方法論記事

内部リン負荷の尺度として湖堆積物の研究室に決定されたリンフラックス

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DOI:

10.3791/51617

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2014年3月6日

 ,  , 
1Annis Water Resources Institute, Grand Valley State University

この記事について

サマリー

湖の富栄養化は、重要な栄養源を特定し、制御する必要性を作り、世界的な水質問題です。堆積物コアからのリンの放出速度の実験室での決定は、内部のリン·ロードの役割を決定し、経営の意思決定を導くための貴重なアプローチです。

要約

富栄養化は、世界中の湖沼の水質の問題であり、栄養源を特定し、制御するための重要な必要性がある。湖沼堆積物からの内部リン（P）ロードは富栄養の総P負荷のかなりの部分、およびいくつかの中栄養湖を説明することができる。堆積物コアからのPの放出速度の実験室での決定は、内部Pのロードの役割を決定し、経営の意思決定を導くための一つのアプローチである。土砂Pの放出の実験的決定には2つの主な選択肢が内部負荷を推定するために存在する：hypolimnetic Pの変化をその場測定の時間とPマスバランスの上。内部Pの負荷を定量化するために実験室ベースの堆積物のインキュベーションを使用した実験的なアプローチは、湖沼管理と回復のための貴重なツール作り、直接法である。

堆積物コアの実験室インキュベーションは、内部対外部P負荷の相対的な重要度を判断するのに役立ちます、だけでなく、湖沼管理と研究のさまざまな問題に答えるために使用される。我々は、硫酸アルミニウム（ミョウバン）堆積物Pの放出を低減するための治療の有効性を評価するための堆積物コアインキュベーションの使用を示す。この手法を用いて検討することができ、他の研究課題は、P放出に対する土砂の再懸濁および生物擾乱の影響が含まれています。

アプローチは、制限があります。栄養素放出を測定するためにどのような時間に渡って決定する。、全体の湖に堆積物コアから外挿した結果と可能なコアチューブの成果物への対応：仮定がに関してなされなければならない。湖で時間的·空間的な酸化還元状態を評価するための総合的な溶存酸素監視戦略は、堆積物コアインキュベーションから推定年間のP負荷の高い信頼性を提供する。

概要

湖が増えて、世界中の文化的富栄養化に苦しむように、水質悪化の原因の決定は、湖沼管理と回復のためにますます重要になってきている。それは、ほとんどの場合、藻類の成長1を制限する栄養素であるように湖にリン（P）の読み込みは、一般的に、富栄養化に関与している。歴史的には、湖にP搭載の定量化は、外部ソースに焦点を当てた、またはPがポイントと非点源を通じて流域に由来。しかし、湖の堆積物からの内部負荷は、富栄養化湖沼2-5の総Pの負荷の大部分は、ないに大部分を占めることができます。このように、湖への外部負荷の場合でも大幅な削減は、堆積物5-8からのPの放出の最優先の影響で水質改善をもたらすことができないことがあります。なぜなら、コストとP制御の難しさを含むp搭載の生態学的、社会的影響、のではなく、Pの負荷があることが重要である正確に先立って経営戦略を制定までに同定された。

少なくとも二つの異なるメカニズムが堆積物からのリンの放出を担当している。 1）中、還元条件無酸素または低酸素の周期は、水柱9-11に堆積物から溶解したリン酸の拡散を引き起こし、堆積物-水界面でのオキシ水酸化鉄からのリン酸の脱離をもたらすことができる。 2）堆積物表面の乱れは、風による再懸濁および生物擾乱を通じて、水柱に再懸濁土砂粒子や底質間隙水から溶解Pのリリースから、Pのいずれかの脱着によって水柱にPの放出をもたらすことができますそれぞれ11月13日 。

三つの主要なアプローチが湖14,15に内部P負荷を定量化するために利用可能である。 （1）経時hypolimnetic全リン（TP）の変化のin situ測定で監視する際に使用することができるデータを掲載しています。 その場での測定で基づいて、内部の負荷の推定値は、環境データの固有の空間的·時間的変動に関連した高い変動に苦しむと不十分な監視頻度14の影響を受けることができます。 （2）質量バランスは、完全なP予算を構築することができる場合には、内部負荷を推定するために使用することができる。しかし、それは十分なデータが完全P予算16を構築するために、Pの入力と輸出に利用可能であることは稀である。 （3）実験的に決定された堆積物Pの放出速度は内部Pの負荷を計算するために、P放出（ すなわち、無酸素期間）の面積範囲および期間に関する情報と組み合わせて使用することができる。それはあまりにも（下記参照）の制限がありますが、これは、内部​​P負荷の定量化の直接的な方法です。

経営判断がしばしば資金調達の制約や社会的圧力に圧縮された時間スケールで行われなければならないので、内部Pの実験的決定それは、その場 、マスバランスアプローチよりも少ない時間とデータを必要とするため、負荷は湖の管理と回復のためのより大きな有用性を持つことができます。外部負荷の監視と組み合わせた堆積物コアの実験室インキュベーションは、栄養源制御2,4,17を最適化するために、経営の意思決定を導くことを目標に、内部および外部のP負荷の相対的な寄与を決定するために使用されている。湖に直接隣接するサブ流域における大規模な海岸線の開発と不浸透性表面の割合が高い（> 25％）との2ミシガン湖では、内部P負荷は勧告を促し、総P負荷の最大80％を占めると推定された土砂Pリリース2,4の低減に経営努力を集中する。これとは対照的に、同地域の発展途上の湖の堆積物の実験的研究は、内部負荷がワシントン州のP管理戦略を集中する勧告を促す、総P負荷のわずか7％を構成したことを示した17 tershed。堆積物コア実験はまた、堆積物P放出速度2を減少させる硫酸アルミニウム（ミョウバン）処理、濃度および沈殿物の再懸濁13、ANの有効性の効果を投薬最も効率的なミョウバンの潜在的有効性を決定するために、ミシガン湖で使用されているその場ミョウバン処理1年18と5年間19 で治療後。内部P負荷の実験的決定は、富栄養化湖沼における鍵管理の質問に対する答えを提供するための効果的なアプローチである。

プロトコル

1。フィールドサンプリング

  1. 1〜2年前から（該当する場合）の各氷のないシーズンに一回のサンプリングを実施し、可能な場合は（北温暖な気候、すなわち 3回/年）。時間および/または資金が旬のサンプリングを禁止する場合は、半ばから後半、夏の間に一度、年間のサンプリングを実施しています。
  2. 湖内の異なる地理的領域をカバーするために堆積物回収拠点を選択します。利用可能な場合、過去の水質および/または堆積物のサンプリング地点に近い場所を選ばず、履歴データを活用することが望ましい場合が多い。それ以外の場合は、湖内の別の堆積物の種類を表すサイトを選択しよう。
  3. コアコレクションを沈降するために、水質のサンプリングの前に行う。
    1. 最低でも、水深、水温、溶存酸素の鉛直プロファイルを測定する。近底の測定は、堆積物を乱すことなく、可能な限り表面を沈降近いように撮影する必要があります。
    2. 他のワットを収集研究の具体的な目標を達成するために望まれる小胞体品質データおよびサンプル。セッキの深さ、、光合成有効放射（PAR）のプロファイル、可溶性の反応性リン（SRP）、全リン（TP）、および窒素種クロロフィル例としては、垂直pH、導電率、および濁度のプロファイルが含まれています。
  4. 各サンプリング位置で、1メートルヴァンドーンまたは+12 Lニスキンボトルを使用して、堆積物の表面上に集め、水で10リットルのカーボイを埋める。これは実験室での堆積物コアの初期セットアップ中に、インキュベーションの間、サンプリング後のコアを補充するために使用されます。氷と一緒にクーラーにカーボイを置きます。
  5. ピストンコアラー2,20を使用してサイトごとに6堆積物コアを収集します。
    1. コアリング装置の構造についての具体的な手順については、フィッシャーら 20を参照してください。簡単に説明すると、コアリング装置をメス0.6メートル長のポリカーボネート芯管（7センチイド）、ポリ塩化ビニル（PVから成りアルミニウム駆動ロッド、2つのゴム栓とアイボルト、スイベルクリップ付きプラスチック被覆ピストンケーブル、およびアルミニウム駆動ロッドから構成され、ピストンに連結するためのC）取付アセンブリ。次の手順に従って、コアリングデバイスを組み立てる。
      1. PVC取り付けアセンブリの上部を介してピストンケーブルの旋回クリップ端を通します。上向きにボルト孔を有するコアチューブを配向し、芯管の長さにケーブルを延長する。ピストンストッパーのアイボルトにピストンケーブルクリップ。
      2. ワイヤーロックヒッチピンを使用して、PVC取り付けアセンブリにコアチューブを取り付けます。コア·コレクション中の堆積物表面の上に水層を維持するために、コアチューブの底からピストン20センチ進めるために、ピストンケーブルを引き出します。
      3. ワイヤーロックヒッチピンを使用して、PVCの取り付けアセンブリのもう一方の端にアルミ駆動ロッドを取り付けます。縦に水に下コアリングデバイス、アルミドライブの追加セクションを追加必要に応じてロッド。
    2. 堆積物 - 水界面での垂直コアラを置き、ピストンケーブルは静止したままで、下方向に押してください。コアラは、堆積物 - 水界面で配置されるとこれを実現するためには、副グリップの内側にケーブルのステップ、とを下方に押し、ケーブルに副グリップを取り付けて、ピンと張ったピストンケーブルを引き出します。
    3. 表面にコアを持参し、前に水面を破るにゴム栓で密封する。ダクトテープで底のストッパーを固定します。
    4. 輸送中に静止し、それを維持するためにコアチューブの上部にピストンをボルトで固定。垂直ラックにコアチューブを配置し、必要に応じて氷を使用して、周囲に近い下の湖の温度に保つ。

2。実験室でのインキュベーション

  1. フィールドから戻ると、土砂とその上水柱の所望の深さが含まれているため、コアを調整します。過剰堆積物を慎重にRによりコアチューブの底を出すことができます下のストッパーをemoving、必要に応じて、対応するサイトで収集されたカーボイから水を追加します。一般的に使用される堆積物と水柱の深さは、水柱2,4,13,17-19の上にある25センチメートルと堆積物を20cmありますが、必要に応じて、これらの金額を変更することができます。
  2. フィールドに測定された周囲の底水温に合わせて温度を維持して、暗くなった環境成長室に堆積物コアチューブを配置します。
  3. 治療を酸化還元するためにコアを公開し​​ます。有酸素処理、バブルのため、空気との3コア/サイトの水柱。バブル無酸素治療のために、N 2と、サイトごとに、残りの3コアの水柱（〜350 ppmのCO 2を用いてpHを緩衝する）。堆積物の表面に無停止で遅く、一貫性のある泡速度を確保。
  4. コアインキュベーションの1日目に、フィールド内の各サイトから収集された近底層水を含む各10 Lカーボイをフィルタリングします。蠕動ポンプおよびフィルタカートリッジを使用して0.2μmのフィルタに続いて、ハウジングと、最初の1ミクロンフィルターを通して濾過水、。ストアは、コアのインキュベーションの間、4℃の水を濾過した。
  5. 潜伏期間2,3の持続時間にわたって、Pの放出速度のためのサンプルのコア。これはレドックス感受性の実験であるため、可能な限り酸化還元処理条件を維持するために予防策を講じる。
    1. シリンジを用いて、0日目に、各堆積物コアのサンプリングポートを介して水40mlサンプルを除去する（ すなわち、一度にコアを成長チャンバ内に配置されている）、1、2、4、6、8、12、20、24 、コアインキュベーションの28。 （注意：非常に短い時間枠が所望さにわたって変化は、サンプリング計画は、時間1、2、4、8、 等でサンプリングするように修飾することができる場合は、システムは、多くの場合、まだ最初の12時間を通じて平衡化するため、P放出される。ダイナミクスはインキュベーションの開始時に、非常に可変することができます。）
    2. すぐに除去した後、20ミリリットルを分与0;サブサンプルTPの分析のためのシンチレーションバイアルや冷蔵に。 0.45μmのメンブレンフィルターでシンチレーションバイアル中に他の20mlのサブサンプルを濾過し、SRPの分析のために凍結する。
    3. 対応するサイトからのろ過水を等量の（ステップ2.4​​を参照）40ミリリットルのサブサンプルを交換してください。

3。 Pリリースレート計算

  1. 以下の式2を用いて水カラムTPまたはSRPの変化に基づいてフラックス（放出速度）を計算する：

    のP RR =（C T - C 0）×V / A

    P rrをネット P放出（正の値）、または沈殿物の保持率（負の値）レート単位面積当たりの量（mg P / 2 / d）はここで、C tは時間tにおける水柱におけるTPまたはSRP濃度である、C 0は時間0でのTPまたはSRP濃度であり、Vは、コアtの水柱中の水の体積である宇部、そしてAは、堆積物コアの平面領域である。最大見掛け放出速度4,13,18,19を与える濃度対時間曲線の直線部分を使用して、P放出速度を計算します。潜在的な短期的なバイアスを避けるために、C型TとC 0 18,19のための非連続サンプリングの日付を選択します。

4。内部P負荷計算

  1. 毎年恒例のPフラックスを計算します。
    1. サンプリングが発生したときの各シーズンに向けて、その季節の日数によって個別に無酸素と有酸素フラックスを掛けます。毎年恒例の無酸素と有酸素フラックス（MG / M 2 /年）を得季節値を合計。同湖で複数のサイトをサンプリングしていた場合、この計算は（4.2.2項を参照）、各サイトまたはすべてのサイトの平均フラックス値を使用するため、別々に行うことができます。
    2. 堆積物からのPの放出は、低水温のために冬の間に、一般的に非常に低い。サンプリングは、冬の間に行われなかった場合は、P束がそのシーズン14,15 0であったことを前提としています。
    3. 内部Pの放出の大半は夏の間に発生するため、毎年の内部Pフラックスが粗く、季節データ2,15,17がない状態で一人で夏の測定値から推定することができる。このアプローチでは、セクション4.1.1によると、Pフラックスを計算し、夏以外のすべての季節のための0フラックスを前提としています。これは毎年恒例のPリリースの保守的な見積もりであることを認識しています。
    4. 可能な場合は、溶存酸素のデータは、年間Pフラックス計算2,4を改良するために使用することができる。このようなデータは、湖がある年の割合、または特定の季節のための低酸素または無酸素症を経験していることを明らかにすることができる。このような場合には、適切な割合や季節に応じて無酸素と有酸素フラックスを使用し、年間内部Pフラックスを計算する値を合計。
      1. 低酸素または無酸素症は夏の間のみを測定した場合、夏のための有酸素フラックス無酸素フラックスを用い4.1.1項を計算する残りの季節。毎年の内部P束を得るために、値を合計。ルーチン溶存酸素モニタリングデータは湖が低酸素または無酸素の年の35パーセントを経験することを示す場合には同様に、0.65で4.1.1から0.35と年間有酸素磁束によってセクション4.1.1からの年間無酸素フラックスを掛けて計算して値を合計毎年恒例の内部Pフラックス。
    5. Polymictic湖は、酸化還元状態14での頻繁な混合および空間的·時間的変動に、内部P負荷計算に特有の課題を提起する。ニュルンベルグら 16は polymictic湖は季節や年の間に発生する可能性があり、無酸素の日数を計算するためのモデルを開発した。次のように湖の面積と同様の領域を積極的にPをリリースしている時間（日/シーズン）の長さを表すアクティブな土砂リリース領域と時間（AA）は、計算することができます。

      AA = -36.2 + 50.2ログ（P シーズン ）+ 0.762 Z / 00.5

      Pが所定のシーズン中の平均水柱TPの濃度であり、zは、平均深さであり、Aは、湖の表面積である。 、毎年恒例の内部Pフラックスを計算し、各シーズンに向けて有酸素フラックスによる無酸素フラックスと有酸素日数でAAを掛け、その後、すべての値を合計する。
  2. 全体湖エリアに内部Pフラックスをスケールアップ。
    1. 毎年恒例の内部Pの負荷を計算するために、湖全体の表面積でステップ4.1からの年間のPフラックスを掛けます。毎年恒例のP束がセクション4.1.4または4.1.5に従って計算されていない限り、毎年の内部Pの負荷を計算するために無酸素の年間フラックスを使用しています。それ以外の場合は、セクション4.1.4または4.1.5で計算されたフラックスを使用しています。
    2. 同湖で複数のサイトをサンプリングした場合は、湖は、各サイトに関連する地理的ゾーンに分割することができます。ゾーンの表面積で、各サイトの年間無酸素のPフラックス（またはセクション4.1.4または4.1.5からの年間フラックス）を乗算し、アンを取得するために値を合計湖全体4,17ためUAL内部P·ロード。代わりに、全てのサイトの平均年間Pフラックスは4.2.1項で使用することができます。
    3. 他の領域は、有酸素一年中まま、詳細な溶存酸素データは、湖の経験低酸素または無酸素状態（ 例えば 、深い領域）の特定の領域を示すことがあります。可能な場合は、フラックス×面積計算を精緻化するためにこの情報を使用する（スタインマンら、準備中）。毎年恒例の無酸素フラックスで無酸素表面積を掛け、年間有酸素フラックスで有酸素表面積を掛け、年間内部Pの負荷を計算するために二つの値を合計します。

結果

内部Pの放出は、外付けP負荷4に対する内部の相対寄与度を特定するために、モナ湖、ミシガン州で収集堆積物コアから測定した。 4つのサイトは、Pフラックスの空間変動を占め、年間の内部Pの負荷を推定するために3シーズンでサンプリングした。堆積物コアは、無酸素および有酸素条件下で20〜28日間インキュベートし、上に位置する水柱はインキュベーション期間中に定期的にSRPおよびTP濃度のためにサンプリングした。無酸素治療は、SRPと堆積物から、TPの放出を引き起こしたが、我々は説明のためだけのTPフラックス結果を提示している。 TP濃度は、無酸素治療で夏の間に最も高かった、とTPの放出の空間変動はすべての季節の間に（ 図1）明らかであった。その有酸素堆積物を示した秋に4サイトの3で負の束値、内部のTPフラックスが1.4未満mgのすべての有酸素コアのP / m 2 /日であったことを意味Sはそのシーズン4（ 表1）の間に、シンクではなく、Pの供給源として機能した。 TPの放出速度は、夏には15.56ミリグラムP / m 2 /日という高いとスプリング4（ 表1）中0.80ミリグラムのP / m 2 /日程度の低いフラックスと、無酸素コアにかなり高かった。これらのフラックス値は、堆積物コアコレクション4の時点で測定した溶存酸素条件に基づいて、季節内部Pフラックスを計算するために使用した。季節の内部Pの負荷が対応する地理ゾーン4の表面積に対する各サイトのフラックスをスケールアップすることにより算出した。季節の値は、冬の間に0フラックスを想定して、毎年恒例の内部Pの負荷を推定するために合計した。毎年の内部P負荷は夏（ 表2）中に発生する荷重の大半は、3.4トンであると推定された。並行外部のP負荷推定値と、これらの結果を比較すると、モナ湖貢献における堆積物と推定された年間総P負荷4の9から82までパーセントの間のTE（ 表2）。

一連の実験は、硫酸アルミニウム（ミョウバン）内部P 2ローディングを低減するのに治療およびin situミョウバン処理18,19 での2）の効力1）潜在的有効性を決定するために、スプリングレイク、ミシガン州で実施された。ミョウバンの湖全体のアプリケーションをシミュレートする実験室の実験では、治療2（ 図2）と内部Pの放出が劇的に減少を示した。上記の例と同様に、我々は、代表的な結果として、これらの実験でしかTP放出を提示している。ミョウバン処理なしの無酸素コア（スプリングレイク堆積物中の自然な夏の条件をシミュレート）で、上層の水柱での意味のTP濃度は、以上の1.2 mg / Lで（ 図2）に達した。これとは対照的に、ミョウバンを投与された無酸素コアは事実上のPリリースと濃度はいずれは異なっていなかったんでした有酸素トリートメント2（ 図2）。堆積物コアインキュベーションはスプリングレイクミョウバンの湖全体のアプリケーション、次 ​​の1年間に行わ治療は無酸素と有酸素トリートメント18（ 図3A）との間に類似した放出速度を有する、堆積物のPリリースを低下させるのに非常に有効であったことを明らかにした。実験はミョウバン処理後5年間繰り返された場合には、TPのリリースは前処理よりも実質的に低いままであったが、それよりも大きかったミョウバンの有効性19（ 図3B）のわずかな減少を示唆し、治療後の1年間測定した。

figure-results-1
図1。全リン（TP）濃度（mg / Lでは）中に、モナ湖、ミシガン州から収集された堆積物コアの実験室インキュベーション中に測定春の（A）、夏（B）と秋（C）4 TPは20を介して4湖のサイトから堆積物コアの上にある水を測定した- 。28日のインキュベーションに。凡例の文字は状態（; O =有酸素治療A =無酸素処理）、酸化還元を指し数は数（1-3）を複製するために参照します。季節の中でy軸上の異なるスケールに注意してください。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

シーズンサイト無酸素フラックス、
mgのP / m 2 /日		有酸素フラックス、
mgのP / m 2 /日
春 1 2.77±1.53 0.25±0.01
2 2.82±0.83 0.26±0.23
3 0.80＆＃177; 0.07 0.17±0.07
4 1.15±0.71 0.12±0.04
夏 1 7.06±2.57 0.46±0.24
2 9.27±5.99 1.36±0.73
3 15.56±1.00 0.90±0.29
4 13.63±1.82 0.59±0.41
秋 1 4.48±1.56 -0.66±0.22
2 2.87±0.97 -1.14±0.93
3 3.10±4.08 0.51±0.13
4 6.46±4.66 -0.79±0.23

表1。平均（±SD）は最大見かけのTPフラックス（MG P / m 2 /日）モナ湖、ミシガン州から収集された堆積物コア中、および無酸素および有酸素条件下でインキュベート4。フラックスは、図1に示されている時間をかけて、TP濃度の変化から算出した。

シーズン内部P
負荷、T 		外部P
負荷、T 		内部負荷
貢献度、％
春 0.055 0.557 9.0％
夏 2.272 0.862 72.5％
秋 1.127 0.242 82.3％
冬 0.000
毎年恒例の 3.454
（表1に示されている）最大の見かけのTPフラックス4に基づいて計算モナ湖、ミシガン州のためのコンテンツ」→「 表2。年次と季節内部P負荷推定値（トン、トン）。季節内部P負荷推定値は外付けPと比較されます負荷は、総P負荷に対する内部負荷の寄与を決定するために推定する。

figure-results-2
図2。平均（±SD）TP濃度（mg / Lの）スプリングレイク、ミシガン州から採取堆積物コアの実験室でのインキュベーション中に測定され、実験的に有酸素および無酸素条件2下で硫酸アルミニウム（ミョウバン）で処理した。TPが水柱の上層で測定した20日間のインキュベーション期間にわたって堆積物コア。この図は、Steinman氏らから変更されている。2はで復刻許可、ASA、CSSA、SSSA。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

figure-results-3
図3。実験室18（A）の後にスプリングレイク、ミシガン州1年から収集された堆積物コアのインキュベーションおよび19（B）のミョウバンの湖全体に適用した後の5年の間に測定された平均（±SD）、TP濃度（mg / Lで）。底質コア有酸素および無酸素処置に供し、上層の水柱は、25日（B）インキュベーションの22日目（A）上にTP濃度のためにサンプリングした。 この図は、Steinman氏ら 18から変更されている。パネルAとSteinman氏ら19;パネルB 。許可を得て復刻、ASA、CSSA、SSSAは。 拡大画像を表示するにはここをクリックしてください。

ディスカッション

湖の栄養塩負荷は、環境と経済の減損21〜23の両方になることがあるので、それは社会が栄養源の性質とその管理方法を理解することが重要です。適切な貢献源（ すなわち湖沼堆積物や流域入力が）管理アクションの対象とされていない場合、栄養素の負荷を減らすために、高価な試みは、それによって利害関係者の一部に、湖の復元や不満に挫折、その結果、水質を改善しないことがあります。特に浅い富栄養湖で、内部リン負荷の定量化は、水質環境を改善するための経営戦略を同定するのに重要なステップである。堆積物は、栄養素の主な原因として関与した場合であっても、外付けP負荷の削減は、の外部入力は、最終的には堆積物中に蓄積することから、富栄養化を緩和するための任意の湖の管理戦略に含まれており、今後の内部のロード24,25に燃料を供給する必要があります/ SUP>。

他のアプローチは、内部Pの負荷を推定するために存在するが、Pの放出速度の実験的決定は、経営と研究のさまざまな問題に答えるために調整することができ、直接法である。スプリングレイク、ミシガン州から採取堆積物コアの実験室でのインキュベーションは、ミョウバン処理2であり、最も効率的な施用濃度13の潜在的有効性を決定するために使用した。これらの実験室ベースの研究からの知見の結果として、利害関係者は、ミョウバン処理はスプリングレイクの堆積物中のP放出を制御できると自信を開発しました。その結果、彼らはミョウバン処理に資金を供給する10年の評価を承認し、その後の堆積物コアインキュベーションは、治療が治療後の1年間の18と5年19堆積物のPフラックスを減少させるのに有効であることが明らかになった。堆積物コアインキュベーションはまた、堆積物の再懸濁の13の効果を評価するために使用されていると生物擾乱（G.ノガロとA.ハリス、未発表データ）。

いくつかの追加の堆積物の分析は、堆積物Pの放出結果を解釈するのに有用である情報を提供するために、コアインキュベーションと併せて行うことができる。堆積物の上5〜10センチ堆積物、TP、間隙水のSRP、シーケンシャルP分画、および金属4,18,19の分析のためのコアから押し出すことができる。内部ローディング研究において有用であり得るシーケンシャルP分画26の例は、1に結合したPの量を決定することを含む）酸化還元非感受性を示し、アルミニウム（Al-P）又は鉄（Fe-P）、アルミニウム（Al-P）とレドックス感受性鉄（Fe-P）ミネラル無酸素条件下で水溶性になることができ会合、および2）カルシウム（Ca-P）又はマグネシウム（Mg-P）、両方の安定な鉱物の関連付けである。また、堆積物のFe：P比は、堆積物の電位P-の結合能力に洞察力を提供するように算出することができる。残る鉄に富む堆積物酸化されたFeのときに非常に小さなPを放出することが示された：27 P比は、（重量で）15上にある。これらの追加の堆積物の分析は、内部負荷4,18,19インキュベーションに続いて 、コア上、又はコアレプリケート内部ロードコア採取時に採取なく、放出速度測定のために使用しないで行うことができる。

堆積物のPフラックスの実験的決定の利点にもかかわらず、アプローチには限界がないわけではない。多くの仮定は、多くの場合、結果に不確実性を追加できるよう行われなければならない。

  • 1つの仮定は、堆積物コアからの放出速度は、研究湖の条件の代表的なものであるということです。この仮定の影響を最小限に抑えるために、サンプリング戦略は堆積物Pの放出を可能な限り空間的および時間的変動性の多くを表すように設計されるべきである。サンプリング地点は、土砂characteristで空間的変動を捕捉するために、湖内で可能な限り多くの地理的範囲をカバーする必要がありますICS 2。可能な場合は、海底地形マップは、湖の底部の深さの範囲の代表である部位を選択するために使用することができる。空間的な変動を捕捉するための他の考慮事項は、主要な支流入力​​の場所と明確な湖流域の存在があります。可能な場合には、実験室でのインキュベーションは、放出速度の時間変化を捉えるために、各氷のない季節に、複数年にわたって実施されるべきである。
  • 第二の仮定は、インキュベーション条件は自然条件の代表的なものであるということである。定数無酸素状態は、自然に学習湖で発生しないことがあり、Pを放出するための最適な状況を作成します。このように、無酸素治療は、堆積物のPリリースを過大評価もあるので、それは潜在的な最大レートなどの無酸素治療で測定された放出速度を考えるのがベストかもしれません。
  • 毎年恒例の内部Pの負荷を算出するためには、タイミング、期間、hypolimnetic無酸素の空間的な広がりについての仮定がなされなければならない。例えば、比較的一貫性の水深と強く層別の湖にとhypolimnetic無酸素が ​​確認され、いくつかの研究では、全体の湖の面積は、毎年恒例の内部のP負荷推定2,4を目的とした成層期間中に無酸素であることを前提としている。しかし、これは、浅い沿岸地域4内の有酸素堆積物への負荷の過大評価になることがあります。このように、日周、季節、および酸化還元状態の空間的変動を捉え包括的な溶存酸素監視戦略は、高精度の年次内部負荷推定することをお勧めします。
  • 最後に、実験室でのインキュベーションは、完全に自然状態をシミュレートすることができないことに、実験の成果物を導入する可能性がある。堆積物は、コアチューブ内に封入されているので、例えば、透過性の堆積物を通って水交換が排除されるが、それはこの問題を緩和する28フロースルー芯管を設計することが可能である。他の成果物は、主要な模倣できないことがあります天然の系において土砂の完全性を崩壊させる可能性のあるイベントや風·波の作用を混合。

（データの複数年より堅牢な情報を提供するが）堆積物コアインキュベーションアプローチは、わずか1年で合理的な内部P荷重推定値を生成するために使用することができることを考えると、湖沼管理の決定を通知するための貴重なツールである。湖沼管理や復旧計画を開発するために使用される場合には、財源の賢明な利用を確保することができます。内部P負荷管理が既に発生している湖では、堆積物コアインキュベーションは、治療の有効性を確認することができますし、保証される場合、管理の軌道を修正するために使用すること。

開示事項

著者らは、開示することは何もありません。

謝辞

作者は感謝してジェームズ·スミットとクルト·トンプソンが提供するフィールドとラボの支援を認める。このプロトコルが開発されたため、元の研究のための資金は、スプリングレイクレイク会2,13,18,19によって提供されました。グランドバレー州立大学のジム·ダンカン、デイブファルハート、および社長室、環境品質4のミシガン学科大学17。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
マルチパラメータゾンデYSIYSI 6600対象となる主要なパラメータは温度と溶存酸素ですが、研究の目的によっては他の測定が必要な場合もあります。マルチパラメータゾンデのもう一つの主要メーカーは、Hach(Hydrolab)です。
ニスキンボトルジェネラル・オセアニックス101005ヴァン・ドーンボトルもお使いいただけます。
カーボーイズ、10 L NalgeneDS2213-0020Fisher Scientific や VWR など、多くのラボ用品会社から入手可能です。
ピストンコアラーN/A N/Aフィッシャーet al.20
ViceグリップN/AN/
ダクトテープN/AN/
コアチューブを保持するための垂直ラックN/AN/A現場でカスタム製作。
環境成長チャンバーPowers Scientific, Inc.DS70SD
レギュレーター付き圧縮空気N/AN/Aラボ用空気供給を使用するか、地元のガス供給会社から購入してください。
レギュレーター付きバッファー付きN2ガスN/AN/A地元のガス供給会社から購入。 
Parker Parflex シリーズ E (計器グレード) ポリエチレンチューブ; 外径 1/4 インチ、壁 0.04 インチ、内径 0.170 インチParkerE-43-B-0100チューブ (ガスからチャンバーまで)
PEEK キャピラリーチューブ; 1/16 in o.d., 1/32 in i.d.フィッシャーサイエンティフィック3050412チューブ(マニホールドからコアまで)
ユニオンティーパーカー164C-4
ティーナットパーカー61C-4
ナイロンチューブ;1/4 in o.d.、3/16 in i.d.US Plastics58042
フェルール、前面と背面、1/4 インチSwagelockB-400-Set
真鍮ナット、1/4 インチSwagelockB-402-1
真鍮中流量計測バルブ、1/4 インチSwagelockB-4MG
ワンピース ショート フィンガー タイト フィッティング、1/16 インチAlltech32070サンプリング ポートの半分
メス 10-32 から女性のルアー;1/4 inAlltech20132サンプリング ポート
フェルールの半分、前面と背面、1/16 インチSwagelockB-100-Set
真鍮ナット フィッティング、1/16 インチSwagelockB-102-1
チューブ フィッティング レデューサー、1/16 インチ x 1/4 インチSwagelockB-100-R-4
PTFE チューブ、1/16 インチ OD、0.040 インチGrace Davison Discovery Sciences2106982
低圧PTFEチューブ; 1/8 in o.d., 0.1 in i.d.フィッシャーサイエンティフィックAT3134サンプリングポートからコア
AirTite全プラスチックNorm-Jectシリンジへのチューブ、50 ml(60 ml)ルアースリップ(偏心)、滅菌フィッシャーサイエンティフィック14-817-35
ウィートンHDPE液体シンチレーションバイアル、20 ml、ポリシールコーンライナーッシャーサイエンティフィック03-341-72D
ナイロンシリンジフィルター、直径30 mm、0.45 μmFisher Scientific03-391-1A
Masterflex 蠕動ポンプ、モデル 755490Cole ParmerA-77910-20
Pall Filterite フィルターハウジング、モデル T911257000Pall CorporationSCO 10UP
Graver QMC 1-10NPCS フィルター; 10 インチ、1.0 μmFlowtech CorpN/A
Graver Watertec 0.2-10NPCS フィルター; 10 in, 0.2 μmフローテック株式会社N/A
A A ユニオンフィ

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