Die Benthic Austausch von O ₂, N ₂ Und gelöste Nährstoffe mit kleinen Kern Inkubationen

Das übergeordnete Ziel dieses biogeochemischen Sedimentexperiments ist es, realistische Messungen des Austauschs von gelösten Stoffen und Gasen zwischen der Sedimentoberfläche und dem darüber liegenden Wasser durchzuführen, um die aquatischen Massenbilanzen zu verfeinern und die biogeochemische Modellierung zu unterstützen. Diese Methode könnte dazu beitragen, zentrale Fragen der aquatischen Biogeochemie zu beantworten, etwa wie wichtig unsere Sedimente als Senken und Quellen für Nährstoffe und Sauerstoff sind. Er ist optimiert für die Messung der aquatischen Denitrifikation, einer wichtigen Senke im aquatischen Stickstoffkreislauf.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie hocheffizient ist und es uns ermöglicht, eine beträchtliche räumliche und zeitliche Abdeckung der biogeochemischen Prozesse der Sedimente zu erhalten. Beginnen Sie damit, den Standort der Probenahmestelle per GPS zu notieren. Bestimmen Sie dann den Sauerstoffgehalt, die Temperatur und den Salzgehalt des Bodenwassers mit einer YSI-Wasserqualitätssonde.

Senken Sie es auf etwa einen Meter über dem Sediment ab und nehmen Sie eine Messung vor. Nehmen Sie als Nächstes Messungen mit einem PAR-Messgerät und einem Absenkrahmen an der Oberfläche und am Boden vor, um die Lichtdämpfung des Wassers abzuschätzen. Bereiten Sie nun den Entkerner vor.

Verwenden Sie für Tiefenwasseruntersuchungen einen Kern mit einem Innendurchmesser von 6,35 Zentimetern und für Sedimente mit benthischen Mikroalgen oder großen Tierpopulationen einen Kern mit einem Innendurchmesser von 10 Zentimetern. Setzen Sie nun den Corer über der Seite des Bootes aus und senken Sie ihn langsam ab, um Störungen beim Eindringen in das Sediment zu minimieren. Nachdem Sie den Kastenentkerner entnommen haben, führen Sie die Kernrohre in die Schachtel ein.

Setzen Sie oben an jedem Kernrohr einen Butylstopfen ein und befestigen Sie dann eine Acrylplatte mit einem O-Ring an jeder Unterseite. Setzen Sie bei einem Stangenbohrer die Acrylbodenplatte in die Kernauskleidung ein, bevor Sie den Kern aus dem Kern entfernen. Nach dem Kernbohren sind der Flussmittelkern und die Kernbox auf sichtbare Störungen oder übermäßige Resuspension zu untersuchen.

Für Flussmittelexperimente beträgt das ideale Sediment-Wasser-Gleichgewicht innerhalb des Kerns jeweils 15 Zentimeter, aber in groben oder stark verdichteten Sedimenten ist es akzeptabel, weniger Sediment zu sammeln. Wenn die Raten des Sauerstoffmangels jedoch zu hoch sind, verschieben Sie das Gleichgewicht in Richtung mehr Wasser. Lagern Sie die Kerne in einem isolierten Wasserkühler, der mit Umgebungswasser vom Standort geflutet ist, um die Temperaturen vor Ort aufrechtzuerhalten.

Stellen Sie sicher, dass der Kühler aufrecht steht. Als nächstes sammeln Sie mit einer Membranpumpe Bodenwasser aus den Kernbohrstellen in 20-Liter-Ballons. Füllen Sie im Allgemeinen zwei oder drei Ballons und sammeln Sie sie an mehreren Standorten, wenn zu erwarten ist, dass sich die Wasserchemie zwischen den Standorten ändert.

Wenn eine Pumpe in flachem, ungeschichtetem Wasser nicht verfügbar ist, kann eine Ballonflasche manuell befüllt werden. Transportieren Sie nun die aeroben Kerne schnell zur Inkubationsanlage, bevor sie anoxisch werden. Sobald Sie in der Anlage angekommen sind, inspizieren Sie die Kerne und entsorgen Sie alle Kerne, die während des Transports gestört wurden.

Legen Sie dann die Kerne einschließlich des Wassersäulenrohlings in einen Badinkubator und stellen Sie die Temperatur auf die gemessene Bodenwassertemperatur ein. Füllen Sie den Inkubator mit dem gesammelten Bodenwasser und tauchen Sie die Sedimentkerne vollständig ein. Ein Blankkern, ein Kern ohne jegliches Sediment, wird ebenfalls mit Bodenwasser gefüllt.

Geben Sie außerdem Bodenwasser in Fünf-Liter-Ballons mit Zapfhähnen, die zur Ausgabe von Ersatzwasser verwendet werden. Verwenden Sie für die Belüftung einen kleinen T-Bubbler aus 1/2 Zoll PVC-Rohr und eine Dreiwegekupplung. Decken Sie das 1/8-Zoll-Rohr mit einem PVC-Rohr ab, lassen Sie das Wasser ab und sorgen Sie für Zirkulation und Belüftung.

Lassen Sie nun die Kerne mindestens zwei Stunden lang bis über Nacht im Dunkeln äquilibrieren, bevor Sie die Probenahme nehmen. Sobald sich die Kerne ausgeglichen haben, befestigen Sie Kreisel an den Kernen. Kehren Sie bei geöffnetem Probenahmeventil vorsichtig alle Luftblasen unter dem Kreisel weg und dichten Sie den Kern vom Tankwasser ab.

Heben Sie als Nächstes eine Ersatz-Wasserballonflasche 30 bis 40 Zentimeter über die Inkubationskerne, beginnen Sie dann mit dem Abfluss von Leitungen aus der Ballonflasche und befestigen Sie die Leitungen, sobald sie fließen, an den Kernspitzen. Schließen Sie dann die Ventile. Schalten Sie nun den zentralen Rührteller ein und stellen Sie die Drehzahl so ein, dass die Wassersäule gemischt wird, ohne das Sediment wieder aufzuwirbeln.

40 Umdrehungen pro Minute funktionieren in der Regel. Öffnen Sie nach etwa fünf Minuten das Ersatzwasserventil und das Probenventil. Befestigen Sie dann ein kurzes Stück Schlauch mit einem Köderverschluss am Probenventil.

Setzen Sie dieses Probenahmeröhrchen in ein sieben Milliliter Glasprobenröhrchen und überlaufen Sie es mit Wasser. Geben Sie dann 10 Mikroliter Quecksilberchlorid in die Probe und verschließen Sie das Röhrchen. Befestigen Sie für die Probenahme von gelösten Stoffen einen 20-Milliliter-Spritzenzylinder an das Probenventil und öffnen Sie das Ersatzwasserventil.

Befestigen Sie dann einen Kolben und eine Filterscheibe an der beladenen Spritze und filtrieren Sie die Probe in Auffangfläschchen. Der zeitliche Verlauf der Probenahme im Dunkeln umfasst in der Regel vier Probenahmeperioden im Abstand von einer halben bis zwei Stunden oder länger, abhängig von der Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme. Behalten Sie mit kalibrierten Optoden den Sauerstoffgehalt im beprobten Wasser im Auge.

Im Allgemeinen ermöglicht eine Erschöpfung von 25 % des Sauerstoffs die Messung von Änderungen der Nährstoffkonzentration. Eine längere Probenahme ist möglich, aber keine Probenahme nach einem Sauerstoffmangel von 50 %. Wenn die Sedimente aus flachen, beleuchteten Umgebungen stammen, schalten Sie nach der vierten Probe das Licht ein und nehmen Sie drei weitere Proben.

Lagern Sie die gesammelten Proben unter Wasser bei der Inkubationstemperatur. Messen Sie nach der Probenentnahme das verbleibende Wasservolumen im Kern anhand der Höhe der Wassersäule oder indem Sie das gesamte Wasser in einen Messzylinder ablassen. Messungen des Sedimentflusses wurden in der Nähe einer Aquakulturanlage am Choptank River durchgeführt.

Der schnelle Sauerstoffabfall wurde durch die Beleuchtung etwas abgeschwächt, aber die Rate der Photosynthese war nicht so hoch wie die der Atmung. Der Sauerstoffgehalt des Kontrollkerns änderte sich nur geringfügig. Die Stickstoffkonzentrationen wurden unter Verwendung des Verhältnisses von Stickstoff zu Argon mit einer Genauigkeit von 0,02 % oder etwa 100 Nanomol pro Liter Stickstoff bestimmt.

Bei Dunkelheit oder Licht stieg der Stickstoffgehalt der Sedimentkerne viel stärker an als die im Wasserblank beobachteten Erhöhungen. Die Flüsse des gelösten Ammoniums waren bei Dunkelheit recht hoch. In einem Kern wurde ein Anstieg von 20 Mikromol pro Liter beobachtet.

Auch unter Beleuchtung wiesen die Kerne steigende Ammoniumkonzentrationen auf. Sowohl die Bohrkerne als auch der Rohling in der Wassersäule wiesen im Laufe der Zeit eine abnehmende Nitrat- und Nitritkonzentration auf, mit geringeren Abnahmeraten während der Beleuchtung. Sobald diese Inkubationsverfahren gemeistert sind, können sie von zwei Wissenschaftlern effizient durchgeführt werden, in der Regel über einen Zeitraum von sechs bis acht Stunden, abhängig von der Sedimentatmungsrate.

Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, eine intakte Sedimentwassergrenzfläche zu sammeln und eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, die der im Feld beobachteten ähnelt. Nach Abschluss der Inkubation können diese Bohrkerne für die Beprobung des Chlorophyllgehalts, der Korngröße, der schlechten Wasserchemie und der massenspezifischen Reaktivität des Sediments verwendet werden. Nach seiner Entwicklung stellte die Verwendung des Verhältnisses von Stickstoff zu Argongas zur Messung der Denitirifizierung einen alternativen Ansatz für die Messung der Denitrifikation und der Nettodistickstoffflüsse dar.

Wissenschaftler haben diese Gasverhältnistechnik zur Messung der Denitrifikation von Feuchtgebieten, Seen, Stauseen, Ästuaren und flachen Küstensedimenten angewendet und bieten damit eine nützliche Alternative zur Isotopenmethodik.