Organische Substanzen Biogeochemie Gelöster Verständnis durch

Das übergeordnete Ziel dieser Nährstoff-Puls-Methode besteht darin, den vorhandenen Pool an gelöchter organischer Substanz indirekt zu beeinflussen, um zu verstehen, wie dieser Pool organischer Substanz auf Veränderungen der Nährstoffkonzentration reagiert. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Fluss-Biogeochemie zu beantworten, beispielsweise wie der Stoffwechsel organischer Substanz und der Nährstoffkreislauf miteinander verknüpft sind. Der Hauptvorteil dieser Methode liegt darin, dass sie eine Manipulation des gesamten Ökosystems darstellt und leicht repliziert werden kann.

Die Auswirkungen dieser Technik erstrecken sich auf den Eintrag von Kohlenstoff und Stickstoff in Einzugsgebieten, da die Wechselwirkung dieser Elemente bestimmt, wie sie im Gewässer zurückgehalten werden. Die Idee zu dieser Methode entstand, als wir erkannten, dass der Nährstoff-Pulse-Ansatz einen dynamischen Bereich an Nährstoffkonzentrationen erzeugt und dass die Konzentrationen gelönter organischer Substanz auf diese Veränderungen empfindlich reagieren. Zunächst wird das tragbare Leitfähigkeitsmessgerät aufgestellt, wobei ein Ort etwa 0,5 bis 1,0 Meter stromaufwärts der Probenahmestelle gewählt wird.

Das Messgerät verbleibt während des gesamten Experiments an seinem Platz. Spülen Sie säuregewaschene, aus Polyethylen hoher Dichte bestehende Flaschen anschließend dreimal aus und verwenden Sie sie, um 125 Milliliter Hintergrund-Stichproben in dreifacher Ausführung am Zugabestandort und danach am Sammelstandort des experimentellen Abschnitts zu entnehmen. Diese dienen dazu, die Ausgangskonzentrationen vor der Zugabe der Lösung zu bestimmen.

Notieren Sie die Hintergrundleitfähigkeit im Fließgewässer vor der Zugabe von gelösten Stoffen. Danach erfassen Sie den Zeitpunkt der Probenahme sowie die Leitfähigkeit der gesammelten Hintergrundproben. Sammeln Sie zunächst Flusswasser mit einem großen Behälter.

Gegeben Sie anschließend alle Reagenzien hinzu und stellen Sie sicher, dass die gelösten Stoffe vollständig aufgelöst sind. Verfolgen Sie die Menge des zugegebenen Wassers. Spülen Sie die Reagenzgefäße dreimal mit zusätzlichem Flusswasser aus und geben Sie die Spülflüssigkeit in den Lösungsbehälter.

Rühren Sie die Lösung mit einem sauberen Rührstab um, bis alle Reagenzien gelöst sind. Kennzeichnen Sie eine 60-Milliliter-Flasche aus Polyethylen mit hoher Dichte entsprechend und füllen Sie das 60-Milliliter-Aliquot der Zusatzlösung hinein. Lagern Sie sie getrennt von anderen Proben, um Kontaminationen zu vermeiden.

Geben Sie die Probe anschließend in einer gleichmäßigen und schnellen Bewegung in die Zugabestelle, um die Durchlaufverzögerung zu minimieren und Spritzen zu vermeiden. Spülen Sie den Behälter sofort ab und rühren Sie dreimal im Strom, um alle Reagenzien freizusetzen. Notieren Sie die Zeit in Stunden, Minuten und Sekunden.

Notieren Sie die Massen der hinzugefügten Tracer zusammen mit dem Freisetzungszeitpunkt und achten Sie darauf, das Strombett oder die Lösung nicht zu stören, bis das Experiment abgeschlossen ist. Am Probennahmeort beschriften Sie die Sammelflaschen in aufsteigender Reihenfolge, während Sie auf die Lösung warten. Verwenden Sie das tragbare Leitfähigkeitsmessgerät, um am Probennahmeort Messwerte aufzunehmen.

Das Eintreffen der Lösung wird durch eine Zunahme der Leitfähigkeit erkannt. Sobald das Eintreffen der Lösung detektiert wurde, nehmen Sie eine saubere 125-Milliliter-Flasche und spülen Sie sie mit dem Fließwasser aus. Entsorgen Sie die Spülflüssigkeit stromabwärts der Probenahmestelle und sammeln Sie dann die Probe, indem Sie die Flasche in den Hauptstrom des Wassers am Probenahmepunkt halten.

Wiederholen Sie diesen Sammelvorgang, wobei jeweils eine neue Flasche verwendet wird, während die Lösung weiterfließt, und notieren Sie die Sammelzeit und die Leitfähigkeit jeder Probe. Setzen Sie die Probenahme fort, bis die Leitfähigkeit wieder innerhalb von fünf Mikrosiemens pro Zentimeter des Hintergrundwerts liegt. Verschließen Sie die Proben und lagern Sie sie in einem Kühler.

Ordnen Sie zunächst die Proben für die Filtration so an, dass die aufsteigende Lim-Probe in aufsteigender Reihenfolge der spezifischen Leitfähigkeit bis zum Peak filtriert wird. Danach ordnen Sie die absteigenden Lim-Proben so an, dass sie in aufsteigender Reihenfolge der spezifischen Leitfähigkeit filtriert werden. Zum Filtrieren der Proben nehmen Sie eine 60-Milliliter-Spritze, entfernen den Kolben und schließen dann den Hahn.

Geben Sie etwa 10 Milliliter der Probe in die Spritze und setzen Sie den Kolben wieder ein. Schütteln Sie die Spritze, damit die Probe die inneren Wände spült. Befestigen Sie anschließend einen Filterhalter an der Spritze und öffnen Sie den Hahn.

Drücken Sie die Probe durch den Filter, indem Sie den Kolben nach unten drücken, und entsorgen Sie die Spülflüssigkeit. Entfernen Sie den Kolben und schließen Sie den Hahn. Gießen Sie diesmal 30 Milliliter derselben Probe in die Spritze und setzen Sie den Kolben wieder ein.

Wenn sich die Spritze in Position befindet, um in eine saubere 60-Milliliter-Probenflasche abzulassen, öffnen Sie den Hahn und drücken Sie etwa 10 Milliliter durch den Filter. Verschließen Sie die Flasche, schwenken Sie sie und entsorgen Sie das Filtrat. Wiederholen Sie diesen Vorgang dreimal, um sicherzustellen, dass Verunreinigungen aus der Flasche entfernt werden und die Wände mit der Probe benetzt sind.

Entfernen Sie den Kolben erneut und schließen Sie den Hahn. Gießen Sie etwa eine 60-Milliliter-Probe in die Spritze und setzen Sie den Kolben wieder ein. Drücken Sie die Probe durch den Filterhalter in die 60-Milliliter-Probenflasche.

Flaschen nicht höher als bis zur Schulter füllen, verschließen und die Proben in einen Kühler legen. Abschließend analysieren Sie die Proben hinsichtlich gelöstem organischem Kohlenstoff und Stickstoff sowie weiterer interessierender Parameter in der Reihenfolge von niedriger zu hoher Leitfähigkeit. Diese Diagramme zeigen lineare Regressionen von Messungen der Konzentrationen an gelöstem organischen Stickstoff (DON) nach Zugabe von Nitrat mittels der Puls-Methode.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Konzentrationen von gelöstem organischem Stickstoff als Reaktion auf die Zugabe von Nitrat ändern. Unterschiede in der Reaktion des gelösten organischen Stickstoffs wurden zudem innerhalb von Standorten zu verschiedenen Zeitpunkten der Probenahme beobachtet, was darauf hindeutet, dass aquatische mikrobielle Gemeinschaften zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Wachstumsperiode verschiedene Bestandteile der gelösten organischen Substanz nutzen könnten. Positive Korrelationen werden so interpretiert, dass sie die Rolle des gelösten organischen Stickstoffs als Nährstoffquelle widerspiegeln, während negative Korrelationen darauf hinweisen, dass der gelöste organische Stickstoff als Energiequelle fungiert.

Experimente, die keine signifikanten Zusammenhänge zeigten, spiegeln einen nicht ansprechbaren DON-Pool wider oder einen Pool, bei dem die nährstoffbasierten Prozesse und die energiebasierten Prozesse sich gegenseitig ausgleichen. Hier zeigen die Diagramme lineare Regressionen des gelösten organischen Kohlenstoffs, oder DOC, nach Zugabe von Nitrat. Im Gegensatz zu den DON-Diagrammen zeigen diese nur wenige Fälle signifikanter Änderungen der DOC-Konzentration aufgrund der Nitratzugabe.

Dies könnte darauf hindeuten, dass die stickstoffreichen und kohlenstoffreichen Fraktionen des Pools an gelöchter organischer Substanz jeweils über einen eigenen spezifischen Satz ökologischer und biogeochemischer Steuerfaktoren verfügen und dass der vorhandene Pool an DOC äußerst recalcitrant ist. Nach Beherrschung der Technik kann diese je nach System zwischen drei und sechs Stunden in Anspruch nehmen. Während der Durchführung dieser Methode ist es wichtig, eine Kontamination von Proben mit niedriger Leitfähigkeit durch Proben mit hoher Leitfähigkeit zu vermeiden.

Nach dieser Methode können andere Verfahren, wie beispielsweise die Kinetik der Nährstoffaufnahme, berechnet werden, um zu bestimmen, wie Geschwindigkeit und Fluss der Nährstoffaufnahme die Konzentrationen von gelöstem organischem Kohlenstoff und gelöstem organischen Stickstoff beeinflussen. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik Forschern auf dem Gebiet der aquatischen Biogeochemie den Weg, um die Steuerung der Nährstoffrückhaltung in Fließgewässerökosystemen zu untersuchen. Obwohl diese Methode Einblicke in den Nährstoffkreislauf von Bächen ermöglicht, könnte sie potenziell auch auf andere Umgebungen angewandt werden, wie zum Beispiel Grundwasser- und Ästuarsysteme.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Nährstoffzusatzexperimente in Kopfstrom-Ökosystemen durchführt.