Bentosowa wymiana_O2, N₂ i rozpuszczonych składników odżywczych przy użyciu inkubacji z małym rdzeniem

Ogólnym celem tego eksperymentu biogeochemicznego osadów jest wykonanie realistycznych pomiarów wymiany substancji rozpuszczonych i gazowych między powierzchnią osadu a leżącą nad nim wodą, w celu udoskonalenia bilansu masy wodnej i poinformowania o wysiłkach związanych z modelowaniem biogeochemicznym. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu biogeochemii wodnej, takie jak znaczenie naszych osadów jako pochłaniaczy i źródeł składników odżywczych oraz tlenu. Jest zoptymalizowany do pomiaru denitryfikacji w środowisku wodnym, która jest głównym pochłaniaczem w obiegu azotu w środowisku wodnym.

Główną zaletą tej techniki jest to, że jest bardzo wydajna i pozwala nam na znaczne pokrycie przestrzenne i czasowe procesów biogeochemicznych osadów. Zacznij od zanotowania lokalizacji miejsca pobierania próbek za pomocą GPS. Następnie określ tlen, temperaturę i zasolenie wody na dnie za pomocą sondy jakości wody YSI.

Opuść go do około jednego metra nad osadem i dokonaj odczytu. Następnie wykonaj odczyty za pomocą miernika PAR i ramy opuszczającej na powierzchni i na dole, aby oszacować tłumienie światła wody. Teraz przygotuj rdzeń.

Do badań głębinowych należy użyć rdzenia o średnicy wewnętrznej 6,35 centymetra, a w przypadku osadów z mikroalgami bentosowymi lub dużymi populacjami zwierząt należy użyć rdzenia o średnicy wewnętrznej 10 centymetrów. Teraz rozłóż rdzeń nad burtą łodzi i powoli go opuść, aby zminimalizować zakłócenia po wniknięciu w osad. Po wyjęciu rdzenia skrzynki włóż rurki rdzeniowe do skrzynki.

Włóż korek butylowy do górnej części każdej rurki rdzeniowej, a następnie przymocuj akrylową płytkę z O-ringiem do każdego dna. W przypadku rdzenia tyczkowego należy umieścić akrylową płytę dolną w wkładce rdzenia przed wyjęciem rdzenia z rdzenia. Po wydrążeniu rdzenia należy sprawdzić rdzeń topnika i skrzynkę rdzeniową pod kątem widocznych zakłóceń lub nadmiernego ponownego zawieszenia.

W przypadku eksperymentów z topnikiem idealna równowaga osadowo-wodna w rdzeniu wynosi 15 centymetrów każdy, ale w osadach gruboziarnistych lub mocno zagęszczonych dopuszczalne jest zbieranie mniejszej ilości osadu. Jeśli jednak tempo ubytku tlenu jest nadmierne, przesuń równowagę w kierunku większej ilości wody. Przechowuj rdzenie w izolowanej chłodnicy wodnej zalanej wodą z otoczenia z terenu, aby utrzymać temperaturę na miejscu.

Upewnij się, że chłodnica pozostaje w pozycji pionowej. Następnie zbierz wodę denną z miejsc rdzeniowania do 20-litrowych balonów za pomocą pompy membranowej. Ogólnie rzecz biorąc, napełnij dwa lub trzy gąsiory i zbierz z wielu miejsc, jeśli przewiduje się, że skład chemiczny wody zmieni się między miejscami.

Jeśli pompa jest niedostępna w płytkiej, nierozwarstwionej wodzie, balon można napełnić ręcznie. Teraz szybko przetransportuj rdzenie tlenowe do inkubatora, zanim staną się beztlenowe. Po dotarciu do zakładu sprawdź rdzenie i wyrzuć te, które zostały naruszone podczas transportu.

Następnie umieść rdzenie, w tym ślepy słup wody, w inkubatorze kąpielowym i ustaw temperaturę na zmierzoną temperaturę wody na dnie. Napełnij inkubator zebraną wodą denną, całkowicie zanurzając rdzenie osadu. Czysty rdzeń, rdzeń bez osadu, jest również wypełniony wodą denną.

Dodaj również wodę z dna do pięciolitrowych balonów z króćcami, które będą używane do dozowania wody zastępczej. Do napowietrzania użyj małego T-bubblera wykonanego z 1/2 cala rury PVC i trójdrożnego łącznika. Przykryj rurkę 1/8 cala rurką PVC i spuść wodę oraz zapewnij cyrkulację i napowietrzenie.

Teraz pozwól rdzeniom zrównoważyć się przez co najmniej dwie godziny do nocy w ciemności przed pobraniem próbki. Gdy rdzenie zrównoważą się, przymocuj do nich wirujące bączki. Przy otwartym zaworze do pobierania próbek delikatnie zetrzyj wszelkie pęcherzyki powietrza spod bączka i uszczelnij rdzeń z wody w zbiorniku.

Następnie podnieś zamienny balon wodny 30 do 40 centymetrów nad rdzenie inkubacyjne, a następnie uruchom przewody odpływowe z gąsiora, a gdy zaczną płynąć, przymocuj przewody do wierzchołków rdzenia. Następnie zamknij zawory. Teraz włącz centralny talerz obrotowy z mieszadłem i dostosuj prędkość obrotową, aby wymieszać słup wody bez ponownego zawieszania osadu.

Zwykle działa 40 obrotów na minutę. Po około pięciu minutach otwórz zamienny zawór wody i zawór próbki. Następnie przymocuj krótki kawałek rurki do zaworu próbki za pomocą blokady przynęty.

Umieść tę probówkę do pobierania próbek w siedmiomililitrowej szklanej probówce na próbkę i zalej ją wodą. Następnie dodaj 10 mikrolitrów chlorku rtęci do próbki i zakryj probówkę. W celu pobrania próbek substancji rozpuszczonej należy podłączyć 20-mililitrową strzykawkę do zaworu próbki i otworzyć zamienny zawór wody.

Następnie przymocować tłok i krążek filtrujący do załadowanej strzykawki i przefiltrować próbkę do fiolek do pobierania próbek. Przebieg czasowy pobierania próbek w ciemności zazwyczaj obejmuje cztery okresy pobierania próbek w odstępach od pół godziny do dwóch godzin lub dłuższych, w zależności od szybkości poboru tlenu. Korzystając ze skalibrowanych optod, śledź poziom tlenu w pobranej wodzie.

Ogólnie rzecz biorąc, wyczerpanie 25% tlenu pozwala na pomiar zmian stężenia składników odżywczych. Możliwe jest dłuższe pobieranie próbek, ale nie należy pobierać próbek po 50% wyczerpaniu tlenu. Jeśli osady pochodzą z płytkich, oświetlonych środowisk, to po czwartej próbce włącz światła i pobierz trzy kolejne próbki.

Zebrane próbki należy przechowywać pod wodą w temperaturze inkubacji. Po pobraniu próbek zmierz pozostałą objętość wody w rdzeniu na podstawie wysokości słupa wody lub spuszczając całą wodę do cylindra z podziałką. Pomiary strumienia osadów wykonano w pobliżu zakładu akwakultury na rzece Choptank.

Szybki spadek tlenu został nieco stłumiony przez oświetlenie, ale tempo fotosyntezy nie było tak wysokie jak oddychanie. Poziom tlenu w rdzeniu kontrolnym zmienił się tylko nieznacznie. Stężenia azotu oznaczono za pomocą stosunku azotu do argonu z dokładnością do 0,02%, czyli około 100 nanomoli na litr azotu.

W ciemności lub świetle zawartość azotu w rdzeniach osadów wzrosła znacznie bardziej niż w ślepej wodzie zaobserwowano. Strumienie rozpuszczonego amonu były dość wysokie w ciemnościach. W jednym rdzeniu zaobserwowano wzrost o 20 mikromoli na litr

Nawet przy oświetleniu rdzenie miały rosnące stężenie amonu. Zarówno rdzenie, jak i ślepa próba słupa wody miały z czasem malejące stężenie azotanów i azotynów, z mniejszym tempem spadku podczas oświetlenia. Po opanowaniu, te procedury inkubacji mogą być skutecznie przeprowadzane przez dwóch naukowców, zwykle w ciągu sześciu do ośmiu godzin, w zależności od szybkości oddychania osadów.

Podejmując tę procedurę, należy pamiętać o zebraniu nienaruszonego interfejsu osadowo-wodnego i utrzymaniu stałej temperatury podobnej do tej obserwowanej w terenie. Po zakończeniu inkubacji rdzenie te można wykorzystać do pobierania próbek zawartości chlorofilu, wielkości ziarna, słabego składu chemicznego wody i reaktywności osadu specyficznej dla masy. Po jego opracowaniu, zastosowanie stosunku azotu do argonu do pomiaru denitiryfikacji zapewniło alternatywne podejście do pomiaru denitryfikacji i strumieni netto diazotu.

Naukowcy zastosowali tę technikę stosunku gazu do pomiaru denitryfikacji terenów podmokłych, jezior, zbiorników, ujść rzek i płytkich osadów przybrzeżnych, stanowiąc użyteczną alternatywę dla metodologii izotopowej.