מאמר שיטה

הערכת משקעים Denitrification המחירים באמצעות ליבות ו- N2O רחוקים

DOI:

10.3791/58553

⸱

6 בדצמבר 2018

 ,  , 
1Campus UAB, CREAF, 2Center for Advanced Studies of Blanes, (CEAB, CSIC), 3CSIC

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שיטה זו הערכות משקעים denitrification בבתי ליבות משקע באמצעות אצטילן עיכוב טכניקה, microsensor המדידות של שהצטברו N2O. הפרוטוקול מתאר הליכים לאיסוף הליבות, כיול החיישנים, ביצוע עיכוב אצטילן, מדידת הצטברות2O N, וחישוב שיעור denitrification.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Denitrification הוא תהליך biogeochemical ראשי הסרת חנקן תגובתי מסיימת. הערכה כמותית של תהליך זה הפך להיות רלוונטיים במיוחד לשם הערכת מחזור חנקן כללי אנתרופוגניים מהונדס, הפליטה של גזי חממה (קרי, N2O). מספר שיטות זמינות למדידת denitrification, אך אף אחד מהם משביעות רצון לחלוטין. בעיות עם שיטות קיימות כוללות את רגישותם לא מספיקות, והפרעתי בצורך לשנות את רמות המצע או לשנות את התצורה הפיזית של התהליך באמצעות דוגמאות. עבודה זו מתאר שיטה להערכת המחירים denitrification משקעים המשלבת גלעון אצטילן עיכוב, מדידות microsensor של שהצטברו N2O. היתרונות העיקריים של שיטה זו הפרעה נמוכה של מבנה המשקעים הינם האוסף של רישום רציף של הצטברות2O N; אלה מאפשרים הערכות של המחירים denitrification אמין עם ערכי מינימום עד 0.4-1 µmol N2O m-2 h-1. היכולת לטפל גורמים מרכזיים הוא יתרון נוסף להשגת תובנות ניסיוני. הפרוטוקול מתאר הליכים לאיסוף הליבות, כיול החיישנים, ביצוע עיכוב אצטילן, מדידת הצטברות2O N, וחישוב שיעור denitrification. השיטה מתאימה עבור הערכת denitrification המחירים בכל מערכת המים עם משקעים שההמצאה ליבות. אם ריכוז2O N מעל הגבול זיהוי של החיישן, ניתן להשמיט את הצעד עיכוב אצטילן כדי להעריך את פליטת2O N במקום denitrification. אנו מראים כיצד אומדן המחירים בפועל, פוטנציאל denitrification הן על ידי הגדלת זמינות חנקתי, כמו גם את התלות בטמפרטורה של התהליך. אנו ממחישים את ההליך באמצעות הר אגם משקעים, לדון את היתרונות והחסרונות של הטכניקה לעומת שיטות אחרות. בשיטה זו ניתן לשנות למטרות מסוימות; למשל, זה יכול להיות משולב עם 15N המשדרים כדי להעריך ניטריפיקציה, denitrification או שדה בחיי עיר מדידות של המחירים denitrification.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שינוי אנתרופוגניים של מחזור החנקן הוא אחת הבעיות המאתגרים ביותר עבור מערכת הארץ1. פעילות אנושית לפחות הוכפל רמות לרשות הביוספרה2תגובתי חנקן. עם זאת, נותרו אי ודאות גדולה לגבי איך מחזור N העולמי מוערך. כמה הערכות השטף יש כבר לכמתו פחות מ ± 20% שגיאה, ולרבים מהם יש אי הוודאויות של ±50% וגדול יותר3. לבדיקה מציינים את הצורך אומדנים מדויקים של שיעורי denitrification על פני המערכות האקולוגיות ועל הבנה של המנגנון הבסיסי של וריאציה. Denitrification היא פעילות מיקרוביאלית שדרכו תחמוצות חנקני, בעיקר ניטראט, חנקיתי, מופחתים על גזים dinitrogen, N2O ו- N24. השביל הוא מאוד רלוונטי הזמינות הביוספרה של חנקן תגובתי כי הוא התהליך העיקרי של הסרת5. N2O הוא גז חממה עם פוטנציאל התחממות כדור הארץ כמעט 300 פעמים של CO2 מעל 100 שנים, והוא הגורם העיקרי הנוכחי של הידלדלות שכבת האוזון סטראטוספאריך בשל כמויות גדולות להיות הנפלט6,7.

בחלק זה, אנו מציגים פרוטוקול עבור הערכת משקעים denitrification המחירים באמצעות ליבות ו- N2O רחוקים השפעול (איור 1). המחירים denitrification מוערך באמצעות אצטילן עיכוב שיטה8,9 מדידות של ההצטברות של N2O במהלך פרק זמן מוגדר (איור 2 , איור 3). נדגים את השיטה על ידי החלתו על הר אגם משקעים. מקרה המחקר מדגיש את הביצועים של השיטה לגילוי המחירים נמוכה יחסית עם הפרעה מינימלית למבנה הפיזי של המשקעים.

Denitrification קשה במיוחד למדוד10. ישנן מספר גישות אלטרנטיביות, שיטות, כל אחת עם יתרונות וחסרונות. החסרונות לשיטות הזמינים כוללים את השימוש במשאבים יקרים, רגישות לא מספקת את הצורך לשנות את רמות המצע או לשנות את התצורה הפיזית של התהליך באמצעות דגימות מופרע10. אתגר מהותי ואפילו יותר כדי מדידה N2 הוא רמות מוגברות הרקע שלו הסביבה10. ההפחתה של N2O N2 מעוכבת על ידי אצטילן (C2H2)8,9. לפיכך, ניתן לכמת denitrification על ידי מדידת שהצטברו N2O בנוכחות C2H2, אשר הוא ריאלי עקב רמות2O N סביבתיים נמוכות.

השימוש C2H2 כדי למדוד denitrification בבתי משקעים פותחה מלפני 40 שנה בערך11, וסוכם על הקמת חיישנים2O N אירעה כ-10 שנים מאוחר יותר12. הגישה מבוססת-אצטילן יישומית נרחב ביותר היא "הליבה סטטי". שהצטברו N2O נמדד במהלך תקופת דגירה של עד 24 שעות לאחר2H C2 נוסף של קראוון של ה-core משקעים אטום10. השיטה המתוארת כאן בעקבות הליך זה עם כמה חידושים. אנו מוסיפים את2H C2 על ידי בעבוע הגז בשלב מים של הליבה במשך כמה דקות, נמלא את כל קראוון עם דגימת מים לפני מדידה ההצטברות של N2O עם microsensor. אנו כוללים גם מערכת מלהיב המונעת את ריבוד של המים ללא resuspending המשקע. ההליך מכמתת שיעור denitrification משקעים שטח (למשל, µmol N2O m-2 h-1).

וריאציית יכולות גבוהות של denitrification מציג קושי נוסף שלה כימות מדויק10. בדרך כלל, הצטברות2O N נמדד באופן רציף על ידי גז כרומטוגרפיה של דגימות קראוון שנאספו במהלך הדגירה. השיטה המתוארת מספק ניטור משופרות של וריאציית הטמפורלי של צבירת2O N, מכיוון microsensor מספקת אות רציף. Multimeter microsensor הוא מגבר דיגיטלי microsensor (picoammeter) ממשק עם sensor(s) ואת המחשב (איור 1). Multimeter מאפשר כמה רחוקים2O N לשמש בו זמנית. למשל, עד משקעים ארבע הליבות מתוך אותו אתר המחקר ניתן למדוד בו זמנית את חשבון עבור ההשתנות המרחבית.

הגישה הליבה מפריע בקושי את מבנה המשקעים לעומת שיטות אחרות (למשל, slurries). אם בשלמות המשקעים משתנה, זה מוביל המחירים denitrification ריאלית13 המהווים רק הולם להשוואות היחסי. שיעור גבוה יותר תמיד מתקבלים עם שיטות slurry לעומת שיטות הליבה14, מכיוון שהשני שומר על המגבלה של denitrification באמצעות דיפוזיה המצע15. אמצעים slurry יכולה להיחשב נציג בחיי עיר המחירים16; הם מספקים אמצעי היחסי השוואות את ההליך המדויק.

השיטה המתוארת מתאימה עבור הערכת denitrification המחירים בכל סוג המשקע זה יכול להיות מכוסה. אנו ממליצים במיוחד על השיטה עבור ביצוע מניפולציות ניסיוני של חלק מהגורמים נהיגה. דוגמאות לכך הן ניסויים המשנים חנקתי זמינות והטמפרטורה בהתאם לצורך הערכת אנרגיה ההפעלה (E) של denitrification17 (איור 2).

figure-introduction-1
איור 1 : הגדרת הניסוי. הגדרת הניסוי () כללי כדי להעריך משקעים denitrification המחירים באמצעות ליבות ו- N2O רחוקים. תא הדגירה מבטיחה החושך ותנאי טמפרטורה מבוקרת (±0.3 ° C). ניתן לעבד חמש אבנים משקעים ללא פגע בו זמנית באמצעות שלהם חיישנים2O N בהתאמה. (b) N2O חיישן כיול קאמרית. שינינו אותה עם stoppers גומי, מזרקים לערבב N2O מים (ראה פרוטוקול שלב 3.4.3). יש מד חום כדי לשלוט על טמפרטורת המים. (ג) תקריב של דגימה משקעים בעזרת החיישן מוכנס לתוך החור המרכזי של השער PVC והמפרקים אטום עם דבק. מערבב תולה במים, ואת האלקטרומגנט קרוב קבוע בחלקו החיצוני של הצינור אקרילי. עצה (d) תקריב של microsensor2O N מוגן על ידי חתיכת מתכת. (e) גרעין משקע זה פשוט אבדו. זה היה לטעום מן סירה באגם עמוק; ברכבת התחתית אקרילי עם הליבה עדיין קבוע corer19כוח המשיכה הותאם ל- messenger. ראה את הטבלה של חומרים עבור כל הפריטים הדרושים לביצוע בשיטה זו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. הכנה

הערה: להתחיל זה יום לפני המידות נלקחים.

  1. להרכיב את הכיוונון מדידה (איור 1, ראה את הטבלה של חומרים).
    הערה: כדי להבטיח ספק כוח קבוע ואיכותי, המדידה מחובר לשקע האחיזה באמצעות פסק (UPS) יכול לשמש גם גיבוי. במקרה של הפסקת חשמל ארוכה משך, למצבר לשמש מקור כוח נוסף.
  2. התוכנה של החיישן ומתחילים חלים על-0.8 V מתח כדי polarize את N2O רחוקים. האות מראה ירידה מהירה ועלייה עוקבות, אז זה סוף סוף מקטין עד שזה נמוך ויציב.
    הערה: היצרן microsensor ממליצה קיטוב לפחות ללילה (או יותר) כדי להבטיח את היציבות של האות של החיישן. המלצה נוספת היא לשמור את החיישן מקוטב אם מדידות מתוכננות מרובות או ימים רצופים18.
  3. לעבור על דגירה קאמרית, להתאים את תנאי הניסוי (למשל, האור, שנבחרו ואת הטמפרטורה להגדיר להיות דומה לזה צפוי בתחום). המקום מיכל עם מים יונים בתוך החדר כך מים זמינה מאוחר יותר בטמפרטורה מדידה לצורך כיול של החיישן.
    הערה: שלב זה ניתן לעשות באותו היום את המידות המתוכנן, לפני היציאה כדי לאסוף את הליבות. עבור מידות סטנדרטיות, מומלץ להשתמש בתנאי כהה.
  4. לארוז ליבת שדה אוסף חומרים: התקן corer, דגימה צינורות stoppers גומי, ברזים פוליוויניל כלוריד (PVC), מברג, יחידת המערכת (GPS) המיקום הגלובלית, מד טמפרטורה, סאונדר כף יד, שלדגים, סירות מתנפחות (ראה את טבלה של חומרים). השתמש רשימת פעולות לביצוע כדי להבטיח כי כל החומרים הינם כלולים.

2. משקעים ליבת אוסף

  1. בהתאם עומק המים, בצע 2.1.1 או 2.1.2.
    1. לגופים במים עמוקים
      1. השתמש הכבידה הותאם ל- messenger corer19 סירה או פלטפורמה (איור 1e).
      2. לתקן את הצינור דגימה (אקריליק, ø 6.35 ס"מ, אורך ≥ 50 ס מ) corer בעזרת מברג.
      3. בחר נקודת דגימה על-פי מטרות החקירה. שימו המיקום (למשל, באמצעות קואורדינטות GPS) ואת עומק המדידה (למשל, באמצעות סאונדר כף יד). אם הדגימה מסירה, השתמש עוגן (למשל, שקית עם אבנים) כדי להימנע נסחף במהלך איסוף הליבה.
      4. לפרוס את המערכת הקידוח עד הצינור הדגימה הוא ~ 1 מ' מהמשקע. להשתמש בחבל עם סימני קבוע (למשל, במרווחים של 1 מ') כדי לשלוט על עומק המיקום של ציוד דגימה.
      5. לייצב את הציוד דגימה עבור 60 s (למשל, כדי למזער את תנועת הסירה). פעולה זו תבטיח את המשקע הנכון חדירה והשחזור של גרעין משקעים בקושי מופרע.
      6. שחרור ~ 1 מ' עוד חבל כך הצינור דגימה חודר המשקע. שימו לב אם הצינור דגימה חודר יותר מדי, זה יכול להפריע הממשק מים/משקעים.
      7. שחרר את השליח בעת ניסיון לשמור מתח החבל כך corer נשארת קבועה, בצורה מאונכת. כאשר השליח משפיע על corer, ניתן לחוש הבדל קטן במתח של החבל. באותו הזמן, סגור את corer ליצירת הוואקום המאפשר שחזור של גרעין משקעים.
      8. לשחזר את corer על ידי משיכת החבל ללא הרף ובעדינות.
      9. ברגע הליבה היא קרוב לפני השטח, אך עדיין לגמרי מתחת למים (כולל החלק גומי corer המבטיחה את הואקום), מקום פקק גומי בתחתית הצינורית הדגימה. בדוק את ממשק מים/משקעים; זה צריך להיות ברור והפרעתי לא בעליל (איור 1e). אם זה לא המקרה, למחוק את הליבה לנקות את הצינור, חזור על שלבים 2.1.1.4-9.
      10. לרומם את כל המערכת הקידוח מהמים. לשחרר ברכבת התחתית הדגימה corer ומניחים כיסוי PVC על החלק העליון. . נסיים את זה עם דבק למנוע היווצרות של המרחב האווירי.
    2. עבור בתי גידול littoral וגופים במים רדודים
      1. בשמלה שלדגים לדיגום במים רדודים מאוד (< 0.6 מטר).
      2. השתמש שנורקלינג או צלילה ציוד לדיגום עמוק (עד 3 מ').
      3. בחר נקודת דגימה על-פי מטרות החקירה. שימו המיקום (למשל, קואורדינטות GPS). הוספה ידנית, הצינור דגימה (למשל, אקריליק, ø 6.35 ס מ) לתוך המשקע.
      4. מקום פקק גומי החלק העליון של הצינור הדגימה כדי לקבל ואקום.
      5. להסיר את ליבת מהמשקע, שהתעוררה עוד פקק גומי בתחתית צינור.
        הערה: יש צורך לעבוד עם הצינור מתחת למים בכל עת; באתרים רדודים מאוד, אנו ממליצים על קיצור הצינור עד 20 ס מ. לפעמים המשקע יש תוכן מים גבוהה והוא מנקז כאשר הצינור מוסר מן המיטה משקעים. במקרה זה, יש צורך להציג את הפקק התחתון ללא מרוממת את ליבת מחוץ המשקע. כדי לעשות זאת, באופן ידני לטבול את הפקק ב המשקע סביב הצינור ומקם אותו בקפידה כדי לסגור את החלק התחתון של הצינור.
      6. מתוך המים, תחליף את פקק הגומי העליון עם כיסוי PVC, לאטום לצומת עם דבק.
  2. להגן על הליבה במהלך שלה העברה למעבדה באמצעות מזעור סבבים ורעדתי.

3. כיול של רחוקים תחמוצת החנקן (N2O)

  1. באמצעות המחשב (תרשים הסטריפ, חיישן תוכנה), לבדוק כי האות של החיישן הוא יציב, נמוך (< 20 mV).
  2. צור קובץ חדש (למשל, את התאריך ואת האתר דגימה (130903_Redon_Lake)) כדי להקליט את ערכי כיול ואת אותות חיישן.
    הערה: אותות חיישן רגישות טמפרטורה (איור 4). השתמש באותה טמפרטורה את המידות ואת הכיול חיישן. החיישן מגיב באופן ליניארי בין2O N 0% - 2.5%20. לכן, כיול לשתי נקודות הוא מספיק18.
  3. לקבלת הכיול ערך עם אפס תחמוצת החנקן, קרא האות חיישן לשמור את הטיפ חיישן submersed N2O ללא מים (יונים).
  4. כיילו במים2O N-הריכוז הרצויה.
    הערה: להכין מים עם מוגדר N ריכוז2O, אשר יעלה במקצת את הריכוז המרבי הצפוי בתקופת הדגירה. אנו משתמשים ~ 25 מיקרומטר N2O כערך כיול. להיות מודע להחלטתו הריכוז טווח חיישן מרבי של 500 מיקרומטר2O N.
    1. להשיג N2O-רווי מים מבעבעים N2O במים יונים לכמה דקות.
      הערה:, המסיסות במים2O N, תלוי של טמפרטורה, מליחות21; עיין בטבלה בנספח חיישן ידני18.
    2. למהול2N O רווי המים על-ידי הוספת נפח מסוים של מים2O N רווי נפח של מים יונים. לדוגמה, ב- 20 ° C, להוסיף mL 0.3 רווי מים2O N, שבו יש ריכוז של 28.7 מ מ N2O, כולל של 375 מ ל מים 22.9 N מיקרומטר בריכוז2O. הערה זו 375 מ"ל הוא הנפח הכולל של תא כיול (איור 1b).
    3. לאחר ערבוב בעדינות את N2O רווי מים עם מים יונים כלי כיול לדלל אותו לריכוז הרצוי, לקרוא את האות חיישן כאשר הוא קבוע. הקריאה הזו הוא ערך כיול במים2O X µM N. בעת ערבוב את הפתרון, להיזהר לא לייצר בועות, כפי זה לסלק את N2O מהפתרון כיול.
      הערה: להיות מודעים כי N2O במים ימלט לאט באוויר; לפיכך, הפתרון כיול מוכן יכול לשמש רק לכמה דקות.

4. ליבה הכנה וניגוד אצטילן

  1. שינוי בשער PVC ממוקם בחלק העליון של כל ליבה משקעים על ידי כיסוי נוסף עם חור במרכז, פגים תלייה. לאטום מחדש הצומת עם דבק.
  2. לצמצם את השלב המים של כל דגימה גובה משוער של 12 ס מ (≈ נפח 380 מ"ל). לשם כך, תחילה הכנס צינור סיליקון בתוך החור המרכזי. לאחר מכן, הכניסו את ליבת משקעים גליל ודחף את הפקק התחתון כדי ליצור לחץ. פקק של דוגמאות לעלות, ומעביר את עודפי המים דרך הצינורית. לאסוף את המים לכלי הנמען.
    הערה: דגימות עם צפיפות גסה יכול להיות בעייתי במהלך שלב זה. חלקיקי המשקעים להציב בין בולם את הצינור יכול לעוות את הפקק ופתח חור באוויר אילו בועות יכול לעבור ולנער את הדגימה. כדי להימנע מבעיה זו, לשים את הצילינדר במרכז הפקק התחתון ולנסות לדחוף עם כוח קבוע. המפרק בין צינור סיליקון שימשו לפינוי עודפי המים והיא מכסה PVC מורכבת מוכנס צינור סיליקון חלק מוצק (למשל, טיפ פיפטה 5 מ"ל ללא סוף הצרה ביותר שלו).
  3. ביצוע עיכוב אצטילן מאת מבעבעים עם גז אצטילן השלב מים של הגרעין של 10 דקות. להימנע resuspending המשקע.
    הערה: כמו שינוי אפשרי של השיטה, להוסיף מצע (חנקת) דרך תווך נוזלי מרוכז לפני מבעבעים אצטילן למדידות פוטנציאליים denitrification (למשל, כמו איור 3ב, ג).

5. denitrification (מידה הצטברות של2O N)

  1. למלא את כל החלל אוויר במדגם עם שאריות המים הקודם. למקם את החיישן בתוך ליבת משקעים דרך החור המרכזי של כיסוי PVC לסיפון. צריך להיות ממוקם בקצה של החיישן מים בשלב מעל קדירות (איור 1c).
    הערה: כל המפרקים של הצינור דגימה אקריליק חייבות להיות חתומות כדי למנוע דליפות גז ומים במהלך המדידה (איור 1a, c). בחלק התחתון של הצינור, פקק הגומי מספיקה בשביל זה. איטום החלק העליון קשה יותר. השער PVC לכווננו. זה חייב להיות מחומם עם פנס; לאחר מכן, כאשר החומר הופך להיות גמיש אך לא שרוף, השער ממוקם בצינור כך שאפשר לעצב את צורתו. אחרי קירור העטיפה צריך עוד שינויים (למעט מכסה המשמש להעברת הדגימות למעבדה בשלבים 2.1.1.10 או 2.1.2.6). עליך ניתן לקדוח את החור המרכזי שבו מוכנס החיישן. מערבב יכולים להתקיים עם חוט דיג, אשר בתורו היא דבקה עם דבק הפנימי של המכסה כך מערבב תלוי את החכה למים (איור 1c). כמו כן, כל המפרקים (צינור כיסוי PVC ו PVC כיסוי חיישן) חתומות עם דבק. במקום דבק אלסטי כדי להתאים את הקוטר של החיישן על מנת לאטום את המשטח ליצירת קשר בין החור המרכזי של כיסוי PVC החיישן (איור 1c).
  2. לעבור על המעגל פעימה אלקטרומגנטית היא חלק ממערכת מלהיב.
    הערה: מערכת מלהיב מונע השיכוב של שלב מים ללא מפריע (resuspending) המשקע. מערכת מלהיב מורכב המעגל החשמלי מתגי הדלקה וכיבוי אלקטרומגנט זה מושך/מהדורות פגים (ראה את הטבלה של חומרים תיאור מפורט).
  3. הזז את האלקטרומגנט סביב החלק החיצוני של הצינור אקריליק עד קדירות יזוז ברציפות ולאחר מכן לתקן אותה במקום באמצעות סרט דביק (איור 1c).
  4. סגור את התא הדגירה כדי להבטיח טמפרטורה (למשל, וריאציה של ±0.3 ° C).
  5. לחץ על לחצן הרשומה (חיישן תוכנה) כדי להתחיל להקליט את האות חיישן. המדידות נרשמות בדרך כלל כל 5 דקות.
  6. לחץ על לחצן עצור בסופה של תקופת המדידה.

6. סופית מדידה צעדים

  1. חכה לפחות ~ 10 דקות עם הקצה של החיישן שקוע במים חינם-N2O (יונים) לפני קריאת האות אפס N2O כיול המידה.
  2. לבצע כיול חיישן הסופי. בשביל זה, חזור על כיול חיישן, בעקבות סעיף 3 אבל החל שלב 3.3.
  3. שמור את הקובץ (חיישן תוכנה).

7. בחישובי שיעור denitrification

  1. התחל עם קובץ הפלט ייערכו שנוצרו על-ידי התוכנה חיישן המכילה את הרשומה של החיישן אות ב mV מיקרומטר N2O ואני את נתוני הכיול.
  2. להתוות את האות חיישן נגד הזמן כדי להמחיש את N2O הצטברות המגמה (למשל, איור 2).
  3. השתמש רק של טווח הזמן עם הצטברות ליניארי, למעט התקופה להתאקלמות הראשונית של המדגם ורוויה הסופי אפשרי עקב הגבלה המצע (למשל, איור 2b). ליצור מודל לינארי של האות חיישן (מיקרומטר) לאורך זמן (h).
    הערה: השיפוע הוא הקצב denitrification (מיקרומטר N2O ליבה-1 h-1), אשר, אם לחלק את האזור של הגרעין (πr2), הופך הקצב במיקרומטר N2O m-2 h-1, וכאשר מוכפל מים נפח (πr2h, כאשר h הוא הגובה של השלב מים ו- r הוא רדיוס פנימי של הצינור אקרילי, במקרה זה 0.12 m ו 0.03175 m, בהתאמה) הופכת קצב µmol N2O ז-2 h-1.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סך של המחירים denitrification 468 הוערך באמצעות הפרוטוקול מעל במשקעים אגמי הרים פירנאי על התקופה 2013-2014. אנו מראים כמה תוצאות אלה כדי להדגים את הפרוצדורה (איור 2 , איור 3). באופן כללי, המודל הוא ליניארי בין ריכוז2O N זמן יש קורלציה טובה (R2 ≥ 0.9). השיפוע של קשר הגומלין מספקת הערכה של שער denitrification (שלב 7.3; למשל, איור 2d). אם הפעילות denitrifi...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

היתרונות העיקריים של השיטה המתוארת הם השימוש של משקעים מינימלית מופרע דוגמאות הקלטה רציפה של הצטברות2O N. אלה מאפשרים הערכה של תעריפים denitrification נמוך יחסית סביר דומה אלה המתרחשים בחיי עיר. למרות זאת, נדונים היבטים מסוימים הנוגעים את גלעון, חיישן על הביצועים ועל פוטנציאל שיפורים.

שלב נראה פשוט אבל קריטי של השיטה הוא שחזור טוב ליבה. הממשק משקעים/מים חייב לספק את שלושת הקריטריונים: (i) ללא כל שינוי בהרכב שלה כימי או המרכיבים אותה, (ii) אין שינוי התוכן המים או יחס void, ו...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הממשלה הספרדית סיפק כספים באמצעות Educación דה Ministerio כמו מלגת predoctoral C.P-ל' (FPU12-00644), מענקי מחקר של y Ministerio דה Economia Competitividad: NitroPir (CGL2010-19737), יפורסם (CGL2013-45348-P), העברה ( CGL2016-80124-C2-1-P). הפרויקט REPLIM (INRE - תוכנית INTERREG. EUUN - האיחוד האירופי. EFA056/15) נתמך הכתיבה הסופי של הפרוטוקול.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
קורר כבידה מותאם לשליח-הפניה בכתב היד. תוצרת Glew, J.
צינור דגימה-אקריליק. מידות: 100 ס"מ (שעה) וזמנים; 6.35 ס"מ (ד) ופעמים; 6.50 ס"מ (D). לחדד את קצה צינור הדגימה החודר לתוך המשקע כדי למזער את ההפרעה בדגימת ליבת המשקע המשוחזרת.
צליל כף ידPlastimo38074Echotest II צליל עומק.
פקק גומיVWRDENE1012114עם שני חורים, המשמשים לערבוב ה-N2O-water בתא הכיול. מידות: 20 מ"מ (h) וזמנים; 14 מ"מ (עומק) וזמנים מסוימים; 18 מ"מ (D) (חור 3 מ"מ (D)).
פקק גומיVWR217-0125לאיטום החלק התחתון של צינור המתאקרילט ולדגום בגופי מים רדודים. מידות: 45 מ"מ (h) וזמנים; 56 מ"מ (ע) וזמנים; 65 מ"מ (D).
פקק גומיVWR217-0126הנח את פקק הגומי בצד העליון של צינור הדגימה כדי לקבל ואקום לדגימה באזורי חוף וגופי מים רדודים. מידות: 50 מ"מ (גובה) x 60 מ"מ (ד) x 70 מ"מ (ד).
כיסוי PVC-לאיטום החלק הצדדי העליון של הצינור האקרילי. מידות: 45 מ"מ (h) וזמנים; 56 מ"מ (ע) וזמנים; 65 מ"מ (D). מידות: 65 מ"מ (D).
סרט דבק-עמיד למים. כדי להבטיח את כל המפרקים (צינור דגימה של כיסוי PVC וחיישן כיסוי PVC) וכדי למנוע נזילות מים.
מדחום-נייד ועמיד למים, למדידת הטמפרטורה במים הנמצאים מעל המשקעים מיד לאחר דגימת הליבות.
GPS-כדי לשמור את המיקום של אתר דגימה חדש או להגיע לאתר קודם.
Wader-לדגימת אתרים חופיים או רדודים.
סירה-סירה מתנפחת היא האפשרות הטובה ביותר לקלילות שלה אם אתר הדגימה אינו נגיש ברכב.
חבל-חבל עם סימנים המראים את אורכו (למשל, מסומן בקוד צבע כדי להבחין בין כל מטר).
N2O בקבוק גז ומפחית לחץAbelló Linde32768-100התייחסות לבקבוק גז.
C2H2 בקבוק גז ומפחית לחץAbelló Linde32468-100התייחסות לבקבוק גז.
צינור המשמש לפינוי עודפי מים-מורכב מחלק מוצק (למשל, קצה פיפטה של 5 מ"ל ללא הקצה הצר ביותר שלו) המוחדר לצינור סיליקון.
מיני חיישן תחמוצת החנקן עם כובעUnisenseN2O-Rאנו משתמשים ב-4 חיישנים בכל פעם.
מולטימטר מיקרו-חיישן 4 Ch. 4 pA ערוציםUnisenseMultimeterPicoammeter רשום למחשב נייד. המכשיר הסטנדרטי מאפשר 2 חיבורי פיקומטר חיישנים (למשל, חיישן N2O), pH/mV אחד ומדחום. הזמנו מכשיר עם ארבעה חיבורי פיקו-אממטר, המאפשר שימוש ב-4 חיישני N2O בו זמנית.
תוכנת SensorTrace Basic 3.0 Windowsתוכנת רכישת נתונים של חיישןUnisense
תא כיול כולל משאבהUnisenseCAL300תא כיול. כיווננו אותו עם פקקי גומי ומזרקים כדי לערבב את המים N2O מבלי ליצור בועות.
תא דגירהIbercexE-600-BVציוד הכרחי לעבודה בטמפרטורה קבועה (± 0.3 & deg; ג). זה גם מאפשר שליטה על הפוטופריוד.
מערבל חשמלי-חלק ממערכת הערבוב. הוא תלוי במים, מעל נושא המשקעים, על ידי חוט דיג המחובר לכיסוי ה- PVC.
אלקטרומגנט-חלק ממערכת הערבוב. הוא מקובע לחלק החיצוני של הצינור האקרילי, בערך באותה רמה כמו המערבל. הוא מופעל באופן אפיזודי (בערך 1 הפעלה-כיבוי לשנייה) על ידי מעגל, מושך את הבוחש כשהוא דולק ומשחרר אותו כשהוא כבוי, ובכך יוצר את התנועה שמסעירה את המים.
מעגל דופק אלקטרומגנטי-חלק ממערכת הערבוב. הוא מחובר באמצעות חוטים לאלקטרומגנט ושולח פולסים של זרם שמפעילים ומכבים את האלקטרומגנט.
אספקת חשמל אל-פסק (UPS)-היא משפרת את איכות האנרגיה החשמלית המגיעה למכשיר המדידה, מסננת את הגבוהים והנמוכים של המתח, ובכך מבטיחה אות חיישן N2O קבוע ויציב יותר.
.

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rockstrom, J., et al. A safe operating space for humanity. Nature. 461 (7263), 472-475 (2009).
  2. Erisman, J. W., Galloway, J., Seitzinger, S., Bleeker, A., Butterbach-Bahl, K. Reactive nitrogen in the environment and its effect on climate change. Current Opinion in Environmental Sustainability. 3 (5), 281-290 (2011).
  3. Gruber, N., Galloway, J. N. An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature. 451 (7176), 293-296 (2008).
  4. Tiedje, J. M. Ch. 4. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium. Environmental Microbiology of Anaerobes. Vol. 717. Zehnder, A. J. B. , John Wiley and Sons. 179-244 (1988).
  5. Seitzinger, S., et al. Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis. Ecological Applications. 16 (6), 2064-2090 (2006).
  6. Contribution of Working Group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , Cambridge University Press. (2013).
  7. Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., Portmann, R. W. Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century. Science. 326 (5949), 123-125 (2009).
  8. Balderston, W. L., Sherr, B., Payne, W. Blockage by acetylene of nitrous oxide reduction in Pseudomonas perfectomarinus. Applied and Environmental Microbiology. 31 (4), 504-508 (1976).
  9. Yoshinari, T., Knowles, R. Acetylene inhibition of nitrous-oxide reduction by denitrifying bacteria. Biochemical and Biophysical Research Communications. 69 (3), 705-710 (1976).
  10. Groffman, P. M., et al. Methods for measuring denitrification: Diverse approaches to a difficult problem. Ecological Applications. 16 (6), 2091-2122 (2006).
  11. Sorensen, J. Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique. Applied and Environmental Microbiology. 36 (1), 139-143 (1978).
  12. Revsbech, N. P., Nielsen, L. P., Christensen, P. B., Sorensen, J. Combined oxygen and nitrous-oxide microsensor for denitrification studies. Applied and Environmental Microbiology. 54 (9), 2245-2249 (1988).
  13. Jorgensen, K. S. Annual pattern of denitrification and nitrate ammonification in estuarine sediment. Applied and Environmental Microbiology. 55 (7), 1841-1847 (1989).
  14. Laverman, A. M., Van Cappellen, P., van Rotterdam-Los, D., Pallud, C., Abell, J. Potential rates and pathways of microbial nitrate reduction in coastal sediments. FEMS Microbiology Ecology. 58 (2), 179-192 (2006).
  15. Ambus, P. Control of denitrification enzyme-activity in a streamside soil. FEMS Microbiology Ecology. 102 (3-4), 225-234 (1993).
  16. Christensen, P. B., Rysgaard, S., Sloth, N. P., Dalsgaard, T., Schwærter, S. Sediment mineralization, nutrient fluxes, denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in an estuarine fjord with sea cage trout farms. Aquatic Microbial Ecology. 21 (1), 73-84 (2000).
  17. Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. Denitrification Temperature Dependence in Remote, Cold, and N-Poor Lake Sediments. Water Resources Research. 54 (2), 1161-1173 (2018).
  18. Nitrous Oxide sensor user manual. , UNISENSE A/S. (2011).
  19. Glew, J. Miniature gravity corer for recovering short sediment cores. Journal of Paleolimnology. 5 (3), 285-287 (1991).
  20. Andersen, K., Kjaer, T., Revsbech, N. P. An oxygen insensitive microsensor for nitrous oxide. Sensors and Actuators B-Chemical. 81 (1), 42-48 (2001).
  21. Weiss, R. F., Price, B. A. Nitrous oxide solubility in water and seawater. Marine Chemistry. 8 (4), 347-359 (1980).
  22. Nitrous Oxide Microsensors Specifications. , UNISENSE A/S. (2018).
  23. Koike, I. Ch. 18. Measurement of sediment denitrification using 15-N tracer method. Denitrification in Soil and Sediment 10.1007/978-1-4757-9969-9 F.E.M.S. Symposium Series. Revsbech, N. P., Sørensen, J. , Springer US. 291-300 (1990).
  24. Hvorslev, M. J. Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes. , American Society of Civil Engineers, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, U.S. Army. 521(1949).
  25. Glew, J. R., Smol, J. P., Last, W. M. Ch. 5. Sediment Core Collection and Extrusion. Tracking Environmental Change Using Lake Sediments: Basin Analysis, Coring, and Chronological Techniques. Last, W. M., Smol, J. P. 1, Springer. Netherlands. 73-105 (2001).
  26. Behrendt, A., de Beer, D., Stief, P. Vertical activity distribution of dissimilatory nitrate reduction in coastal marine sediments. Biogeosciences. 10 (11), 7509-7523 (2013).
  27. Laverman, A. M., Meile, C., Van Cappellen, P., Wieringa, E. B. A. Vertical distribution of denitrification in an estuarine sediment: Integrating sediment flowthrough reactor experiments and microprofiling via reactive transport modeling. Applied and Environmental Microbiology. 73 (1), 40-47 (2007).
  28. Melton, E. D., Stief, P., Behrens, S., Kappler, A., Schmidt, C. High spatial resolution of distribution and interconnections between Fe- and N-redox processes in profundal lake sediments. Environmental Microbiology. 16 (10), 3287-3303 (2014).
  29. SensorTrace BASIC 3.0 user manual. , UNISENSE A/S. (2010).
  30. Schwing, P. T., et al. Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod. Journal of visualized experiments. (114), 54363(2016).
  31. Bernhardt, E. S. Ecology. Cleaner lakes are dirtier lakes. Science. 342 (6155), 205-206 (2013).
  32. Finlay, J. C., Small, G. E., Sterner, R. W. Human influences on nitrogen removal in lakes. Science. 342 (6155), 247-250 (2013).
  33. Seitzinger, S. P. Denitrification in fresh-water and coastal marine ecosystems- ecological and geochemical significance. Limnology and Oceanography. 33 (4), 702-724 (1988).
  34. Seitzinger, S. P., Nielsen, L. P., Caffrey, J., Christensen, P. B. Denitrification measurements in aquatic sediments - a comparison of 3 methods. Biogeochemistry. 23 (3), 147-167 (1993).
  35. Christensen, P. B., Nielsen, L. P., Revsbech, N. P., Sorensen, J. Microzonation of denitrification activity in stream sediments as studied with a combined oxygen and nitrous-oxide microsensor. Applied and Environmental Microbiology. 55 (5), 1234-1241 (1989).
  36. Peter, N. L. Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing. FEMS Microbiology Ecology. 9 (4), 357-361 (1992).
  37. Risgaard-Petersen, N., Nielsen, L. P., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Meyer, R. L. Application of the isotope pairing technique in sediments where anammox and denitrification coexist. Limnology and Oceanography-Methods. 1, 63-73 (2003).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

N2ON2O

מאמרים קשורים