Name: La comprensión de materia orgánica disuelta Biogeoquímica través In Situ Nutrientes Las manipulaciones en la corriente de los ecosistemas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-29T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Aprende a manipular la materia orgánica disuelta en ecosistemas de corrientes mediante pulsos de nutrientes in situ. Este método permite estudiar la respuesta de la materia orgánica a cambios en la concentración de nutrientes y comprender la biogeoquímica fluvial.

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Los autores agradecen al Laboratorio de Análisis de la Calidad del Agua de la Universidad de New Hampshire por su ayuda con el análisis de muestras. Los autores también agradecen a dos revisores anónimos cuyos comentarios han ayudado a mejorar el manuscrito. Este trabajo está financiado por la National Science Foundation (DEB-1556603). El financiamiento parcial también fue proporcionado por el Proyecto EPSCoR Ecosistemas y Sociedad (NSF EPS-1101245), la Estación Experimental Agrícola de New Hampshire (Contribución Científica # 2662), el Proyecto del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA (McIntire-Stennis) (1006760), la Escuela de Graduados de la Universidad de New Hampshire y el Centro de Investigación de Recursos Hídricos de New Hampshire.

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

El objetivo del método de pulso de nutrientes, tal como se presenta aquí, es caracterizar y cuantificar la respuesta de la piscina muy diverso del ambiente DOM agua de la corriente a través de un rango dinámico de un nutriente inorgánico añadido. Si el soluto añadido suficientemente aumenta la concentración del soluto reactiva, un gran espacio inferencial puede ser creado para entender cómo el ciclo biogeoquímico de DOM está ligada a la concentración de nutrientes. Este enfoque pulso de nutrientes es ideal, ya que impli...

materia orgánica disuelta (DOM) proporciona una fuente importante de energía y nutrientes a los ecosistemas de agua dulce y se define como la materia orgánica que pasa a través de un filtro de 0,7 micras. Dentro de los ecosistemas acuáticos, DOM también puede influir en la atenuación de la luz y la formación de complejos de metal. DOM es una mezcla altamente diversa y heterogénea de compuestos orgánicos con diversos grupos funcionales, así como nutrientes esenciales tales como el nitrógeno (N) y fósforo (P). Mientras que el término &quot;DOM&quot; describe toda la piscina incluyendo su C, N y P componentes, su concentración se mide como carbono orgánico disuelto (DOC). La complejidad molecular inherente de la piscina DOM sin embargo, crea retos para su estudio. Por ejemplo, no hay manera directa para medir la fracción de la reserva total de DOM compuesto de nutrientes orgánicos tales como nitrógeno orgánico disuelto (DON) y el fósforo orgánico disuelto (DOP). En lugar de ello, la concentración de nutrientes orgánicos debe ser determinada por la diferencia ( <em&gt; ejemplo, [DON] = [nitrógeno total disuelto] - [nitrógeno inorgánico disuelto]). Adición de una modificación de DOM realista para una corriente es difícil debido a la diversidad de la piscina DOM ambiente. Estudios previos han añadido fuentes de carbono simples (por ejemplo, glucosa, urea 1) o una fuente concreta, como la hojarasca lixiviado 2 para manipular concentraciones en el campo. Sin embargo, estas fuentes no son particularmente representativo de la piscina DOM ambiente. Tratando de perfeccionar o concentrarse DOM ambiente para la experimentación posterior también se forja con dificultades, como la pérdida de ciertas fracciones (por ejemplo, componentes altamente lábiles) durante el procesamiento. Como resultado, es difícil de entender los controles de la piscina DOM ambiente, ya que actualmente no poseemos ningún método para manipular directamente el depósito de DOM ambiente. Sin embargo, dado que la biogeoquímica de DOM está vinculada a los nutrientes que se encuentran comúnmente en el medio ambiente (por ejemplo nittasa [NO3 -] 3), podemos añadir otros solutos de flujo de los ecosistemas y medir la respuesta de la piscina DOM para estas manipulaciones. Mediante el examen de la forma en la piscina DOM responde a una amplia gama de concentraciones de nutrientes experimentalmente impuestas que esperamos obtener una mejor idea de cómo DOM responde a las fluctuaciones de las condiciones ambientales. Un método usado comúnmente en la biogeoquímica corriente es el método de adición de nutrientes. Experimentos de adición de nutrientes se han utilizado tradicionalmente para entender la cinética de absorción o el destino de la 4,5,6,7 soluto añadido. La adición de nutrientes pueden ser a corto plazo en la escala de 6 horas los días 4, o manipulaciones a más largo plazo en el transcurso de varios años 8. La adición de nutrientes también puede incluir nutrientes marcado con isótopos (por ejemplo, 15 N-NO 3 -) para rastrear nutriente añadido a través de reacciones biogeoquímicos. Sin embargo, los estudios basados ​​en isótopos son a menudo EXPEnsive y requieren análisis difíciles (por ejemplo) de las digestiones múltiples compartimentos bentónicos donde los nutrientes marcados con isótopos pueden ser retenidos. La experimentación reciente ha puesto de manifiesto la utilidad de los pulsos de nutrientes a corto plazo para dilucidar los controles de solutos no añadidas y ambientales tales como DOM 9,10, revelando un nuevo camino por el cual examinar en tiempo real en las reacciones in situ biogeoquímicos. Aquí describimos y demostrar los pasos metodológicos clave para la realización de los pulsos de nutrientes a corto plazo con el objetivo de comprender la biogeoquímica acoplada de C y N y en concreto los controles de la gran diversidad depósito de DOM. Este método fácilmente reproducible implica la adición de un pulso de nutrientes a un tramo de río experimental y la medición de los cambios en la concentración de soluto tanto el manipulado y la variable de respuesta de interés (por ejemplo, DOC, DON, DOP). Mediante la manipulación de las concentraciones de nutrientes directamente in situ que son capaces de alterar indirectamente el DOMpiscina y examinar cómo los cambios de DOM concentración a través de un rango dinámico de las concentraciones de nutrientes 10.

<table><tbody><tr><td>Nitrato de sodio</td><td>Cualquier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cloruro de sodio</td><td></td><td></td> Cualquier La <td>sal de mesa comprada en la tienda también se puede usar, sin embargo, contiene trazas de impurezas</td></tr><tr><td>Filtros de fibra de vidrio Whatman GFF</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquier</td><td></td></tr><tr><td>jeringa de filtrado BD</td><td>Cualquier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EMD Millipore Swinnex Portafiltros</td><td>Cualquier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Llave de paso de la jeringa</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquiera</td><td></td></tr><tr><td>Sonda multiparamétrica YSI</td><td>Yellow Springs International</td><td>556-01</td><td></td></tr><tr><td>Boca ancha Botellas de HDPE de 125 ml</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquiera Botellas</td><td></td></tr><tr><td>de HDPE de 60 ml</td><td>Cualquiera Cualquiera</td><td>Cubo</td><td></td></tr> de <tr><td>20 L</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquier</td><td></td></tr><tr><td>Cinta métrica de campo</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquiera</td><td></td></tr><tr><td>Cinta de etiquetado de laboratorio</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquier</td><td></td></tr><tr><td>varilla para remover</td><td>Cualquier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cualquiera Nevera</td><td>Cualquiera</td><td>Cualquier</td><td></td></tr> rotulador <tr><td>Sharpie</td><td>Cualquier</td> Cualquiera <td>Cuaderno</td><td></td></tr> de <tr><td>campo</td><td>Cualquier</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pinza</td><td>Cualquiera</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cualquiera Bolsas con cierre hermético</td><td>Cualquier</td><td>Cualquiera</td><td></td></tr></tbody></table>

la comprensión de materia orgánica disuelta biogeoquímica través<em&gt; in situ</em&gt; nutrientes las manipulaciones en la corriente de los ecosistemas

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

La materia orgánica disuelta (DOM) es una mezcla muy diversa de moléculas que proporciona una de las mayores fuentes de energía y nutrientes a los ecosistemas fluviales. Sin embargo, el estudio in situ de DOM es difícil, ya que la complejidad molecular del grupo de DOM no se puede reproducir fácilmente con fines experimentales. Sin embargo, se ha demostrado que las adiciones de nutrientes a los arroyos alteran repetidamente la piscina DOM in situ y ambiental. Aquí demostramos un método basado en campo fácilmente replicable para manipular la reserva ambiental de DOM a escala de ecosistema. Durante los experimentos de pulso de nutrientes, los cambios en la concentración de carbono orgánico disuelto y nitrógeno orgánico disuelto se pueden examinar en una amplia gama de concentraciones de nutrientes. Este método permite a los investigadores examinar los controles del grupo DOM y hacer inferencias sobre el papel y la función que desempeñan ciertas fracciones del grupo DOM dentro de los ecosistemas. Abogamos por el uso de este método como una técnica para ayudar a desarrollar una comprensión más profunda de la biogeoquímica DOM y cómo interactúa con los nutrientes. Con un mayor desarrollo, este método puede ayudar a dilucidar la dinámica de DOM en otros ecosistemas.

<img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Figura 3: Ejemplo. Los resultados de nitrato (NO 3 -) Adiciones con nitrógeno orgánico disuelto (DON) como variable de respuesta Los análisis son regresiones lineales. Los asteriscos representan significación estadística a α = 0,05. Tenga en cuenta el rango dinámico de NO 3 - concentración que se consigue con el método de p...

materia orgánica disuelta proporciona una fuente importante de energía y nutrientes de flujo de los ecosistemas. Aquí se demuestra un método basado en el campo de manipular la piscina ambiente de la materia orgánica disuelta en situ a través de impulsos de nutrientes fácilmente reproducibles.

La comprensión de materia orgánica disuelta Biogeoquímica través<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrientes Las manipulaciones en la corriente de los ecosistemas

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

El objetivo general de este método de pulso nutricional consiste en manipular indirectamente el reservorio ambiental de materia orgánica disuelta para comprender cómo responde este reservorio de materia orgánica a cambios en la concentración de nutrientes. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la biogeoquímica fluvial, como la forma en que están vinculados el ciclo de la materia orgánica y el de los nutrientes. La principal ventaja de este método es que representa una manipulación de todo el ecosistema y puede replicarse fácilmente.Las implicaciones de esta técnica se extienden a la exportación de carbono y nitrógeno en cuencas hidrográficas, ya que la interacción de estos elementos determina cómo se retienen dentro del curso de agua. Tuvimos por primera vez la idea de esta técnica cuando nos dimos cuenta de que el enfoque del pulso nutricional generaba un rango dinámico de concentraciones de nutrientes y de que las concentraciones de materia orgánica disuelta eran sensibles a estos cambios. Para comenzar, despliegue el medidor de conductividad de campo, seleccionando un lugar aproximadamente entre 0,5 y 1,0 metros aguas arriba del sitio de recolección de muestras.El medidor permanecerá en su lugar durante todo el experimento. A continuación, enjuague tres veces botellas de polietileno de alta densidad lavadas con ácido y úselas para recolectar 125 mililitros de muestras puntuales de fondo, en réplicas triples, en el sitio de adición y luego en el sitio de recolección del tramo experimental. Estas se utilizan para determinar las concentraciones ambientales antes de la adición de la solución.Registre la conductividad de fondo en la corriente antes de la adición de solutos. Luego registre la hora de recolección y la conductividad de las muestras de fondo recolectadas. Primero, recolecte agua del arroyo con un recipiente grande.Luego agregue todos los reactivos y asegúrese de que los solutos se disuelvan completamente. Lleve un registro de la cantidad de agua añadida. Enjuague los recipientes de los reactivos tres veces con agua adicional del arroyo y vierta el enjuague en el recipiente de la solución.Agite la solución con una varilla de agitación limpia hasta que todos los reactivos se hayan disuelto. Etiquete adecuadamente un frasco de polietileno de alta densidad de 60 mililitros y, en él, recoja la alícuota de 60 mililitros de la solución de adición. Guárdela por separado de otras muestras para evitar contaminación.A continuación, vierta la muestra en el sitio de adición con un movimiento suave y rápido para minimizar el tiempo de recorrido y evitar salpicaduras. Enjuague inmediatamente el recipiente y mueva el agitador en la corriente tres veces para liberar todos los reactivos. Registre el tiempo en horas, minutos y segundos.Registre las masas de los trazadores añadidos, junto con el momento de liberación, y tenga cuidado de no perturbar el bentos del arroyo ni la solución hasta la finalización del experimento. En el sitio de recolección, ordene las botellas de muestra etiquetadas en orden ascendente mientras espera la solución. Utilice el medidor de conductividad de campo para tomar lecturas en el sitio de recolección.La llegada de la solución se detectará por un aumento en la conductividad. Una vez que se haya detectado la llegada de la solución, tome una botella limpia de 125 mililitros y enjuáguela con el agua del arroyo. Deseche el enjuague aguas abajo del punto de muestreo, y luego recoja la muestra sosteniendo la botella en la corriente principal del agua en el punto de muestreo.Repita este proceso de recolección, utilizando una botella nueva tras otra durante todo el paso de la solución, y registre el tiempo de recolección y la conductividad de cada muestra. Continúe tomando muestras hasta que la conductividad regrese a un valor dentro de cinco microsiemens por centímetro del nivel de fondo. Tape las muestras y guárdelas en una nevera portátil.Primero, organice las muestras para filtración de manera que el límite ascendente se filtre en orden ascendente de conductividad específica hasta el pico. A continuación, organice las muestras del límite descendente para que se filtren en orden ascendente de conductividad específica. Para filtrar las muestras, tome una jeringa de 60 mililitros, retire el émbolo y luego cierre la llave de paso.Vierta aproximadamente 10 mililitros de muestra en la jeringa y vuelva a colocar el émbolo. Agite la jeringa para que la muestra enjuague las paredes internas. A continuación, conecte un portafiltros a la jeringa y abra la llave de paso.Empuje la muestra a través del filtro presionando el émbolo y deseche el enjuague. Retire el émbolo y cierre la llave de paso. Esta vez, vierta 30 mililitros de la misma muestra en la jeringa y reemplace el émbolo.Con la jeringa colocada para expulsar en un frasco de muestra limpio de 60 mililitros, abra la llave de paso y pase aproximadamente 10 mililitros a través del filtro. Tape el frasco, agítelo suavemente y deseche el filtrado. Repita el procedimiento tres veces para asegurar que las impurezas se eliminen del frasco y que las paredes queden recubiertas con la muestra.Retire nuevamente el émbolo y cierre la llave de paso. Vierta aproximadamente una muestra de 60 mililitros en la jeringa y reemplace el émbolo. Pase la muestra a través del portafiltros hacia el frasco de muestra de 60 mililitros.Llene las botellas hasta no más de la altura del hombro, tápelas y coloque las muestras en una nevera portátil. Finalmente, analice las muestras para carbono y nitrógeno orgánico disuelto y cualquier otro parámetro de interés en orden de conductividad baja a alta. Estas gráficas son regresiones lineales de mediciones de concentraciones de nitrógeno orgánico disuelto, o DON, tras la adición de nitrato mediante el método de impulso.Los resultados muestran que las concentraciones de nitrógeno orgánico disuelto cambian en respuesta a la adición de nitrato. También se observó variación en la respuesta del nitrógeno orgánico disuelto dentro de los sitios en diferentes momentos de muestreo, lo que sugiere que las comunidades microbianas acuáticas podrían estar utilizando diferentes componentes de la materia orgánica disuelta en distintos momentos de la temporada de crecimiento. Las correlaciones positivas se interpretan como un reflejo del papel del nitrógeno orgánico disuelto como fuente de nutrientes, mientras que las correlaciones negativas se interpretan como un reflejo del nitrógeno orgánico disuelto actuando como fuente de energía.Los experimentos que mostraron relaciones no significativas reflejan un grupo de NOD no reactivo o uno en el que los procesos basados en nutrientes y los procesos basados en energía se contrarrestan. Aquí, las gráficas muestran regresiones lineales del carbono orgánico disuelto, o COD, tras la adición de nitrato. A diferencia de las gráficas de NOD, estas muestran pocos casos de cambios significativos en la concentración de COD debido a la adición de nitrato.Esto podría indicar que las fracciones ricas en nitrógeno y ricas en carbono del reservorio de materia orgánica disuelta tienen su propio conjunto particular de controles ecológicos y biogeoquímicos y que el reservorio ambiental de DOC es altamente recalcitrante. Una vez dominada, esta técnica puede llevar entre tres y seis horas, dependiendo del sistema. Al realizar este método, es importante evitar la contaminación de muestras de baja conductividad por muestras de alta conductividad.Tras seguir este procedimiento, se pueden calcular otros métodos, como la cinética de absorción de nutrientes, para determinar cómo la velocidad y el flujo de absorción de nutrientes determinan las concentraciones de carbono orgánico disuelto y nitrógeno orgánico disuelto. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la biogeoquímica acuática exploraran los factores que regulan la retención de nutrientes en los ecosistemas de corrientes. Aunque este método puede proporcionar información sobre el ciclo de nutrientes en corrientes, potencialmente podría aplicarse a otros ambientes, como sistemas de aguas subterráneas y estuarios.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar experimentos de adición de nutrientes en ecosistemas de arroyos de cabecera.

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