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Les altérations anthropiques du cycle de l’azote est un des problèmes plus difficiles pour le système de terre1. L’activité humaine a au moins doublé les niveaux d’azote réactif disponible à la biosphère2. Cependant, il reste de grandes incertitudes au sujet de comment le cycle de N global est évalué. Quelques estimations de flux ont été quantifiées avec moins de marge d’erreur de ± 20 %, et beaucoup ont des incertitudes de ±50 % et plus de3. Ces incertitudes indiquent le besoin d’estimations précises du taux de dénitrification à travers les écosystèmes et la compréhension des mécanismes sous-jacents de la variation. La dénitrification est une activité microbienne à travers lequel les oxydes azotés, principalement des nitrates et des nitrites, sont réduits à gaz diazote, N2O et N24. La voie est très pertinente à la disponibilité de biosphère d’azote réactif parce que c’est le principal processus de retrait5. N2O est un gaz à effet de serre avec un potentiel de réchauffement près de 300 fois que du CO2 plus de 100 ans et c’est la principale cause actuelle d’appauvrissement de l’ozone stratosphérique en raison des grandes quantités étant émis6,7.
Dans ce qui suit, nous présentons un protocole pour l’estimation des taux de dénitrification de sédiments à l’aide de carottes et N2O microcapteurs expérimentalement les (Figure 1). Les taux de dénitrification sont estimés à l’aide de l’acétylène inhibition méthode8,9 et la mesure de l’accumulation de N2O durant une période définie (Figure 2 et Figure 3). Nous démontrons la méthode en l’appliquant aux sédiments de lac de montagne. Cette étude de cas met en lumière la performance de la méthode de détection des taux relativement faibles avec une perturbation minimale de la structure physique des sédiments.
La dénitrification est particulièrement difficile à mesurer10. Il y a plusieurs moyens et méthodes, chacune avec des avantages et des inconvénients. Les inconvénients aux méthodes disponibles incluent l’utilisation des ressources coûteuses, sensibilité insuffisante et qu’il fallait modifier les concentrations de substrat ou de modifier la configuration physique du processus en utilisant les échantillons dérangés10. Un défi encore plus fondamental à la mesure N2 est ses niveaux élevés de fond dans l’environnement de10. La réduction de N2O N2 est inhibée par l’acétylène (C2H2)8,9. Ainsi, la dénitrification peut être quantifiée en mesurant l’accumulé N2O en présence de C2H2, qui est possible à cause des faibles niveaux de2O N environnement.
L’utilisation du C2H2 pour mesurer le taux de la dénitrification dans les sédiments a été développée il y a environ 40 ans11et l’incorporation de capteurs de N2O a eu lieu une dizaine d’années plus tard12. L’approche axée sur l’acétylène plus largement appliquée est le « noyau statique ». L’accumulation N2O est mesurée pendant une période d’incubation jusqu'à 24 h après que le C2H2 est ajouté à l’espace de tête des sédiments scellé base10. La méthode décrite ici suit cette procédure avec quelques innovations. Nous ajoutons le C2H2 par bulles de gaz dans la phase aqueuse du noyau pendant quelques minutes, et nous remplir tout l’espace de tête avec échantillon d’eau avant de mesurer l’accumulation de N2O avec un microcapteur. Nous incluons également un système d’agitation qui empêche la stratification de l’eau sans resuspendant le sédiment. La procédure quantifie le taux de dénitrification par zone de sédiments de surface (p. ex., µmol N2O m-2 h-1).
La forte variation spatiale et temporelle de dénitrification présente une autre difficulté dans sa quantification précise10. Habituellement, l’accumulation de N2O est mesurée séquentiellement par chromatographie en phase gazeuse des échantillons d’espace de tête qui sont recueillies au cours de l’incubation. La méthode décrite fournit un contrôle amélioré de la variation temporelle de l’accumulation de N2O, car le microcapteur fournit un signal continu. Le multimètre microcapteur est un amplificateur numérique microcapteur (picoammeter) qui s’interface avec l’ou les capteurs et l’ordinateur (Figure 1a). Le multimètre permet plusieurs N2O microcapteurs être utilisé en même temps. Par exemple, jusqu'à quatre sediment cores provenant du même site d’étude peuvent être mesurés simultanément pour tenir compte de la variabilité spatiale.
L’approche de base à peine perturbe la structure des sédiments par rapport à d’autres méthodes (par exemple, boues). Si l’intégrité des sédiments est altérée, cela conduit à la dénitrification irréaliste taux13 qui conviennent uniquement pour les comparaisons relatives. Des taux plus élevés sont toujours obtenus avec des méthodes de lisier par rapport aux principales méthodes14, parce que ce dernier conserve la limitation de la dénitrification par substrat diffusion15. Mesures de boue ne peut pas être considéré comme représentant in situ tarifs16; ils fournissent des mesures relatives pour les comparaisons faites avec exactement la même procédure.
La méthode décrite est d’estimer les taux de dénitrification dans n’importe quel type de sédiments qui peuvent être évidées. Nous recommandons particulièrement la méthode permettant d’effectuer des manipulations expérimentales de certains des facteurs de conduite. On peut citer des expériences qui modifient la disponibilité de nitrate et de la température au besoin pour estimer l’énergie d’activation (Eun) de dénitrification17 (Figure 2).

Figure 1 : Montage expérimental. (a) général montage expérimental pour estimer les taux de dénitrification des sédiments à l’aide de carottes et N2O microcapteurs. La chambre d’incubation garantit des conditions de (±0, 3 ° C) obscurité et à température contrôlée. Cinq des carottes de sédiments intacts peuvent être traitées simultanément en utilisant leurs capteurs de2O N respectifs. chambre d’étalonnage (b), N2O capteur. Nous avons adapté avec bouchons en caoutchouc et des seringues à mélanger le N2O eau (voir protocole étape 3.4.3). Il y a un thermomètre pour contrôler la température de l’eau. (c) gros plan d’une carotte de sédiments avec le capteur inséré dans le trou central du couvercle PVC et les joints scellés avec du ruban adhésif. L’agitateur est suspendu dans l’eau, et l’électro-aimant est près de lui et fixé sur la partie externe du tube acrylique. (d), gros plan sur le N2O microcapteur bout protégé par un morceau de métal. (e) une carotte de sédiments qui a juste été récupérée. Il a été échantillonné à partir d’un bateau dans un lac profond ; le tube acrylique avec le noyau est toujours fixé au carottier à gravité adapté au Messager19. Voir la Table des matières pour tous les éléments nécessaires à l’exercice de cette méthode. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.