方法論記事

Oの底生交流

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DOI:

10.3791/54098

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2016年8月3日

 , 
1Horn Point Laboratory, University of Maryland Center for Environmental Science

この記事について

サマリー

ここでは、堆積物-水ガスと溶質交換の測定のための小さなコアインキュベーションを紹介します。これらは、水生生態系の生物学的および生物地球化学的プロセスに影響を与える堆積物の役割を評価する、堆積物と水の交換の信頼性の高い測定を提供します。

要約

水質中のガスと溶質の堆積物-水交換の測定は、栄養とガスの循環における堆積物の役割を理解するための貴重なデータを提供します。堆積物と水の界面が無傷のコアを採取した後、インキュベーションタンクに沈め、好気性条件下でin situ温度に保ちます。水の化学的性質を経る時間経過を開始するために、懸攁攪拌機付きのトップキャップを使用して、コアを気泡なしで密封します。4〜7サンプルポイントの時間経過を使用して、堆積物の水交換速度を決定します。人工照明は、浅い光合成堆積物の日中の条件をシミュレートし、暗いインキュベーションと組み合わせて、日常的にネット交換を提供できます。N2の正味測定は、溶存ガス濃度の経時的変化をサンプリングすることで可能になり、N2:Ar比の高精度質量分析により、N2濃度を測定する手段を提供します。私たちは、このアプローチを湖、貯水池、河口、湿地、雨水池にうまく適用し、慎重に、このアプローチは水生生態系の生物地球化学的バランスに関する貴重な情報を提供します。

概要

堆積物は、水界生態系の重要な生物地球化学的成分であり、多くの場合、栄養素および汚染物質の重要なシンクです。湖底堆積物中の栄養素、ガスと遷移金属生物地球化学の先駆的研究では、酸化還元条件1,2を変化させた上層水と溶質とガスの堆積物の交換を明らかにしました。栄養素の要素については、堆積物は有機物の再石灰化後のリンや窒素固定の源、および非光合成環境3,4中の酸素のためのシンクすることができます。水没macrophytes、大型藻類や底生微細藻類の光合成は、堆積物-水界面5,6全体で溶解した物質の交換に深遠な影響を持つことができます。

堆積物 - 水界面を横切る溶質およびガス交換の測定は、工学や科学ワットのキャリブレーションを含め、基礎科学と応用科学の両方の目的のために行われています品質モデル7,8えー。これらの方法の目標は、可能な限り、信頼性の高い正確な堆積物 - 水の為替レートを提供することにあります。アプローチの多種多様な堆積物 - 水界面での化学交換を評価するために使用されてきました。成層システム内のガスおよび溶質の底層水の蓄積は9有用であるが、サーモクラインまたはpycnoclines上記土砂水交換のために有効ではありませんすることができます。渦の相関関係は、垂直水速度の高い周波数測定と組み合わせて、一般に酸素ガスの高周波測定を必要とします。この技術は巨大な約束を持っているが、現在の栄養交換研究のためのデータを提供することができない。 その場のドームまたはチャンバで堆積物の大きな表面積をカバーし、 その場の温度、深層水の圧力と光レベルに維持するという利点を持つ非常に好ましい方法は、あります10。実際には、これらは、大規模な時間を必要とする非常に高価な測定値であります大きい調査船に。ほとんどのアプリケーションは、より深い沿岸域や海洋堆積物です。定常状態に達するのチャンバを通る流れを用いてコア培養技術は、インキュベーション11の間、酸素を含む、比較的一定の上層の水の化学的性質を維持するために優れています。速度が流入と流出水との間の濃度差により、水の為替レートにより定常状態で決定されるため、これらのインキュベーションは、かなりの時間がかかることがあります。

私たちの研究室で使用される時間経過コアインキュベーションアプローチは、北米とヨーロッパで異なる研究室の数によって使用されるアプローチから適合し、この一般的なアプローチに基づいて、文献のかなりの量があります。私たちはしばしば、脱窒と呼ばれる、N 2の測定-Nフラックス12にこのアプローチを適応し、光合成とestuarie含む非光合成土砂環境に適用してきました13、湖沼、貯水池、湿地14です。これらの研究を通して、私たちは、当社の全体的なアプローチがうまく機能している多くの環境を発見した、といくつかは、それはしていません。このプロセスは、生態系への窒素の主要な損失を意味するので脱窒の測定は、多くの異なる地上及び水中環境で行われています。多数のアプローチは、いくつかは、直接および間接的な15、脱窒測定を行うために使用されてきました。直接N 2フラックス測定は、高い大気コンテンツのN 2、および水16中に溶解し、その後の高濃度は非常に困難です。 2つのアプローチが、環境に関連する料金の最高の表現を持つものとして浮上している：Nを用いた同位体ペアは17とN 2の同位体：我々の研究室で使用されたAr比を。同位体のペアリング方法は、多くの環境で正常に使用され、低速度で、非常に高い感度を有するされています。我々は、Nを採用します2：アルゴン比理由は、そのシンプルさのアプローチ、それが影響を受ける環境では十分な感度であるため、私たちはしばしば研究しています。

本稿では、ガスや溶質の土砂水交換の測定を行うために過去20年間使用してきた技術的アプローチについて説明します。土砂・水交換のいずれかの測定は、考慮のフィールド条件および実験パラメータの数を考慮する必要があります。これらの要因は、温度、明/暗条件18、堆積物-水界面19でのミキシング/物理的な流れ、溶存酸素濃度20、及び良好な測定を行うことの重要な要素である他の要因が含まれます。コアは底生微細藻類の増殖のために十分な照明を受ける地域から収集された場合、明暗条件21の両方を含む実験を考案する必要があります。同様に、酸素上にある水を添加してコアを無酸素にします現場条件を複製しません。水界生態系の任意の部分の実験的エンクロージャは避けられない成果物22につながる可能性があり、堆積物 - 水交換測定プログラム1で使用されるアプローチは）各生態系における土砂水の交換を制御する要因を認識し、2）実験操作から派生成果物を最小限に抑えることが重要です。

プロトコル

注：邪魔されずに土砂水界面でのコアのコレクションは交換の良好な実験測定を行うために不可欠です。高度に乱れたコアは上層水と交換間隙水の溶質の可能性が高いとFe（II）の酸化と還元硫黄化合物を経由して、酸素の取り込みを強化しました。本稿では、堆積物のサンプリング技術と溶質とガスの化学分析だけざっと含めて堆積物の堆積物のインキュベーション手順を強調しています。サンプリングの前に、または最初の結果に基づいて、全体的なプロジェクトのニーズ、統計的設計または小規模空間的変動の予想量によって複製の程度を決定します。重複したコアは、多くの研究と三重で使用される最小のある優れた統計的分析を可能にするために有用です。

1.土砂収集と取り扱い

注：交換実験のための沈殿物の収集は1を使用して行われる）コアUSIの手動挿入堆積物を保持するために、手動で閉じた弁をアルミポールを使用してコアリング、2）極、または3）ボックスのコアリングワタリことによって、ダイバーや浅い水や湿地にngを。

  1. 各サイトでは、水質ゾンデを用いて、底層水の酸素、温度、および塩分を決定、GPSを使用して、サイ​​トの場所を記録し、PARセンサ/メータを用いて表面と下部に光合成有効放​​射（PAR）を決定します。
    1. 堆積物の上に〜1メートルに水質ゾンデを下げ、底層水の特性（深さ、温度、溶存酸素、温度、塩分/導電率）を記録。
    2. 低下フレームを使用して堆積物 - 水界面に水中プローブとPARセンサーを下げます。周囲光条件下で光の減衰を推定するために、すぐに空気 - 水界面の下にPARの読みに堆積物の表面付近PARの読みを比較。
    3. 障害を最小限に抑えることがゆっくりと下げ、ボート/船の側面の上にボックスコアラを展開します堆積物を貫通する時。目に見える乱れや過度の再懸濁のためのコアボックスを調べます。
      1. ボックスコアラの場合は、堆積物の中にコアチューブを挿入して、コアの上部を覆うように、ブチルストッパーを使用。フラックス実験のために、コア内の理想的な堆積物/水バランスが水15センチ、土砂15センチながら、少ない堆積物の深さを収集し、粗いまたは高度に圧縮された堆積物中に許容可能な結果です。酸素欠乏の割合が多すぎる場合は、より多くの水柱の高さに向かってバランスをシフトします。
      2. 一般的に、深層水研究のためと底生微細藻類や大型動物の個体数と堆積物のために6.35センチメートル内径コアを使用する10cmのIDコアを使用します。コアサイズの主な制限は、コアの底をキャップする能力です。
      3. 埋め込まれたOリングを持っているアクリル底板と底キャップ。十分な反復が収集されるまで、このプロセスを繰り返します。ポールコアラ、そもそもコア李アクリル底板付きNER、コアラからコアを削除し、ストッパーを追加します。
  2. サイトから周囲の水が殺到されている背の高い断熱ウォータークーラーに入れコア;これは、 その場の温度に維持することができます。クーラーが直立のままであることを確認してください。輸送中に邪魔されているコアを破棄します。
  3. 実験で使用するための20のLカーボイに土砂の表面付近に撮影した底層水をポンプ。 10-20 L /分の容量や高速蠕動ポンプとダイヤフラムポンプを使用してください。
    1. 浅い無成層の水で、水の中に「液体につけること」によってカーボイを埋めます。大容量インラインカートリッジフィルターを用いて、底層水のろ過は水柱のみ制御コアからの修正を最小限に抑え、（光の中で）水柱の酸素摂取量や光合成率の高いサイトで有用である可能性があります。
  4. インキュベーション施設に可能な限り迅速にコアを輸送。拡張された輸送、AERの場合オービックコアは無酸素や人工バブリングまたは循環になることが必要です。

2.初期セットアップ

  1. インキュベーション施設で、インキュベーション浴槽内の場所のコアのいずれかの制御された温度と環境の部屋で、または加熱/冷却循環装置を介して温度制御を備え​​た二重壁インキュベーターインチ1.1.1で測定された底層水の温度に温度を設定します。
  2. 完全に堆積物コアを沈め、インキュベーターに底層水を追加します。また、交換用の水を分配するために使用される差込口と5 Lのカーボイに水を追加します。
  3. インキュベーターに（沈殿物なし）水だけのコアを追加します。水柱のブランクの使用は、ガスおよび溶質に影響を与える任意の水柱プロセスを補償するために、ほとんどの環境において重要です。脱窒の測定のために、これらのブランクは、水柱のプロセスが、コアのアクリル壁とガスの​​交換だけでなく、反射することができます。
  4. バブルコアワット2時間の最小のためのi番目の空気が熱平衡とその上の水の完全な酸素化を確実にします。これらは、一晩保持し、時間のコースは、次の日の朝に開始することができます。長いプレインキュベーション期間は、有効性について評価されていません。
    1. 上向きにバブリング間に水の混入でT結果の下部に挿入された1/8 "チューブとだけ酸素を確保していない、しかし、曝気については、「½からなる三元カプラーと塩ビ管を小さな" T "バブラーを使用インキュベーション槽内の水とコア内の水の循環。

3.土砂水インキュベーション手順

  1. 確実にするために温度をチェックした後、それはコアの上部にスピニングトップを取り付け、現場条件に一致します。この時点で、タンク水からコアをシール。このプロセスの間にオープン・コア上のサンプリングバルブを残します。手動こまの下側から静かに気泡をスイープ。
  2. エーレインキュベーションコアの頂部よりも高いvate交換水カーボイ〜30〜40センチメートルとライン内の任意の空気を排除するために下向きの線をドレイン。まだ流れている間、コアトップにラインを取り付け、バルブを閉じます。
  3. 中央撹拌し、ターンテーブルをオンにして、コアは毎分、または水柱を混在ではなく、堆積物を再懸濁するのに十分な速度で〜40回回転させるように回転速度を調整します。
  4. 約5分ですべてのコアが密封された後、交換用の水バルブとサンプルバルブを開き、ルアーフィッティングを使用してサンプルバルブにチューブの短い作品を添付してください。溢れに充填された7ミリリットルのガラス管の底にこのサンプリングチューブを置きます。チューブをキャッピングする前に、防腐剤として30グラムのL -1のHgCl 2の10μlを添加します。
    1. インキュベーション温度に近い温度で水中これらのサンプルを保管してください。他の研究所が正常にSAMのために12ミリリットル "Exetainers」を使用していますPLEストレージ。
  5. 溶質のサンプリングのために、サンプルバルブに20ミリリットルのシリンジバレルを取り付け、交換用の水バルブを開きます。シリンジバレルは完全な重力のみを使用してまで埋めます。プランジ​​ャとフィルターディスクを取り付け、その後、バイアルにサンプルをフィルタリングします。栄養分析のためのこれらのサンプルは-20℃で凍結さ 分析までCを°。
    注：暗所でのサンプリングの時間経過は、典型的には、酸素の取り込み速度に応じて、0.5から> 2時間までのサンプリング間隔で4サンプリング周期を必要とします。酸素摂取率の低い、時間間隔が長いです。呼吸率の高い堆積物で、間隔は短くする必要があります。各サンプル点で採取した試料の過度に高いボリュームがサンプル全体の体積のサンプリングあまりに大きい割合で生じ得ます。私たちの仕事では、これらのサンプル・ボリュームは無視できる程度の補正になります。試料のより大きな容量が必要とされる場合は、より大きな直径のコアまたは増加水柱の高さ必要であり得ます。
  6. 通常の栄養濃度で十分な信号を提供する25％の酸素枯渇で、50％の酸素欠乏のしきい値以下のサンプリングの時間経過を続行しないでください。ここで、酸素濃度と酸素飽和度の直接分析のためのキャリブレーションさオプトードを使用します。
    1. 堆積物が浅い、照らされた環境からのものである場合は、4 回目のサンプリングで、ライトをオンにし、3次のサンプルを取ります。高度光合成堆積物で、O 2および気泡形成の過飽和は、いくつかのケースでは、ガスフラックスの測定を制限することに注意してください。酸素の継続的な監視は、光ファイバ測定技術は、信頼性が高く、正確で比較的小さなプローブを持つ、ますます実行可能な、貴重な代替手段です。
  7. 堆積物のインキュベーションの終了時に、水柱の高さを測定したり、直接determにメスシリンダーへの水の列をサイフォンのいずれか水量をINE、各コアの写真を撮ります。

4.サンプルの分析

  1. 膜にN 2、O 2及びArの分析質量分析計の入口、及びN 2の比を決定するためのポンプサンプル：ArとO 2 <0.03％の精度12,23にアルゴン。
    1. いくつ膜入口に四重極質量分析計。蠕動ポンプを用いた膜チューブに試料を押し込みます。プラスチック製カーボイにサンプル廃棄物を収集し、原因水銀防腐剤に化学廃棄物として扱います。インキュベーションの温度の空気で平衡化した脱イオン水で調整します。
  2. 栄養が≤5ミリリットルのサンプルや自動分析装置を用いて、より小さなボリュームに手動で分析を実行します。サンプル解凍すると、スタートはすぐに分析します。栄養分析手順の選択は、インキュベーション中に栄養濃度の変化を観察するのに十分な精度が得られなければなりません。典型的な検出限界は<0.05マイクロモルのL -1と時間経過の傾向は、両方の非常に低いと非常に高い栄養濃度下で観察することが困難な場合があります。
    1. 可溶性反応性リンの比色分析のために、アスコルビン酸リンモリブデン酸法を使用しています。アンモニウム分析のために、フェノール次亜塩素酸試薬24を使用して一晩発色を利用します。比色分析を自動化し、いずれかのセグメント化されたフローまたはディスクリートアナライザを使用して、偉大な代替手段であり、下側のサンプル容量を利用します。
    2. 硝酸塩プラス亜硝酸塩の分析では、還元剤25として塩化バナジウムを使用して、一晩発色を利用して、または自動分析装置を使用します
    3. 標準曲線にUV / VIS分光光度計で測定した吸光度を比較して、基準濃度と吸光度の回帰から濃度を決定します。

土砂水為替レートの5計算

  1. 傾斜がマイクロモルのL -1時間-1のように表現して、暗いと照らさ両方のインキュベーションのために独立して時間に対するガスや栄養素の濃度を退行。水柱専用コアの斜面のためのインキュベーションコアの斜面を修正してください。唯一の計算のための重要な回帰（P <0.05）を使用します。最終データスプレッドシートに非有意データを識別します。
  2. 上層の水に化学成分濃度の変化の傾きから堆積物 - 水の為替レートを計算します。
    figure-protocol-1
    Fはフラックス（マイクロモルメートル-2時間-1）がある場合には、ΔC/Δtが上層水中の濃度変化（μmolのLを-1時間-1）の傾きで、Vは、上にある水の体積（L）であるとAは、光の時間によって照明率を掛け、毎日フラックスを推定.TOインキュベートコア（メートル-2）の領域であり、そして闇の時間を乗じた暗いレートに追加します。

6.レポート

  1. 土砂・水交換の測定から得られた結果を報告する際に、他の科学者がサンプリングされた環境を理解する、十分な情報を提供します。重要な情報が含まれる：1）サイトの場所および水の深さ、2）フィールドおよびインキュベーション温度、などの物理的特性PAR、3）酸素、栄養素濃度および塩分、およびそのような粒子サイズとして4）沈殿物の特性として底層水特性有機物濃度、および底生動物の存在。

結果

Choptank川（チェサピーク湾、MD）での水産養殖施設の近くに土砂フラックス測定の結果を図1に示されており、生態系の文脈でこれらの結果の解釈は、他の場所で26提示されています。インキュベーションを照射インキュベーションデータに続く暗いインキュベーションで、7時間かけて行きました。二つのコアからのデータは、同様に水柱が唯一のコントロールとして示されています。暗所での酸素の急速な低下は、照明により多少減弱しました。微細藻類生産の光合成速度は、照明の主な効果は、酸素の変化の減少率であることで、呼吸ほど高くはなかったです。制御コアは光の中で暗いとわずかな増加中の酸素濃度の小さな減少を経験しました。

N 2濃度をN 2によって決定した：アルゴン比と観測された水温と塩分27のための計算されたのAr飽和文献値。 N 2のための0.02％の典型的な精度で：アルゴン比、これらのデータは〜0.1モルのL -1 N 2に正確です。堆積物コアと水柱空白のコアは、コアの増加の非常に高いレートで、時間をかけてN 2で増加していました。照明の下では、斜面は、一般的に、N 2の変化の暗い率と同様でした。

溶解し、NH 4 +のフラックスは> 20マイクロモルのL -1つのコアのためのダーク増加に伴って、このサイトではかなり高かったです。イルミネーションNH 4 +フラックスははるかに低かったです。コアと水柱ブランクはの NO x減少していた両方-照明中平準化、時間をかけて濃度を。フラックスのすべては、コアボリュームと他の関連パラメータに関する濃度データとデータをに示します。 栄>表1と表2。

figure-results-1
養殖カキを含む山車で覆われていたChoptankリバーの浅瀬サイトから図1.タイムコースデータ。データがレプリケートコア（AとB）からのものであり、水柱のブランクからのデータが示されています。酸素N 2の濃度、NH 4 +との NO x - （NO 3の合計-及びNO 2 -インキュベーション（斜線部分の暗い部分の両方のために提示されている）とのインキュベーションの照明された部分の第四時間。暗いインキュベーションの点も点灯し、時系列の最初の時点である;ライトはラインが線形回帰であり、サンプリングの時にオンし、斜面を表1に提示されています。98 / 54098fig1large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

酸素-ダーク 時間（時間） コアA コアB コントロール
0 235.1 221.7 235.2
1.3 204.3 170.6 235.3
2.32 162.7 138.9 232
3.97 145.3 77.9 222.2
R 2 0.943 0.999 0.836
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -23.5 -35.9 -3.4
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -20.1 -32.5
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） -3095 -4875
酸素-ライト 時間（時間） コアA コアB コントロール
3.97 145.3 77.9 222.2
4.88 133.5 68.8 224.3
5.88 122.8 40.3 221.6
6.88 116 49.2 230.5
R 2 0.981 0.999 0.994
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -10.1 -9.8 2.9
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -13 -12.7
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） -2000 -1905
N 2 -ダーク 時間（時間） コアA コアB コントロール
0 466.46 466.40 466.62
1.3 466.74 467.49 466.11
2.32 467.55 468.18 466.74
3.97 468.24 468.98 467.12
R 2 0.963 0.98 0.854
スロープN 2（マイクロモルのL -1時間-1） 0.471 0.645 0.12
補正されたスロープN 2（マイクロモルのL -1時間-1） 0.351 0.525
レートN 2 -N（マイクロモルメートル-2時間-1） 108.1 157.5
N 2 -ライト 時間（時間） コアA コアB コントロール
3.97 468.24 468.98 467.12
4.88 468.84 469.21 467.26
5.88 469.39 469.71 467.47
6.88 469.62 470.04 467.41
R 2 0.96 0.987 0.967
スロープN 2（マイクロモルのL -1時間-1） 0.481 0.378 0.096
補正されたスロープN 2（マイクロモルのL -1時間-1） 0.386 0.282
レートN 2 -N（マイクロモルメートル-2時間-1） 118.9 84.6
コア表面積（m 2）で 0.003165 0.003165
コアボリューム（L） 0.4874 0.4747

。ArとN 2：Choptank川、チェサピーク湾のsubestuaryでカキ養殖フロートの下堆積物からの O 2 とN 2 表1.時間のコースデータは、ガス濃度がO 2から派生しているのAr比は、膜入口を介して決定します質量分析。時間経過回帰R 2の値は、値> 0.9025（P <0.05）のために重要です。勾配は、線形回帰によって決定され、補正された傾きは、空白の水柱の変化率を差し引くことによって決定されます。陽性率は、堆積物のうち正味フラックスであり、陰性率は堆積物にフラックスを示しています。 N 2フラックスデータはコンパを作り、N 2 -Nとして表されますrisonは、NH 4 +およびNO xに-簡単にフラックス。このサイトは、主に完全に好気性の水柱条件にシルトと粘土からなる堆積物を持っていました。コアの面積は31.65センチメートル-2と水柱の深さだったコアAとコアBの15.0 15.4センチメートルN 2とO 2のための全ての濃度は、マイクロモルのLですし、-1。 N 2フラックスのための最終的な速度は、N 2 -Nで発現されます。

NH 4 + -ダーク 時間（時間） コアA コアB コントロール
0 10.84 14.09 6.91
1.3 16.19 20.26 5.83
2.32 17.07 24.93 5.42
3.97 22.83 35.43 4.67
R 2 0.968 0.993 0.853
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） 2.88 5.36 -0.53
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） 3.41 5.89
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） 525 884
NH 4 + -ライト 時間（時間） コアA コアB コントロール
3.97 22.83 35.43 4.67
4.88 24.05 36.45 4.13
5.88 25.00 37.60 3.79
6.88 26.96
R 2 0.978 1 0.966
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） 1.37 1.13 -0.55
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） 1.92 1.68
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） 296 252
NO x - -ダーク 時間（時間） コアA コアB コントロール
0 4.12 4.01 4.53
1.3 3.82 3.58 4.43
2.32 3.70 3.25 4.28
3.97 3.19 2.64 4.19
R 2 0.976 0.992 0.967
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -0.229 -0.345 -0.089
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -0.14 -0.256
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） -21.6 -38.4
NO x - -ライト 時間（時間） コアA コアB コントロール
3.97 3.19 2.64 4.19
4.88 3.06 2.59 4.06
5.88 3.18 2.41 4.02
6.88 2.95 2.35 4.2
R 2 0.934 0.909 0.9
スロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -0.078 -0.103 0
補正されたスロープ（マイクロモルのL -1時間-1） -0.078 -0.103
レート（マイクロモルのメートル-2時間-1） -12 -15.5
コア表面積（m 2）で 0.003165 0.003165
コアボリューム（L） 0.4874 0.4747

NH 4 + およびNO x の表2時間のコースデータ - 表1に使用したのと同じ堆積物コアからの時間経過回帰R 2の値は、値> 0.9025（P <0.05）のために重要です。勾配は、線形回帰によって決定され、補正された傾きは、空白の水柱の変化率を差し引くことによって決定されます。陽性率は正味フラックスです堆積物のうち、陰性率は堆積物にフラックスを示しています。 NH 4 +とNO 2のための全ての濃度は、 -マイクロモルのL -1です。

ディスカッション

ここに記載の技術は、浅い、深い両方水系、多数の種類に適用されており、我々はそれがほとんどの状況でうまく機能することがわかっています。このアプローチは、同僚が使用するアプローチから適合し、文献に発表されました。それは、膜の入口質量分析を介して脱窒の測定のために最適化されています。このアプローチの強みの一つは、同時に多数のコアを処理する能力です。別のアプローチは、これらの状況の下で、環境セグメントの平均値は、自然の中での変動をより表すことができる、より少ない複製を持つサイトを最大化することですが、重複または三重コアを持つ各サイトをレプリケートすると、測定値の信頼性を向上させます。季節の違いを解明するために、サイトの数が少ないでの測定時系列は有用な戦略かもしれません。

このプロトコルでは、いくつかの重要なステップがあります。作るのにパラマウントuccessful測定は、無傷の堆積物 - 水界面でのコアのコレクションです。フィールドにこの基準を満たしていない拒否のコアが疲れることができますが、貧しい人々のコアが悪く正確さと精度につながります。好気性のコアを維持する曝気とアーティファクトを最小限に抑え、健康、無傷の微生物や後生動物の個体群を維持する元のコレクションの温度に近いです。最後に、O 2及びN 2のサンプルに対して、塩化第二水銀保存剤の添加は重要です。我々は、これらのフラックスの測定値が損なわれる可能性があり、バイアルの過度の加熱と冷却を含むガスサンプルの不適切な保存を、観察しました。他の研究所が正常より低い廃棄物処理コストを持っている毒性の少ない防腐剤として7.0 MのZnCl 2を採用しています。 7のために30μlの添加が適切であるサンプルmLです。

N 2とArの比の精密かつ正確な分析は、N 2の決意の鍵でありますフラックス。観測されたN 2：アルゴンの比は、一般に、加熱された銅28を用いて、分析前に酸素除去を提唱するためにいくつかの研究を主導した酸素濃度の関数として変化します。我々の研究室で使用される計測器をN 2で酸素の影響を決定するために使用した：アルゴン比23と効果が非常に小さいことが見出された、<適度な酸素欠乏のために0.03％。酸素「効果」を評価するためのアプローチの違いは、異なる研究者23,28,29によって異なる結論を導くように見えます。 N 2に大きな酸素効果：アルゴン比はN 2 -N流出の誤った高い率につながります。我々の経験では、我々は酸素欠乏の高レートの下で無視できるN 2 -N流出の多くの観測を持っています。ラボではそのN 2に酸素効果を：アルゴン比が大きく表示され、有用な代替は、電極またはオプトードと酸素を用いた酸素濃度の独立した測定値でありますインライン加熱のCuを用いた質量分析から除去します。

この技術をトラブルシューティングのみ土砂フラックスデータを精査することが可能です。回帰が悪いときに考慮すべき主な要因は、撹拌は、連続した、サンプルを採取し、正しく保存、およびかどうかを時間のコースは、低金利の推定を可能にするには短すぎるであったかどうかです。実験の長さは、一般に、経時退行に埋め込まれた信号対雑音比を増加させるために、より長いインキュベーションを必要とする代謝の低い速度で、酸素の経時変化によって設定されます。 O 2気泡を生じさせる酸素生成率の高さは、ガスフラックスが困難になるが、溶質フラックスは影響を受けない場合があります。

このアプローチの限界を理解することが必要です。小さなコアは、平方メートルの0.3％をカバーし、より大きなコアは0.6％をカバーしています。メートルスケールでの実質的な不均一性、アニメーションの不均一な分布を持つサイトでALSまたは植物は、1または2のコアが十分な表現ではないかもしれないことを示唆しているかもしれません。測定の困難を提示するいくつかの環境もあります。泡へのガスの差分取り込みによって影響を受けるのAr比：脱窒の測定のために、メタンや酸素の気泡の存在は、N 2で、技術を無効にすることができます。アルゴン比：底生微細藻類が定着堆積物では、酸素の生成はN 2のArに対する、及びN 2の減少優先剥離で結果を気泡。一般的に、我々は、フォームの泡の時点で脱窒を測定することはできません。嫌気性環境が異なる課題を提起し、コアの通気は、堆積物 - 水界面での酸化還元ダイナミクスを変更します。我々はすぐに収集した後、撹拌しながらトップとコアを封印し、完全に30水柱を交換せずにフラックスを開始します。照明された堆積物との我々の実験は、一般的に飽和またはほぼsaturatています照明31のレベルをる、したがって、底生微細藻類の効果を最大化します。

土砂・水交換の測定は、堆積物 - 水界面を横切る物質の正味フラックスの測定です。しかし、これらの測定だけでは、多くの場合、これらの界面の交換を制御するメカニズムを識別することはできません。研究の質問は理解のメカニズムが含まれている場合、有機物の反応性、末端電子受容帯状分布、bioirrigationとバイオターベーション、および光合成生物に関する他の情報が必要になることがあります。モデリングの取り組み7は、間隙水化学の決意、有機物の反応32の直接的な対策、動物集団、土砂バイオ灌漑、堆積物の付着、またはレドックスまたは上に重なる水化学13の実験操作の列挙が必要な場合があります。我々の研究では、良好な堆積物 - 水交換データは、水生堆積物の化学的性質を理解することの重要な構成要素です、および他の測定値と併せて、水生生物地球化学サイクルにおける土砂リサイクルプロセスの役割を識別します。

土砂取り扱いに関するケア、温度制御、および水柱混合しながら、コアインキュベーションは、堆積物 - 水界面における溶質およびガス交換の推定に有用なアプローチです。しかし、ここで使用される技術は、いくつかの環境のために、そのようなインキュベーション前延長期間などの困難な物流のための修正が必要な場合があります。これまでのところ、我々が正常に最小限の変更で、沿岸、湿地、湖、貯水池、河川および保持池環境の河口には、このインキュベーションのアプローチを適用しています。

開示事項

著者らは、開示することは何もありません。

謝辞

著者らは、環境科学のためのメリーランドセンターの大学でトッドかなで脱窒にウォルター・ボイントンとピートSampouと共同作業することにより行う作業の我々の観察を使用して、このアプローチを開発しました。私たちの脱硝アプローチの開発は、メリーランド州の海助成金プログラムと国立科学財団の支援なしには不可能でした。ここで使用される代表的なデータは、メリーランド州の海グラント（R / AQ-5C）からの資金で収集し、書き込み努力はメリーランド州の海グラント（R / SV-2）、NOAAチェサピーク湾事務所（NA13NMF4570210）、オイスター回復パートナーシップによってサポートされていました、国立科学財団（OCE1427019）、エクセロン社、およびメリーランド州環境サービス/メリーランド州ポート管理。

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 - 温度、酸素、塩分YSI"任意の高品質の機器は、
PAR測定Li-Cor6050000
ポールコアラーマシンショップによって構築
ボックスコアラーDK-デンマークHAPSコアラー我々はまた、ライトボックスコアリング装置を使用しています
Oリングフィットボトム、3 'と小さなコアチューブ外径、内径2.5フィート様々なプラスチック会社透明アクリル
Oリング付きミディアムコアチューブ、4.5インチOD、4インチID様々なプラスチック会社透明アクリル
ブチルストッパーサイズ13.5汎用
攪拌ターンテーブル機械工場が製造
インキュベーション浴槽機械工場が製造
交換用水カーボーイナルゲン2320-0050
7 ml ガラス ストッパー付きチューブケムグラス在庫にない「Exetainers」 他の研究室で使用されている
20 ml プラスチック シリンジ汎用
シリンジ フィルター
プラスチック チューブタイゴンACF00004-CP
コンパクト蛍光灯アポロ園芸CFLの8U 250W

参考文献

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