Name: Comprendre Dissous Matière organique biogéochimie Grâce In Situ Manipulations éléments nutritifs dans les cours deau Écosystèmes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-29T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Découvrez la méthode de pulse de nutriments pour manipuler la matière organique dissoute dans les écosystèmes de cours d'eau. Cette technique permet d'étudier les réponses biogéochimiques et les cycles du carbone et de l'azote.

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Les auteurs remercient le Water Quality Analysis Laboratory de l’Université du New Hampshire pour son aide dans l’analyse des échantillons. Les auteurs remercient également deux relecteurs anonymes dont les commentaires ont contribué à améliorer le manuscrit. Ce travail est financé par la National Science Foundation (DEB-1556603). Un financement partiel a également été fourni par le projet EPSCoR Ecosystems and Society (NSF EPS-1101245), la station d’expérimentation agricole du New Hampshire (contribution scientifique #2662), le projet de l’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture (McIntire-Stennis) de l’USDA (1006760), l’école supérieure de l’Université du New Hampshire et le Centre de recherche sur les ressources en eau du New Hampshire.

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<li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+and+transport+of+organic+nitrogen+in+minimally+disturbed+montane+streams+of+Colorado%2C+USA%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Fate and transport of organic nitrogen in minimally disturbed montane streams of Colorado, USA.</a> Biogeochemistry. 74 (3), 303-321 (2005).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

L&#39;objectif de la méthode d&#39;impulsion des éléments nutritifs, tel que présenté ici, est de caractériser et quantifier la réponse de la piscine très diversifiée de la température ambiante DOM de l&#39;eau des cours d&#39;eau à travers une gamme dynamique d&#39;un nutriment inorganique ajouté. Si le soluté ajouté augmente suffisamment la concentration du soluté réactif, un grand espace déductive peut être créé pour comprendre comment le cycle biogéochimique des DOM est liée à des concentrations en éléments nutritif...

La matière organique dissoute (DOM) fournit une source d&#39;énergie et de nutriments importants écosystèmes d&#39;eau douce et est définie comme la matière organique qui passe à travers un filtre de 0,7 um. Dans les écosystèmes aquatiques, DOM peut également influer sur l&#39;atténuation de la lumière et de complexation de métal. DOM est un mélange très diverse et hétérogène de composés organiques avec divers groupes fonctionnels, ainsi que des éléments nutritifs essentiels tels que l&#39;azote (N) et du phosphore (P). Bien que le terme &quot;DOM&quot; décrit toute la piscine, y compris son C, N et P composantes, sa concentration est mesurée en carbone organique dissous (COD). Cependant, la complexité moléculaire inhérente à la piscine DOM crée des défis à son étude. Par exemple, il n&#39;y a aucun moyen direct de mesurer la fraction de la piscine DOM totale composée de nutriments organiques tels que l&#39;azote organique dissous (DON) et phosphore organique dissous (DOP). Au lieu de cela, la concentration des nutriments organiques doit être déterminée par la différence ( <em&gt; par exemple [DON] = [azote total dissous] - [azote inorganique dissous]). Ajout d&#39;un amendement DOM réaliste à un flux est difficile en raison de la diversité de la piscine DOM ambiante. Des études antérieures ont ajouté des sources de carbone simples (par exemple le glucose, l&#39; urée 1) ou une source particulière telle que la litière de feuilles lixiviat 2 à manipuler des concentrations dans le domaine. Toutefois, ces sources ne sont pas particulièrement représentatif de la piscine DOM ambiante. Essayer d&#39;affiner ou de concentré DOM ambiante pour l&#39; expérimentation ultérieure est également forgé avec des difficultés , y compris la perte de certaines fractions (par exemple des composants hautement labiles) au cours du traitement. En conséquence, il est difficile de comprendre les contrôles sur la piscine DOM ambiante que nous ne possédons actuellement pas de méthode pour manipuler directement la piscine DOM ambiante. Cependant, étant donné que la biogéochimie des DOM est liée aux nutriments couramment dans l&#39;environnement (par exemple nittaux [NO 3 -] 3), nous pouvons ajouter d&#39; autres solutés à flux écosystèmes et de mesurer la réponse de la piscine DOM à ces manipulations. En examinant la façon dont la piscine DOM répond à une large gamme de concentrations en nutriments expérimentalement imposées, nous espérons acquérir une meilleure visibilité sur la façon dont DOM répond aux fluctuations des conditions environnementales. Une méthode couramment utilisée dans le courant biogéochimie est la méthode d&#39;ajout d&#39;éléments nutritifs. Expériences d&#39;addition d&#39; éléments nutritifs ont traditionnellement été utilisés pour comprendre la cinétique absorption ou le sort de la 4,5,6,7 soluté ajouté. Ajouts d&#39;éléments nutritifs peuvent être à court terme sur l&#39;heure 6 à l&#39; échelle de jour 4 ou manipulations à long terme au cours de plusieurs années 8. Ajouts d&#39;éléments nutritifs peuvent également inclure des éléments nutritifs isotopiquement marqué (par exemple 15 N-NO 3 -) pour tracer des éléments nutritifs ajoutés par des réactions biogéochimiques. Cependant, les études sur la base isotopes sont souvent EXPEnsive et nécessitent des analyses difficiles (par exemple les digestions) des compartiments multiples benthiques où les nutriments marqués par des isotopes peuvent être conservés. L&#39; expérimentation récente a révélé l&#39;utilité des impulsions de nutriments à court terme afin d&#39; élucider les contrôles sur les solutés non-ajoutée et ambiantes telles que DOM 9,10, révélant une nouvelle façon par laquelle d&#39;examiner en temps réel dans les réactions biogéochimiques in situ. Nous décrivons ici et de démontrer les principales étapes méthodologiques à mener des impulsions de nutriments à court terme dans le but de comprendre la biogéochimie couplée de C et N et en particulier les contrôles sur la piscine DOM très diversifié. Cette méthode consiste à ajouter facilement reproductible d&#39; une impulsion de nutriments dans un flux portée expérimentale et mesurer les variations de la concentration à la fois du soluté et de la variable manipulée de réponse d&#39;intérêt (par exemple , DOC, le DON, DOP). En manipulant directement les concentrations de nutriments in situ , nous sommes en mesure de modifier indirectement les DOMpiscine et examiner comment DOM changements de concentration à travers une gamme dynamique de concentrations en éléments nutritifs 10.

<table><tbody><tr><td>Nitrate de sodium</td><td>N’importe quel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>chlorure de sodium</td><td>N’importe quel</td><td></td><td>sel de table acheté en magasin peut également être utilisé, cependant, il contient des traces d’impuretés</td></tr><tr><td>Filtres en fibre de verre Whatman GFF</td><td>N’importe</td><td>quelle</td><td></td></tr><tr><td>seringue filtrante BD</td><td>N’importe quel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>porte-filtre EMD Millipore Swinnex</td><td>N’importe quel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Robinet d’arrêt de seringue</td><td>N’importe Quel</td><td>N’importe quelle</td><td></td></tr><tr><td>sonde multi-paramètres</td><td>YSI Yellow Springs International</td><td>556-01</td><td></td></tr><tr><td>Goulotte large PEHD 125 ml</td><td>N’importe</td><td>Quel N’importe quel</td><td></td></tr><tr><td>Flacon PEHD de 60 ml</td><td>N’importe Quel</td><td>Seau</td><td></td></tr> de <tr><td>20 L</td><td>N’importe</td><td>Quel N’importe</td> Ruban <td></td></tr><tr><td>à mesurer de terrain</td><td>N’importe</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ruban d’étiquetage de laboratoire</td><td>N’importe</td><td>quel</td><td></td></tr><tr><td>bâtonnet à mélanger</td><td>N’importe</td><td>quel</td><td></td></tr><tr><td>Glacière</td><td>N’importe quel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>stylo Sharpie</td>, <td>n’importe quel</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cahier de terrain</td>, <td>n’importe</td><td>quelle</td><td></td></tr><tr><td>pince à épiler</td>, <td>n’importe</td><td>quel</td><td></td></tr><tr><td>sac à fermeture éclair,</td><td>n’importe quel</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

comprendre dissous matière organique biogéochimie grâce<em&gt; in situ</em&gt; manipulations éléments nutritifs dans les cours d&#39;eau Écosystèmes

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

La matière organique dissoute (MOD) est un mélange très diversifié de molécules fournissant l’une des plus grandes sources d’énergie et de nutriments pour les écosystèmes fluviaux. Pourtant, l’étude in situ de la MOD est difficile car la complexité moléculaire du pool de MOD ne peut pas être facilement reproduite à des fins expérimentales. Cependant, il a été démontré que les ajouts de nutriments aux cours d’eau modifient à plusieurs reprises le bassin de MOD in situ et ambiant. Nous démontrons ici une méthode basée sur le terrain facilement reproductible pour manipuler le pool ambiant de MOD à l’échelle de l’écosystème. Au cours des expériences d’impulsion de nutriments, les changements dans la concentration de carbone organique dissous et d’azote organique dissous peuvent être examinés sur une large gamme de concentrations de nutriments. Cette méthode permet aux chercheurs d’examiner les contrôles sur le pool de DOM et de faire des inférences concernant le rôle et la fonction que certaines fractions du pool de DOM jouent au sein des écosystèmes. Nous préconisons l’utilisation de cette méthode comme technique pour aider à développer une compréhension plus profonde de la biogéochimie du DOM et de la façon dont elle interagit avec les nutriments. Avec le développement ultérieur, cette méthode pourrait aider à élucider la dynamique de la MOD dans d’autres écosystèmes.

<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Figure 3: Exemple. Les résultats de Nitrate (NO 3 -) Additions avec Dissous azote organique (DON) comme variable de réponse Des analyses sont des régressions linéaires. Les astérisques représentent une signification statistique à α = 0,05. Noter que la plage dynamique de NO 3 - concentration qui a été obten...

La matière organique dissoute constitue une importante source d&#39;énergie et de nutriments aux flux écosystèmes. Ici , nous démontrons une méthode sur le terrain pour manipuler la piscine ambiante de la matière organique dissoute in situ par des impulsions de nutriments facilement réplicables.

Comprendre Dissous Matière organique biogéochimie Grâce<em&gt; In Situ</em&gt; Manipulations éléments nutritifs dans les cours d&#39;eau Écosystèmes

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

L'objectif général de cette méthode de pulsation nutritive est de manipuler indirectement le réservoir ambiant de matière organique dissoute afin de comprendre comment ce réservoir réagit aux variations de concentration en nutriments. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la biogéochimie fluviale, telles que les liens entre le recyclage de la matière organique et celui des nutriments. Le principal avantage de cette méthode réside dans le fait qu'elle constitue une manipulation de l'écosystème entier et qu'elle peut être facilement répliquée.Les implications de cette technique s'étendent à l'exportation par le bassin versant du carbone et de l'azote, car l'interaction de ces éléments détermine la manière dont ils sont retenus dans le cours d'eau. Nous avons eu pour la première fois l'idée de cette technique en réalisant que l'approche par apport ponctuel de nutriments créait une gamme dynamique de concentrations en nutriments et que les concentrations en matière organique dissoute étaient sensibles à ces variations. Pour commencer, déployez le conductimètre de terrain en choisissant un emplacement situé approximativement entre 0,5 et 1,0 mètre en amont du site de prélèvement.Le débitmètre restera en place tout au long de l'expérience. Rincez ensuite trois fois des bouteilles en polyéthylène haute densité préalablement lavées à l'acide et utilisez-les pour prélever 125 millilitres d'échantillons ponctuels de fond, en triplicat, sur le site d'ajout, puis sur le site de prélèvement de la section expérimentale. Ces échantillons servent à déterminer les concentrations ambiantes avant l'ajout de la solution.Enregistrez la conductivité de fond en aval avant l'ajout des solutés. Ensuite, notez l'heure de prélèvement et la conductivité des échantillons de fond prélevés. Commencez par collecter l'eau du cours d'eau à l'aide d'un grand récipient.Ensuite, ajoutez tous les réactifs et assurez-vous que les solutés sont complètement dissous. Notez la quantité d'eau ajoutée. Rincez les récipients contenant les réactifs trois fois avec de l'eau de cours supplémentaire et versez les rinçages dans le récipient contenant la solution.Agiter la solution avec une tige de verre propre jusqu'à ce que tous les réactifs soient dissous. Étiqueter correctement un flacon en polyéthylène haute densité de 60 millilitres et y recueillir l'aliquot de 60 millilitres de la solution d'addition. Conserver séparément des autres échantillons afin d'éviter toute contamination.Ensuite, versez l'échantillon dans le site d'ajout d'un mouvement fluide et rapide afin de minimiser le temps de parcours et d'éviter les éclaboussures. Rincez immédiatement le récipient et remuez le bâtonnet dans le courant trois fois pour libérer tous les réactifs. Enregistrez l'heure en heures, minutes et secondes.Enregistrez les masses des traceurs ajoutés, ainsi que l'heure de leur libération, et veillez à ne pas perturber le benthos du cours d'eau ni la solution avant la fin de l'expérience. Sur le site de prélèvement, étiquetez les bouteilles d'échantillonnage par ordre croissant en attendant la solution. Utilisez le conductimètre de terrain pour effectuer des mesures sur le site de prélèvement.L'arrivée de la solution sera détectée par une augmentation de la conductivité. Une fois l'arrivée de la solution détectée, prenez une bouteille propre de 125 millilitres et rincez-la avec l'eau du cours d'eau. Jetez le rinçage en aval du site d'échantillonnage, puis prélevez l'échantillon en tenant la bouteille dans le flux principal de l'eau au point d'échantillonnage.Répétez ce processus de prélèvement, en utilisant une nouvelle bouteille après l'autre tout au long du passage de la solution, et enregistrez l'heure de prélèvement et la conductivité de chaque échantillon. Poursuivez les prélèvements jusqu'à ce que la conductivité revienne à moins de cinq microsiemens par centimètre par rapport au niveau de fond. Bouchonnez les échantillons et conservez-les dans un réfrigérant.Tout d'abord, organisez les échantillons à filtrer de manière à ce que le lim ascendant soit filtré selon une conductivité spécifique croissante jusqu'au pic. Ensuite, disposez les échantillons de lim descendant de façon à les filtrer par ordre croissant de conductivité spécifique. Pour filtrer les échantillons, prenez une seringue de 60 millilitres, retirez le piston, puis fermez le robinet.Verser environ 10 millilitres d'échantillon dans la seringue et remettre le piston en place. Agiter la seringue afin que l'échantillon rince les parois internes. Ensuite, fixer un support de filtre à la seringue et ouvrir le robinet. Poussez l'échantillon à travers le filtre en enfonçant le piston et jetez le rinçage. Retirez le piston et fermez le robinet. Cette fois, versez 30 millilitres du même échantillon dans la seringue et remettez le piston en place.Avec la seringue positionnée pour expulser dans un flacon d'échantillon propre de 60 millilitres, ouvrez le robinet et poussez environ 10 millilitres à travers le filtre. Boucher le flacon, l'agiter doucement, puis jeter le filtrat. Répéter cette opération trois fois afin de s'assurer que les impuretés sont éliminées du flacon et que les parois sont recouvertes d'échantillon.Retirez de nouveau le piston et fermez le robinet. Versez environ un échantillon de 60 millilitres dans la seringue et remettez le piston en place. Poussez l'échantillon à travers le porte-filtre dans la bouteille d'échantillon de 60 millilitres.Remplir les bouteilles jusqu’au niveau de l’épaule au maximum, boucher les bouteilles et placer les échantillons dans une glacière. Enfin, analyser les échantillons pour le carbone organique dissous et l’azote, ainsi que pour tout autre paramètre d’intérêt, dans l’ordre de conductivité croissante. Ces graphiques représentent des régressions linéaires des mesures des concentrations en azote organique dissous, ou DON, après l’ajout de nitrate par la méthode par impulsions.Les résultats montrent que les concentrations d'azote organique dissous varient en réponse à l'ajout de nitrate. Des variations dans la réponse de l'azote organique dissous ont également été observées entre les sites à différents moments d'échantillonnage, ce qui suggère que les communautés microbiennes aquatiques pourraient utiliser différentes composantes de la matière organique dissoute à divers moments de la saison de croissance. Les corrélations positives sont interprétées comme reflétant le rôle de l'azote organique dissous en tant que source nutritive, tandis que les corrélations négatives reflètent le rôle de l'azote organique dissous en tant que source d'énergie.Les expériences ayant révélé des relations non significatives reflètent un pool de DSN non réactif ou un pool dans lequel les processus liés aux nutriments et les processus liés à l'énergie se compensent. Ici, les graphiques montrent les régressions linéaires du carbone organique dissous, ou COD, après l'ajout de nitrate. Contrairement aux graphiques de DSN, ceux-ci montrent peu de cas de changements significatifs de la concentration en COD dus à l'ajout de nitrate.Cela pourrait indiquer que les fractions riches en azote et riches en carbone du réservoir de matière organique dissoute sont soumises à un ensemble particulier de contrôles écologiques et biogéochimiques, et que le réservoir ambiant de COT est fortement récalcitrant. Une fois maîtrisée, cette technique peut prendre de trois à six heures selon le système. Lors de la mise en œuvre de cette méthode, il est important d'éviter la contamination des échantillons à faible conductivité par des échantillons à forte conductivité.Après avoir suivi cette procédure, d'autres méthodes, telles que la cinétique de l'absorption des nutriments, peuvent être calculées afin de déterminer comment le taux et le flux d'absorption des nutriments influencent les concentrations de carbone organique dissous et d'azote organique dissous. Après son développement, cette technique a permis aux chercheurs dans le domaine de la biogéochimie aquatique d'explorer les facteurs régissant la rétention des nutriments dans les écosystèmes fluviaux. Bien que cette méthode puisse fournir des informations sur le recyclage des nutriments dans les cours d'eau, elle pourrait potentiellement être appliquée à d'autres environnements, tels que les eaux souterraines et les systèmes estuariens.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment réaliser des expériences d'ajout de nutriments dans les écosystèmes de cours d'eau de tête de bassin.

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Cette étude présente une méthode d'excavation pour enquêter sur sous-sol hydrologique, géochimiques, et l'hétérogénéité microbiologique d'un lysimètre du sol. Le lysimètre simule un versant artificiel qui était initialement dans des conditions homogènes et avait été soumis à environ 5000 mm d'eau sur huit cycles d'irrigation dans une période de 18 mois.

Sol Lysimètre Excavation pour Coupled hydrologiques, géochimiques et microbiologiques Enquêtes

Sort et la spéciation de l’arsenic et de mercure dans les aquifères sont des conditions étroitement liées à la physio-chimique et l’activité microbienne. Nous présentons ici une installation expérimentale de colonne originale qui imite une nappe et permet une meilleure compréhension de la biogéochimie des éléments traces dans des conditions anoxiques. Deux exemples sont présentés, en combinant des approches géochimiques et microbiologiques.

Installation de colonne expérimental pour l’étude anaérobies biogéochimiques entre les hydroxydes de fer (Oxy), oligo-éléments et les bactéries

Ce protocole décrit un débit unique pour les techniques analytiques et omiques complémentaires aboutissant à une caractérisation entièrement appariés de la matière organique naturelle et de la protéomique microbienne dans les écosystèmes différents. Cette approche permet des comparaisons robustes pour l’identification des voies métaboliques et les transformations importantes pour décrire la production de gaz à effet de serre et de prédire les réponses aux changements environnementaux.

Single-débit haute résolution analytique des Techniques complémentaires pour caractériser les mélanges complexes de matière organique naturelle

Ce protocole présente un flux de travail pour la visualisation sous-mm 2D de multiples espèces inorganiques de nutriments labiles et de soluté contaminants à l'aide de gradients diffusifs dans les couches minces (DGT) combinés à l'imagerie par spectrométrie de masse. L'échantillonnage soluté et l'analyse chimique à haute résolution sont décrits en détail pour la cartographie quantitative des solutés dans la rhizosphère des plantes terrestres.

Visualisation et quantification bidimensionnelles de Labile, nutriments et contaminants des plantes inorganiques dans le sol

Un profileur de microdialyse est décrit pour échantillonner les solutés d’eau interstitielle dissous à travers une interface sol-eau oxique-anoxique in situ avec un minimum de perturbation. Ce dispositif est conçu pour capturer les changements rapides dans les profils concentration-profondeur induits par les perturbations à l’interface sol-eau et au-delà.

Échantillonnage de soluté dissous à travers une interface sol-eau oxique-anoxique à l’aide de profileurs de microdialyse

Ici, nous visons à visualiser la zonation de la productivité biologique dans la baie de Narragansett, Rhode Island, sur la base du modèle de bilan massique d’azote. Les résultats éclaireront la gestion des éléments nutritifs dans les régions côtières afin de réduire l’hypoxie et l’eutrophisation.

Visualisation des zones de productivité basées sur un modèle de bilan massique d’azote dans la baie de Narragansett, Rhode Island

Découvrez la méthode de pulse de nutriments pour manipuler la matière organique dissoute dans les écosystèmes de cours d'eau. Cette technique permet d'étudier les réponses biogéochimiques et les cycles du carbone et de l'azote.

Comprendre Dissous Matière organique biogéochimie Grâce In Situ Manipulations éléments nutritifs dans les cours deau Écosystèmes (Vidéo) | JoVE Journal

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