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Alteraciones antropogénicas del ciclo del nitrógeno es uno de los problemas más difíciles para el sistema de tierra1. Actividad humana ha duplicado por lo menos los niveles de reactivos del nitrógeno a la Biosfera2. Sin embargo, sigue habiendo grandes incertidumbres con respecto a cómo se evalúa el ciclo de N global. Se han cuantificado unas estimaciones de flujo con menos de error de ± 20%, y muchos tienen incertidumbres de ±50% y mayor de3. Estas incertidumbres indican la necesidad de estimaciones precisas de las tasas de desnitrificación en los ecosistemas y la comprensión de los mecanismos subyacentes de la variación. Desnitrificación es una actividad microbiana a través del cual se reducen óxidos nitrogenados, principalmente nitratos y nitritos, y gases del dinitrogen, N2O N24. La vía es muy importante para la disponibilidad de la Biosfera de nitrógeno reactivo porque es el proceso primario de eliminación5. N2O es un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento casi 300 veces CO2 más de 100 años y es la principal causa actual de agotamiento del ozono estratosférico debido a las grandes cantidades siendo emitida6,7.
A continuación, presentamos un protocolo para estimar tasas de desnitrificación de sedimento con corazones y N2O microsensores experimental (figura 1). Las tasas de desnitrificación se calculan utilizando el acetileno inhibición método8,9 y mediciones de la acumulación de N2O durante un período definido (figura 2 y figura 3). Demostramos el método aplicando a los sedimentos del lago de montaña. Este estudio de caso destaca el desempeño del método para la detección de tasas relativamente bajas con disturbio mínimo a la estructura física de los sedimentos.
Desnitrificación es particularmente difícil de medir10. Hay varias alternativas y métodos, cada uno con ventajas y desventajas. Desventajas de los métodos disponibles incluyen el uso de recursos costosos, sensibilidad insuficiente y la necesidad de modificar los niveles de sustrato o alterar la configuración física del proceso utilizando muestras disturbadas10. Un desafío aún más fundamental para medir N2 es sus niveles elevados en el medio ambiente10. La reducción del N2O N2 es inhibida por el acetileno (C2H2)8,9. Así, la desnitrificación puede cuantificarse midiendo la acumulada N2O en presencia de C2H2, que es factible debido a los niveles ambientales bajos de N2O.
El uso de C2H2 para medir las tasas de desnitrificación en los sedimentos fue desarrollado hace unos 40 años11y la incorporación de sensores de2O de N se produjeron cerca de 10 años más tarde12. El enfoque más ampliamente aplicado de acetileno es la "estática". El acumulado de N2O se mide durante un período de incubación de 24 h después de la C2H2 se agrega a los espacios vacíos del sedimento sellado base10. El método descrito aquí sigue este procedimiento con algunas innovaciones. Añadimos el C2H2 por burbujeo del gas en la fase del agua de la base durante unos minutos, y llenamos todos los espacios vacíos con agua de la muestra antes de medir la acumulación de N2O con un microsensor. También incluyen un sistema de agitación que impide la estratificación del agua sin resuspender el sedimento. El procedimiento cuantifica la tasa de desnitrificación por área superficial de sedimentos (por ejemplo, μmol N2O m-2 h-1).
La alta variación espacial y temporal de desnitrificación presenta otra dificultad en su exacta cuantificación10. Generalmente, la acumulación de N2O se mide secuencialmente por cromatografía de gases de muestras de espacios vacíos que se recogen durante la incubación. El método descrito proporciona mejor control de la variación temporal de la acumulación de N2O, porque el microsensor proporciona una señal continua. El multímetro de microsensor es un amplificador digital microsensor (picoammeter) que interactúa con los sensores y la computadora (figura 1a). El multímetro permite varios microsensores de2O de N ser utilizado al mismo tiempo. Por ejemplo, hasta sedimentos cuatro núcleos desde el mismo sitio de estudio se pueden medir simultáneamente para tener en cuenta la variabilidad espacial.
El enfoque de base apenas perturba la estructura de sedimentos en comparación con otros métodos (e.g., lodos). Si se altera la integridad de los sedimentos, esto conduce a desnitrificación irreales tasas13 que sólo son adecuados para las comparaciones relativas. Tasas más altas se obtienen siempre con métodos de mezcla frente a los métodos de base14, porque este último conserva la limitación de la desnitrificación por sustrato difusión15. Medidas de la mezcla no pueden considerarse a representante de en situ las tasas16; proporcionan medidas relativas para las comparaciones realizadas con el mismo procedimiento exacto.
El método descrito es apropiado para estimar las tasas de desnitrificación en cualquier tipo de sedimento que puede ser tubular. Particularmente recomendamos el método para realizar las manipulaciones experimentales de algunos de los factores. Los ejemplos son experimentos que modifican la disponibilidad de nitrato y de la temperatura según sea necesario para la estimación de la energía la activación (Ea) desnitrificación17 (figura 2).

Figura 1 : Configuración experimental. (a) General disposición experimental para estimar tasas de desnitrificación de sedimento utilizando núcleos y N2O microsensores. La cámara de incubación asegura condiciones de oscuridad y temperatura controlada (±0. 3 ° C). Cinco núcleos de sedimento intacto pueden procesarse simultáneamente con sus respectivos sensores de2O N. (b) N2O cámara de calibración de sensor. Nos adaptamos con tapones de goma y jeringas para mezclar el N2O agua (ver protocolo paso 3.4.3). Hay un termómetro para controlar la temperatura del agua. (c) primer plano de una muestra de núcleo de sedimento con el sensor insertado en el orificio central de la cubierta de PVC y las juntas selladas con cinta adhesiva. El agitador está colgando en el agua, y el electroimán está cerca de él y fijado a la parte externa del tubo acrílico. (d) cerca de la N2O microsensor punta protegida por una pieza de metal. (e) un núcleo de sedimento que apenas se ha recuperado. Fue muestreado de un barco en un lago profundo; el tubo de acrílico con el núcleo se fija todavía la gravedad adaptados al Mensajero corer19. Vea la Tabla de materiales de todos los elementos necesarios para realizar este método. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.