Name: Zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-10-29T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Poznaj metodę impulsów odżywczych do manipulacji rozpuszczoną materią organiczną w strumieniach. Technika ta umożliwia badanie biogeochemii ekosystemów wodnych i cyklu składników odżywczych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Laboratorium Analizy Jakości Wody na Uniwersytecie New Hampshire za pomoc w analizie próbek. Autorzy dziękują również dwóm anonimowym recenzentom, których uwagi przyczyniły się do ulepszenia manuskryptu. Ta praca jest finansowana przez National Science Foundation (DEB-1556603). Częściowe finansowanie zostało również zapewnione przez EPSCoR Ecosystems and Society Project (NSF EPS-1101245), New Hampshire Agricultural Experiment Station (Wkład naukowy #2662), USDA National Institute of Food and Agriculture (McIntire-Stennis) Project (1006760), University of New Hampshire Graduate School oraz New Hampshire Water Resources Research Center.

<ol><li>Brookshire, E. N. J., Valett, H. M., Thomas, S. A., Webster, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atmospheric+N+deposition+increases+organic+N+loss+from+temperate+forests%5BTitle%5D)+AND+%22Ecosystems%22%5BJournal%5D)">Atmospheric N deposition increases organic N loss from temperate forests.</a> Ecosystems. 10 (2), 252-262 (2007).</li>
<li>Bernhardt, E. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+apart%3A+Comparisons+of+DOM+uptake+during+leaf+leachate+releases+to+Hubbard+Brook+Valley+streams+in+1979+and+2000%5BTitle%5D)+AND+%22J+Geophys+Res%22%5BJournal%5D)">Twenty years apart: Comparisons of DOM uptake during leaf leachate releases to Hubbard Brook Valley streams in 1979 and 2000.</a> J Geophys Res. 113, G03032(2008).</li>
<li>Taylor, P. G., Townsend, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stoichiometric+control+of+organic+carbon-nitrate+relationships+from+soils+to+sea%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Stoichiometric control of organic carbon-nitrate relationships from soils to sea.</a> Nature. 464, 1178-1181 (2010).</li>
<li>Mulholland, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stream+denitrification+across+biomes+and+its+response+to+anthropogenic+nitrate+loading%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Stream denitrification across biomes and its response to anthropogenic nitrate loading.</a> Nature. 452, 202-205 (2008).</li>
<li>Tank, J. L., Rosi-Marshall, E. J., Baker, M. A., Hall, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Are+rivers+just+big+streams%3F+A+pulse+method+to+quantify+nitrogen+demand+in+a+large+river%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology%22%5BJournal%5D)">Are rivers just big streams? A pulse method to quantify nitrogen demand in a large river.</a> Ecology. 89 (10), 2935-2945 (2008).</li>
<li>Covino, T. P., McGlynn, B. L., McNamara, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracer+additions+for+spiraling+curve+characterization+%28TASCC%29%3A+quantifying+stream+nutrient+uptake+kinetics+from+ambient+to+saturation%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanogr%22%5BJournal%5D)">Tracer additions for spiraling curve characterization (TASCC): quantifying stream nutrient uptake kinetics from ambient to saturation.</a> Limnol Oceanogr. 8, 484-498 (2010).</li>
<li>Johnson, L. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+the+production+of+dissolved+organic+nitrogen+in+headwater+streams+using+15+N+tracer+additions%5BTitle%5D)+AND+%22Limnol+Oceanogr%22%5BJournal%5D)">Quantifying the production of dissolved organic nitrogen in headwater streams using 15 N tracer additions.</a> Limnol Oceanogr. 58 (4), 1271-1285 (2013).</li>
<li>Rosemond, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+nutrient+additions+accelerate+terrestrial+carbon+loss+from+stream+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Experimental nutrient additions accelerate terrestrial carbon loss from stream ecosystems.</a> Science. 347 (6226), 1142-1145 (2015).</li>
<li>Diemer, L. A., McDowell, W. H., Wymore, A. S., Prokushkin, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nutrient+uptake+along+a+fire+gradient+in+boreal+streams+of+Central+Siberia%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Sci%22%5BJournal%5D)">Nutrient uptake along a fire gradient in boreal streams of Central Siberia.</a> Freshwater Sci. 34 (4), 1443-1456 (2015).</li>
<li>Wymore, A. S., Rodríguez-Cardona, B., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+response+of+dissolved+organic+nitrogen+to+nitrate+availability+in+headwater+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Direct response of dissolved organic nitrogen to nitrate availability in headwater streams.</a> Biogeochemistry. 126 (1), 1-10 (2015).</li>
<li>Stream Solute Workshop. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concepts+and+methods+for+assessing+solute+dynamics+in+stream+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22J+N+Am+Benthol+Soc%22%5BJournal%5D)">Concepts and methods for assessing solute dynamics in stream ecosystems.</a> J N Am Benthol Soc. 9 (2), 95-119 (1990).</li>
<li>Kilpatrick, F. A., Cobb, E. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKilpatrick%2C+FA+%22Measurement+of+discharge+using+tracers%3A+U.S+Geological+Survey+Techniques+of+Water-Resources+Investigations%22">Measurement of discharge using tracers: U.S Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://pubs.usgs.gov/twri/twri3-a16">http://pubs.usgs.gov/twri/twri3-a16</a> (1985).</li>
<li>Rodríguez-Cardona, B., Wymore, A. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DOC%3A+NO3-+and+NO3-+uptake+in+forested+headwater+streams%5BTitle%5D)+AND+%22J+Geophys+Res+-+Biogeo%22%5BJournal%5D)">DOC: NO3- and NO3- uptake in forested headwater streams.</a> J Geophys Res - Biogeo. 121, (2016).</li>
<li>Kilpatrick, F. A., Wilson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Book+3+Chapter+A9%2C+Measurement+of+time+of+travel+in+streams+by+dye+tracing%5BTitle%5D)+AND+%22Techniques+of+Water-Resources+Investigations+of+the+United+States+Geological+Survey%22%5BJournal%5D)">Book 3 Chapter A9, Measurement of time of travel in streams by dye tracing.</a> Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey. , (1989).</li>
<li>Lutz, B. D., Bernhardt, E. S., Roberts, B. J., Mulholland, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Examining+the+coupling+of+carbon+and+nitrogen+cycles+in+Appalachian+streams%3A+the+role+of+dissolved+organic+nitrogen%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology%22%5BJournal%5D)">Examining the coupling of carbon and nitrogen cycles in Appalachian streams: the role of dissolved organic nitrogen.</a> Ecology. 92 (3), 720-732 (2011).</li>
<li>Michalzik, B., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+dissolved+organic+nitrogen+and+carbon+in+a+Central+European+Norway+spruce+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Dynamics of dissolved organic nitrogen and carbon in a Central European Norway spruce ecosystem.</a> Eur J Soil Sci. 50 (4), 579-590 (1990).</li>
<li>Solinger, S., Kalbitz, K., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controls+on+the+dynamics+of+dissolved+organic+carbon+and+nitrogen+in+a+Central+European+deciduous+forest%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Controls on the dynamics of dissolved organic carbon and nitrogen in a Central European deciduous forest.</a> Biogeochemistry. 55 (3), 327-349 (2001).</li>
<li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Patterns+in+chemical+fractionation+of+organic+nitrogen+in+Rocky+Mountain+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Ecosystems%22%5BJournal%5D)">Patterns in chemical fractionation of organic nitrogen in Rocky Mountain streams.</a> Ecosystems. 6 (5), 483-492 (2003).</li>
<li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+and+transport+of+organic+nitrogen+in+minimally+disturbed+montane+streams+of+Colorado%2C+USA%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Fate and transport of organic nitrogen in minimally disturbed montane streams of Colorado, USA.</a> Biogeochemistry. 74 (3), 303-321 (2005).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Celem metody impulsów składników odżywczych, przedstawionej tutaj, jest scharakteryzowanie i ilościowe określenie reakcji wysoce zróżnicowanej puli wody z otaczającego strumienia DOM w zakresie dynamicznym dodanego nieorganicznego składnika odżywczego. Jeśli dodana substancja rozpuszczona wystarczająco zwiększa stężenie reaktywnej substancji rozpuszczonej, można stworzyć dużą przestrzeń wnioskowania, aby zrozumieć, w jaki sposób cykl biogeochemiczny DOM jest powiązany ze stężeniami składników odżywczych. To podejście opa...

Rozpuszczona materia organiczna (DOM) stanowi ważne źródło energii i składników odżywczych dla ekosystemów słodkowodnych i jest definiowana jako materia organiczna, która przechodzi przez filtr 0,7 μm. W ekosystemach wodnych DOM może również wpływać na tłumienie światła i kompleksowanie metali. DOM to bardzo zróżnicowana i niejednorodna mieszanina związków organicznych z różnymi grupami funkcyjnymi, a także niezbędnymi składnikami odżywczymi, takimi jak azot (N) i fosfor (P). Podczas gdy termin "DOM" opisuje całą pulę, w tym jej składniki C, N i P, jej stężenie mierzy się jako rozpuszczony węgiel organiczny (DOC). Nieodłączna złożoność molekularna puli DOM stwarza jednak wyzwania dla jej badania. Na przykład nie ma bezpośredniego sposobu na zmierzenie frakcji całkowitej puli DOM składającej się z organicznych składników odżywczych, takich jak rozpuszczony azot organiczny (DON) i rozpuszczony fosfor organiczny (DOP). Zamiast tego stężenie organicznych składników pokarmowych musi być określone na podstawie różnicy (np. [DON] = [całkowity rozpuszczony azot] - [rozpuszczony azot nieorganiczny]).
Dodanie realistycznej poprawki DOM do strumienia jest trudne ze względu na różnorodność puli otoczenia DOM. W poprzednich badaniach dodawano pojedyncze źródła węgla (np. glukozę, mocznik1) lub szczególne źródło, takie jak odcieki ze ściółkiliściowej 2 w celu manipulowania stężeniami na polu. Jednak te źródła nie są szczególnie reprezentatywne dla puli DOM otoczenia. Próba udoskonalenia lub zagęszczenia DOM w otoczeniu do późniejszych eksperymentów wiąże się również z trudnościami, w tym utratą niektórych frakcji (np. wysoce labilnych składników) podczas przetwarzania. W rezultacie trudno jest zrozumieć elementy sterujące w puli DOM otoczenia, ponieważ obecnie nie posiadamy żadnej metody bezpośredniego manipulowania pulą DOM otoczenia. Ponieważ jednak biogeochemia DOM jest powiązana ze składnikami odżywczymi powszechnie występującymi w środowisku (np. azotanem [NO3-]3), możemy dodać inne substancje rozpuszczone do ekosystemów strumieniowych i zmierzyć reakcję puli DOM na te manipulacje. Badając, w jaki sposób pula DOM reaguje na szeroki zakres eksperymentalnie narzuconych stężeń składników odżywczych, mamy nadzieję uzyskać lepszy wgląd w to, jak DOM reaguje na zmienne warunki środowiskowe.
Jedną z metod powszechnie stosowanych w biogeochemii strumieni jest metoda dodawania składników odżywczych. Eksperymenty z dodawaniem składników odżywczych były tradycyjnie stosowane w celu zrozumienia kinetyki wychwytu lub losu dodanej substancji rozpuszczonej4,5,6,7. Dodawanie składników odżywczych może być krótkotrwałew skali od hr 6 do day 4 lub długoterminowe manipulacje w ciągu wielu lat8. Dodatki składników odżywczych mogą również obejmować izotopowo znakowane składniki odżywcze (np. 15N-NO3-) w celu śledzenia dodanego składnika odżywczego w reakcjach biogeochemicznych. Jednak badania oparte na izotopach są często kosztowne i wymagają trudnych analiz (np. trawienia) wielu kompartmentów bentosowych, w których mogą być zatrzymywane izotopowo znakowane składniki odżywcze. Niedawne eksperymenty ujawniły użyteczność krótkoterminowych impulsów składników odżywczych w celu wyjaśnienia kontroli substancji rozpuszczonych bez dodatku i substancji rozpuszczonych w otoczeniu, takich jak DOM9,10, ujawniając nowy sposób badania reakcji biogeochemicznych in situ w czasie rzeczywistym. W tym miejscu opisujemy i demonstrujemy kluczowe kroki metodologiczne do przeprowadzania krótkoterminowych impulsów składników odżywczych w celu zrozumienia sprzężonej biogeochemii C i N, a w szczególności kontroli w bardzo zróżnicowanej puli DOM. Ta łatwa do odtworzenia metoda polega na dodaniu impulsu składnika odżywczego do strumienia eksperymentalnego i pomiarze zmian w stężeniu zarówno zmanipulowanej substancji rozpuszczonej, jak i zmiennej odpowiedzi będącej przedmiotem zainteresowania (np. DOC, DON, DOP). Poprzez bezpośrednią manipulację stężeniami składników odżywczych in situ jesteśmy w stanie pośrednio zmienić pulę DOM i zbadać, jak zmienia się stężenie DOM w dynamicznym zakresie stężeń składników odżywczych10.

<table><tbody><tr><td>Azotan sodu</td><td>Dowolny</td><td></td><td></td></tr> dowolny <tr><td>chlorek sodu</td><td>dowolny</td><td>Zakupiona</td><td>w sklepie sól kuchenna może być również używana, jednak zawiera śladowe ilości zanieczyszczeń</td></tr><tr><td>Filtry z włókna szklanego Whatman GFF</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>strzykawka filtrująca BD</td><td>Dowolna</td><td>dowolna</td><td></td></tr><tr><td>EMD Millipore Swinnex Uchwyty filtrów</td><td>Dowolna</td><td>Dowolna</td><td></td></tr><tr><td>Kurek odcinający strzykawkę</td><td>Dowolna</td><td>Dowolna</td><td></td></tr><tr><td>sonda wieloparametrowa YSI</td><td>Yellow Springs International</td><td>556-01</td><td></td></tr><tr><td>Butelki HDPE 125 ml z szerokim otworem</td><td>Dowolna</td><td>Butelki</td><td></td>HDPE o pojemności</tr><tr><td>60 ml</td><td>Dowolna</td><td>Dowolne</td><td></td></tr><tr><td>wiadro 20 L</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Taśma miernicza</td><td>Dowolna Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Taśma do etykietowania laboratoryjnego</td><td>Dowolna</td><td>Dowolna</td><td></td></tr><tr><td>patyczek do mieszania</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>chłodnica</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pióro Sharpie</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Notatnik polowy</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pęseta Dowolna Pęseta</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Torebki z zamkiem błyskawicznym</td><td>Dowolna</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Rozpuszczona materia organiczna (DOM) to bardzo zróżnicowana mieszanina cząsteczek dostarczająca jednego z największych źródeł energii i składników odżywczych dla ekosystemów. Jednak badanie in situ DOM jest trudne, ponieważ złożoność molekularna puli DOM nie może być łatwo odtworzona do celów eksperymentalnych. Wykazano jednak, że dodatki składników odżywczych do strumieni wielokrotnie zmieniają pulę DOM in situ i otoczenia. W tym miejscu demonstrujemy łatwą do odtworzenia metodę opartą na polach do manipulowania pulą otoczenia DOM w skali ekosystemu. Podczas eksperymentów z impulsami odżywczymi można badać zmiany stężenia zarówno rozpuszczonego węgla organicznego, jak i rozpuszczonego azotu organicznego w szerokim zakresie stężeń składników odżywczych. Metoda ta pozwala naukowcom zbadać mechanizmy kontrolne w puli DOM i wyciągnąć wnioski dotyczące roli i funkcji, jaką niektóre frakcje puli DOM odgrywają w ekosystemach. Opowiadamy się za stosowaniem tej metody jako techniki, która pomoże lepiej zrozumieć biogeochemię DOM i sposób, w jaki wchodzi ona w interakcje ze składnikami odżywczymi. Wraz z dalszym rozwojem metoda ta może pomóc w wyjaśnieniu dynamiki DOM w innych ekosystemach.

<img alt="Wykresy rozrzutu stężenia azotanów i DON; linie trendu, stanowiska DCF, RMB, SBM; przedstawiono wartości r²." src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rycina 3: Przykładowe wyniki oznaczania azotanów (NO₃⁻)3-) Dodatki z rozpuszczonym azotem organicznym (DON) jako zmienną odpowiedzi. Analizy stanowią regresje liniowe. Gwiazdkami oznaczono istotno...

Rozpuszczona materia organiczna stanowi ważne źródło energii i składników odżywczych dla ekosystemów. W tym miejscu demonstrujemy metodę opartą na terenie do manipulowania otaczającą pulą rozpuszczonej materii organicznej in situ za pomocą łatwych do odtworzenia impulsów składników odżywczych.

Zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Ogólnym celem tej metody impulsowania składników odżywczych jest pośrednia manipulacja otaczającą pulą rozpuszczonej materii organicznej, aby zrozumieć, w jaki sposób pula ta reaguje na zmiany stężenia składników odżywczych. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu biogeochemii strumieni, takie jak sposób, w jaki powiązane są cykle materii organicznej i składników odżywczych. Główną zaletą tej metody jest to, że stanowi ona manipulację całym ekosystemem i może być łatwo powtórzona.Znaczenie tej techniki rozciąga się na eksport węgla i azotu z obszaru zlewni, ponieważ oddziaływanie tych pierwiastków determinuje sposób ich retencji w strumieniu. Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy zauważyliśmy, że podejście z wykorzystaniem impulsu biogenów (nutrient slug) tworzy dynamiczny zakres stężeń składników odżywczych, a stężenia rozpuszczonej materii organicznej są wrażliwe na te zmiany. Na początek należy zainstalować polowy konduktometr, wybierając miejsce położone w odległości około 0,5 do 1,0 metra powyżej miejsca poboru próbek.Miernik pozostanie na swoim miejscu przez cały czas trwania eksperymentu. Następnie należy trzykrotnie wypłukać butelki z polietylenu o wysokiej gęstości, myte kwasem, i użyć ich do pobrania trzech prób tła o objętości 125 mililitrów każda w miejscu dodawania, a następnie w miejscu poboru prób odcinek eksperymentalnego. Służą one do określenia stężeń tła przed dodaniem roztworu.Zapisz przewodność tła w strumieniu przed dodaniem substancji rozpuszczonych. Następnie zapisz czas poboru oraz przewodność pobranych próbek tła. W pierwszej kolejności pobierz wodę ze strumienia za pomocą dużego pojemnika.Następnie należy dodać wszystkie odczynniki i upewnić się, że substancje rozpuszczone całkowicie się rozpuściły. Należy monitorować ilość dodanej wody. Naczynia z odczynnikami należy przepłukać trzykrotnie dodatkową wodą z kranu, a wodę z płukania przelać do pojemnika z roztworem.Mieszać roztwór czystym mieszadłem aż do całkowitego rozpuszczenia wszystkich odczynników. Odpowiednio oznakować butelkę z polietylenu o wysokiej gęstości o pojemności 60 mililitrów i przelać do niej 60 mililitrów alikwotu roztworu do dodawania. Przechowywać oddzielnie od innych próbek, aby uniknąć zanieczyszczenia.Następnie wlej próbkę w miejsce dodawania płynnym i szybkim ruchem, aby zminimalizować czas opóźnienia przepływu i uniknąć rozbryzgów. Natychmiast wypłucz pojemnik i zamieszaj trzema ruchami w strumieniu cieczy, aby uwolnić wszystkie odczynniki. Zapisz czas w godzinach, minutach i sekundach.Zapisz masę dodanych znaczników oraz czas ich uwolnienia, dbając o to, aby nie zakłócać benthosu strumienia ani roztworu aż do zakończenia eksperymentu. W miejscu poboru próbek, oczekując na roztwór, ustaw oznakowane butelki do pobierania w kolejności rosnącej. Użyj terenowego konduktometru do wykonania pomiarów w miejscu poboru.Dotarcie roztworu zostanie wykryte poprzez wzrost przewodności. Po wykryciu dotarcia roztworu należy wziąć czystą butelkę o pojemności 125 mililitrów i wypłukać ją w strumieniu wody. Wodę z płukania należy odprowadzić poniżej miejsca poboru próbek, a następnie pobrać próbkę, trzymając butelkę w głównym nurcie wody w punkcie poboru.Powtórz ten proces zbierania, używając kolejno nowych butelek przez cały czas przepływu roztworu, i zapisz czas pobrania oraz przewodność każdej próbki. Kontynuuj pobieranie próbek do momentu, aż przewodność powróci do poziomu nieprzekraczającego pięciu µS/cm powyżej poziomu tła. Zakręć próbki i przechowuj je w chłodziarce.Najpierw przygotuj próbki do filtracji w taki sposób, aby próbki z rosnącej końcówki (rising limb) były filtrowane w kolejności rosnącej przewodności właściwej aż do osiągnięcia szczytu. Następnie przygotuj próbki z opadającej końcówki (falling limb) do filtracji w kolejności rosnącej przewodności właściwej. Aby przefiltrować próbki, weź strzykawkę o pojemności 60 ml, wyjmij tłok, a następnie zamknij kurek.Wlej około 10 mililitrów próbki do strzykawki i włóż tłok. Potrząśnij strzykawką tak, aby próbka wypłukała wewnętrzne ścianki. Następnie przymocuj uchwyt filtra do strzykawki i otwórz kranik.Przeciśnij próbkę przez filtr, naciskając tłok, a następnie wylej płuczkę. Wyjmij tłok i zamknij kranik. Tym razem nalej do strzykawki 30 mililitrów tej samej próbki i włóż z powrotem tłok.Ustawiając strzykawkę tak, aby zawartość była wypuszczana do czystej butelki na próbkę o pojemności 60 mililitrów, otwórz kranik i przepuść przez filtr około 10 mililitrów. Zakręć butelkę, zakręć nią i wylej filtrat. Powtórz czynność trzy razy, aby upewnić się, że z butelki usunięto zanieczyszczenia, a jej ścianki zostały pokryte próbką.Ponownie wyjmij tłok i zamknij kurek. Wlej do strzykawki około 60 ml próbki, a następnie włóż tłok z powrotem. Przepchnij próbkę przez uchwyt filtra do butelki na próbkę o pojemności 60 ml.Napełniając butelki do poziomu nieprzekraczającego ich „ramion”, zakręć je i umieść próbki w chłodziarce. Na koniec przeanalizuj próbki pod kątem rozpuszczonego węgla i azotu organicznego oraz wszelkich innych interesujących parametrów w kolejności od niskiej do wysokiej przewodności. Wykresy te przedstawiają regresje liniowe pomiarów stężeń rozpuszczonego azotu organicznego, czyli DON, po dodaniu azotanów metodą pulsacyjną.Wyniki pokazują, że stężenia rozpuszczonego azotu organicznego zmieniają się w odpowiedzi na dodatek azotanów. Zmienność odpowiedzi rozpuszczonego azotu organicznego zaobserwowano również w obrębie stanowisk w różnych terminach pobierania prób, co sugeruje, że wodne społeczności drobnoustrojów mogą wykorzystywać różne składniki rozpuszczonej materii organicznej w różnych okresach sezonu wegetacyjnego. Korelacje dodatnie interpretuje się jako odzwierciedlenie roli rozpuszczonego azotu organicznego jako źródła nutrientów, podczas gdy korelacje ujemne interpretuje się jako odzwierciedlenie roli rozpuszczonego azotu organicznego jako źródła energii.Eksperymenty, które wykazały nieistotne zależności, odzwierciedlają brak reakcji puli DON lub sytuację, w której procesy oparte na składnikach odżywczych i procesy energetyczne znoszą się nawzajem. Tutaj wykresy przedstawiają regresje liniowe rozpuszczonego węgla organicznego (DOC) po dodaniu azotanów. W przeciwieństwie do wykresów DON, te wykazują niewiele przypadków istotnych zmian w stężeniu DOC w wyniku dodania azotanów.Może to wskazywać, że frakcje puli rozpuszczonej materii organicznej bogate w azot i bogate w węgiel podlegają własnym, specyficznym kontrolom ekologicznym i biogeochemicznym, a otaczająca pula DOC jest wysoce oporna na rozkład. Po opanowaniu technika ta może zająć od trzech do sześciu godzin, w zależności od systemu. Podczas wykonywania tej metody ważne jest, aby unikać zanieczyszczenia próbek o niskiej przewodności próbkami o wysokiej przewodności.Po przeprowadzeniu tej procedury można obliczyć inne parametry, takie jak kinetyka pobierania biogenów, aby określić, w jaki sposób tempo i strumień pobierania biogenów wpływają na stężenia rozpuszczonego węgla organicznego i rozpuszczonego azotu organicznego. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom z dziedziny biogeochemii wód do badania czynników kontrolujących retencję biogenów w ekosystemach potoków. Choć metoda ta dostarcza informacji na temat obiegu biogenów w potokach, może ona potencjalnie znaleźć zastosowanie w innych środowiskach, takich jak wody podziemne i systemy estuariowe.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat przeprowadzania eksperymentów z dodatkiem składników odżywczych w ekosystemach potoków źródliszczowych.

understanding-dissolved-organic-matter-biogeochemistry-through-situ

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Opisano proces wytwarzania kanałów mikroprzepływowych oraz ich zastosowanie w eksperymentach służących do badania zachowań chemotaktycznych morskich drobnoustrojów w niejednorodnym środowisku nutrientowym (patchy nutrient seascape) oraz zachowań pływackich bakterii w przepływie ścinającym.

Odpowiedź chemotaktyczna mikroorganizmów morskich na mikroskalowe warstwy składników odżywczych

Prezentujemy metody oceny, jak ryzyko drapieżnictwa może zmienić jakość chemiczną ofiar roślinożerców, wywołując zmiany w diecie, aby sprostać wymaganiom zwiększonego stresu, oraz jak rozkład zwłok tych zestresowanych roślinożerców spowalnia późniejszy rozkład ściółki roślinnej przez mikroby glebowe.

Powiązanie ryzyka drapieżnictwa, stresu fizjologicznego roślinożerców i mikrobiologicznego rozkładu ściółki roślinnej

Tutaj prezentujemy kompleksowy protokół do oceny dostępności organicznych i nieorganicznych składników odżywczych oraz obfitości i struktury społeczności mikroorganizmów i wirusów w odległych środowiskach morskich.

Odkrywanie niewidzialnych graczy w oceanie - przewodnik terenowy po chemii wody i mikrobiologii morskiej

Tutaj prezentujemy małe inkubacje rdzenia do pomiaru wymiany gazu osad-woda i substancji rozpuszczonej. Umożliwią one wiarygodne pomiary wymiany osad-woda, które ocenią rolę osadów we wpływie na procesy biologiczne i biogeochemiczne w ekosystemach wodnych.

Bentosowa wymianaO2, N2 i rozpuszczonych składników odżywczych przy użyciu inkubacji z małym rdzeniem

To badanie przedstawia metodę wykopaliskową do badania podpowierzchniowej hydrologicznej, geochemicznej i mikrobiologicznej heterogeniczności lizymetru glebowego. Lizymetr symuluje sztuczne zbocze wzgórza, które początkowo było w jednorodnym stanie i zostało poddane działaniu około 5000 mm wody w ciągu ośmiu cykli nawadniania w okresie 18 miesięcy.

Wykopy lizymetryczne gleby do sprzężonych badań hydrologicznych, geochemicznych i mikrobiologicznych

Losy i specjacja arsenu i rtęci w warstwach wodonośnych są ściśle związane z warunkami fizykochemicznymi i aktywnością mikrobiologiczną. Tutaj prezentujemy oryginalną eksperymentalną konfigurację kolumny, która naśladuje warstwę wodonośną i umożliwia lepsze zrozumienie biogeochemii pierwiastków śladowych w warunkach beztlenowych. Przedstawiono dwa przykłady, łączące podejście geochemiczne i mikrobiologiczne.

Eksperymentalna konfiguracja kolumny do badania beztlenowych oddziaływań biogeochemicznych między wodorotlenkami (tlenu) żelaza, pierwiastkami śladowymi i bakteriami

Ten protokół opisuje pojedynczą przepustowość dla uzupełniających technik analitycznych i omicznych, której kulminacją jest w pełni sparowana charakterystyka naturalnej materii organicznej i proteomiki mikrobiologicznej w różnych ekosystemach. Podejście to pozwala na solidne porównania w celu identyfikacji szlaków i przemian metabolicznych ważnych dla opisu produkcji gazów cieplarnianych i przewidywania reakcji na zmiany środowiskowe.

Jednoprzepustowe komplementarne techniki analityczne o wysokiej rozdzielczości do charakteryzowania złożonych mieszanin naturalnej materii organicznej

Ten protokół przedstawia przepływ pracy dla sub-mm wizualizacji 2D wielu labilnych nieorganicznych składników odżywczych i zanieczyszczeń rozpuszczonych za pomocą gradientów dyfuzyjnych w cienkich warstwach (DGT) w połączeniu z obrazowaniem spektrometrii mas. Pobieranie próbek substancji rozpuszczonych i analiza chemiczna o wysokiej rozdzielczości są szczegółowo opisane w celu ilościowego mapowania substancji rozpuszczonych w ryzosferze roślin lądowych.

Dwuwymiarowa wizualizacja i kwantyfikacja labilnych, nieorganicznych składników odżywczych roślin i zanieczyszczeń w glebie

Profiler mikrodializy jest opisany do pobierania próbek rozpuszczonych substancji rozpuszczonych w wodzie porowej na styku tlenowo-beztlenowym gleba-woda in situ z minimalnymi zakłóceniami. Urządzenie to jest przeznaczone do wychwytywania gwałtownych zmian w profilach stężeń i głębokości wywołanych zakłóceniami na granicy faz gleba-woda i poza nią.

Pobieranie próbek rozpuszczonej substancji rozpuszczonej na tlenowo-beztlenowym granicy faz gleba-woda przy użyciu profilerów mikrodializ

Tutaj staramy się zobrazować strefowanie produktywności biologicznej w Zatoce Narragansett, Rhode Island, w oparciu o model bilansu masy azotu. Wyniki zostaną wykorzystane w gospodarce składnikami odżywczymi w regionach przybrzeżnych w celu ograniczenia niedotlenienia i eutrofizacji.

Wizualizacja stref produktywności w oparciu o model bilansu masy azotu w zatoce Narragansett, Rhode Island

Poznaj metodę impulsów odżywczych do manipulacji rozpuszczoną materią organiczną w strumieniach. Technika ta umożliwia badanie biogeochemii ekosystemów wodnych i cyklu składników odżywczych.

Zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni (Wideo) | JoVE Journal

Zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni

Przeglądaj więcej filmów