮循环和温室气体排放具有重要意义。该技术的主要优势在于对沉积物结构的扰动较小，并能够通过密闭容器记录氮氧化物的累积，从而可靠地估算反硝化速率。对于深水水体，应根据研究目的选择采样点。

使用GPS坐标记录位置，并利用手持测深仪测量水深。部署配备信使重力采样器的重力取芯系统，直至采样管距离沉积物约一米处。稳定采样设备60秒，以确保沉积物充分贯入，并获取扰动极小的沉积物岩芯样品。

释放约一米长的绳索，使采样管插入沉积物中。需注意，若采样管插入过深，可能会扰动水-沉积物界面。释放重锤时，应尽量保持绳索张力，以确保采样器固定且保持垂直状态。

通过持续而轻柔地拉动绳索回收取芯器。当取芯器接近水面但仍完全浸没时，在采样管底部放置一个橡胶塞。将整个取芯系统从水中提起。

检查水-沉积物界面，应清晰且无明显扰动。将样品管从采样器上释放，并在顶部盖上PVC盖。

用胶带密封试管，避免产生气隙。从岸边生境和浅水水体采样时，应在极浅的水域中穿着涉水靴进行采样。手动将采样管插入沉积物中。

在采样管顶部插入橡胶塞以形成真空。将采样器从沉积物中取出，并迅速在采样管底部插入另一橡胶塞。对于一氧化二氮零浓度的校准值，首先将传感器探头浸没在去离子水中，读取传感器信号。

为了使用所需浓度的一氧化二氮水进行校准，可通过将一氧化二氮通入去离子水中数分钟，获得一氧化二氮饱和水。通过将一定体积的饱和一氧化二氮水加入一定体积的去离子水中，稀释该饱和溶液。在校准容器中轻轻混合饱和一氧化二氮水与去离子水，使其稀释至所需浓度。

混合溶液时，需小心避免产生气泡，否则会导致校准溶液中的氧化亚氮逸出。待传感器信号稳定后，读取此时的信号值，该读数即为含有 X 微摩尔浓度氧化亚氮水的校准值。

将每个沉积物岩心顶部的PVC盖子更换为带有中心孔和悬挂式磁力搅拌器的另一个盖子。用胶带重新密封连接处。将每个样品的水相减少至大约12厘米的高度。

为此，首先将硅胶管插入中央孔中。然后将沉积物岩心放入圆筒内，并推动底部塞子以产生压力。塞子和沉积物样品向上移动，过量的水则通过管道流出。

将水收集到接收容器中。通过在岩心的水相中通入乙炔气体约10分钟，进行乙炔抑制。避免重新悬浮沉积物。

在密封连接传感器的PVC盖之前，用之前剩余的水填满所有空气空间。将传感器通过顶部PVC盖的中央孔插入沉积物芯中。传感器的尖端应位于搅拌器上方的水相中。

启动搅拌系统中的电磁脉冲电路。移动电磁铁，使其位于亚克力管外壁周围，直至搅拌子持续转动，然后用胶带将其固定。关闭孵育室，以确保温度恒定。

按下传感器软件上的记录按钮，开始记录传感器信号。测量周期结束时，按下停止按钮。在读取零浓度一氧化氮校准测量信号前，需将传感器探头浸入不含一氧化氮的水中至少10分钟。

完成最终传感器校准后，使用传感器软件保存文件。为计算反硝化速率，首先获取由传感器软件生成的表格输出文件，该文件包含传感器以毫伏和微摩尔浓度为单位记录的一氧化二氮信号数据以及校准信息。将传感器信号随时间变化绘制成图，以直观展示一氧化二氮的累积趋势。

仅使用线性累积的时间范围，排除样品初始的适应期以及由于底物限制可能导致的最终饱和阶段。2013年至2014年期间，采用本方案估算了比利牛斯山脉高山湖泊沉积物中的反硝化速率。此处测量的是未添加硝酸盐的普兰湖（Lake Plan）的反硝化速率。

测量结果存在噪声，仅在某些情况下能够准确估算速率。在本图中，添加硝酸盐的相同样品显示出更稳定的读数，且对潜在速率的估算效果良好。尽管该方法仅能近似反映反硝化作用及其速率，但它提供了一种通过实验手段改变控制该过程关键因素的途径。

在检测温度和底物时，切记良好的温度控制是获得准确且稳定测量结果的基础。此外，在岩心采集过程中保持未受干扰的沉积物-水界面，是进行可靠估算的首要且关键的要求。按照本实验步骤，还可结合其他方法（如氮-15同位素比率法）来研究硝化作用、反硝化作用的耦合关系以及其他氮循环过程。