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Antropogeniche alterazione del ciclo dell'azoto è uno dei problemi più impegnativi per il sistema di terra1. Attività umana è almeno raddoppiato i livelli di azoto reattivi disponibile per la biosfera2. Tuttavia, permangono grandi incertezze per quanto riguarda come viene valutato il ciclo globale del N. Alcune stime di flusso sono state quantificate con meno di errore del ± 20%, e molti hanno incertezze di ± 50% e più grande3. Queste incertezze indicano la necessità di accurate stime dei tassi di denitrificazione attraverso gli ecosistemi e la comprensione dei meccanismi di fondo di variazione. Denitrificazione è un'attività microbica, attraverso il quale gli ossidi azotati, principalmente nitrati e nitriti, sono ridotti a gas di dinitrogen, N2O e N24. La via è molto rilevante per la disponibilità della Biosfera di azoto reattivo perché è il principale processo di rimozione5. N2O è un gas serra con un potenziale di riscaldamento quasi 300 volte quello di CO2 oltre 100 anni ed è la corrente principale causa di riduzione dell'ozono stratosferico a causa delle grandi quantità essendo emessa6,7.
Di seguito, presentiamo un protocollo per la stima di tassi di denitrificazione di sedimento utilizzando core e N2O microsensori sperimentalmente (Figura 1). Tassi di denitrificazione sono stimati utilizzando l'acetilene inibizione metodo8,9 e misurazioni dell'accumulo di N2O durante un periodo definito (Figura 2 e Figura 3). Dimostriamo il metodo applicandolo ai sedimenti del Lago di montagna. Questo studio finalizzato evidenzia le prestazioni del metodo per la rilevazione tassi relativamente bassi con il minimo disturbo alla struttura fisica dei sedimenti.
Denitrificazione è particolarmente difficile da misurare10. Ci sono diversi metodi, ciascuno con vantaggi e svantaggi e approcci alternativi. Gli svantaggi di metodi disponibili comprendono l'uso di risorse costose, sensibilità insufficiente e la necessità di modificare i livelli di substrato o alterare la configurazione fisica del processo utilizzando campioni disturbati10. Una sfida ancora più fondamentale per N2 di misura è i suoi livelli elevati sfondo nell' ambiente10. La riduzione di N2O N.2 è inibita da acetilene (C2H2)8,9. Così, denitrificazione può essere quantificato misurando l'accumulato N2O in presenza di C2H2, che è fattibile a causa di bassi livelli ambientali di2O N.
L'uso di C2H2 per misurare i tassi di denitrificazione in sedimenti è stato sviluppato circa 40 anni fa11e l'incorporazione di sensori2O N si è verificato circa 10 anni più tardi12. L'approccio più ampiamente applicata per acetilene è il "nucleo statico". L'accumulato N2O è misurato durante un periodo di incubazione fino a 24 h dopo l'aggiunta di spazio di testa del sedimento sigillato core10C2H2 . Il metodo qui descritto segue questa procedura con alcune innovazioni. Aggiungiamo il C2H2 di gorgogliare il gas nella fase acquosa del nucleo per alcuni minuti, e abbiamo riempire tutto lo spazio di testa con acqua campione prima di misurare l'accumulo di N2O con un microsensor. Abbiamo anche un sistema di agitazione che impedisce la stratificazione dell'acqua senza risospendere il sedimento. La procedura quantifica il tasso di denitrificazione per area di superficie del sedimento (ad es., µmol N2O m-2 h-1).
L'elevata variazione spaziale e temporale di denitrificazione presenta un'altra difficoltà nella sua quantificazione accurata10. Di solito, accumulo di N2O è misurata in sequenza mediante gascromatografia di campioni dello spazio di testa che vengono raccolti durante l'incubazione. Il metodo descritto fornisce migliore monitoraggio della variazione temporale dell'accumulo2O N, perché il microsensor fornisce un segnale continuo. Il multimetro microsensor è un amplificatore digitale microsensor (picoammeter) che si interfaccia con i sensori e il computer (Figura 1a). Il multimetro permette diversi N2O microsensori essere utilizzato allo stesso tempo. Per esempio, fino a quattro sedimento nuclei dallo stesso sito di studio possono essere misurate simultaneamente per tenere conto della variabilità spaziale.
L'approccio di base a malapena disturba la struttura di sedimento rispetto ad alcuni altri metodi (ad esempio, fanghi). Se l'integrità dei sedimenti è alterata, questo porta a denitrificazione irrealistico tariffe13 che sono solo sufficienti per i confronti relativi. Tassi più elevati sono sempre ottenuti con metodi di liquami rispetto al nucleo metodi14, perché quest'ultimo conserva la limitazione di denitrificazione di substrato diffusione15. Misure di liquami non possono essere considerati rappresentativo di in situ tariffe16; Essi forniscono misure relative per i confronti eseguiti con la stessa procedura.
Il metodo descritto è appropriato per la stima di tassi di denitrificazione in qualsiasi tipo di sedimento che può essere animato. Consigliamo in particolare il metodo per eseguire manipolazioni sperimentali di alcuni dei fattori guida. Esempi sono esperimenti che modificare la disponibilità di nitrato e temperatura come necessario per stimare l'attivazione di energia (Eun) di denitrificazione17 (Figura 2).

Figura 1 : Messa a punto sperimentale. (un) generale messa a punto sperimentale per stimare i tassi di denitrificazione sedimento utilizzando N2O microsensori e anime. La camera di incubazione assicura condizioni di (± 0,3 ° C) di oscurità e temperatura controllata. Cinque carote di sedimento intatta possono essere elaborati contemporaneamente utilizzando i loro rispettivi sensori2O N. (b) N2O camera di calibrazione sensore. Abbiamo adattato con tappi di gomma e siringhe per mescolare il N2O acqua (Vedi protocollo punto 3.4.3). C'è un termometro per controllare la temperatura dell'acqua. (c) Close-up di un campione di nucleo di sedimento con il sensore inserito nel foro centrale del coperchio in PVC e i giunti sigillati con nastro adesivo. L'agitatore è appeso nell'acqua, e l'elettromagnete è vicino ad esso e fissata alla parte esterna del tubo acrilico. punta (d), close-up della N2O microsensor protetto da un pezzo di metallo. (e) un nucleo di sedimento che è appena stato recuperato. È stata campionata da una barca in un lago profondo; il tubo acrilico con il nucleo è ancora fissato al Messaggero-adattato gravità corer19. Vedi la Tabella materiali per tutti gli elementi necessari per eseguire questo metodo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.