Name: Szacowanie szybkości denitryfikacji osadów za pomocą rdzeni i mikroczujnikówN2O (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-12-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: Poznaj metodę szacowania szybkości denitryfikacji osadów w rdzeniach przy użyciu techniki inhibicji acetylenowej i mikroczujników N2O. To podejście zapewnia niskie zakłócenie struktury osadu i niezawodne pomiary akumulacji tlenku azotu.

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

Rząd hiszpański przekazał fundusze za pośrednictwem Ministerio de Educación jako stypendium przeddoktoranckie dla C.P-L. (FPU12-00644) oraz granty badawcze Ministerio de Economia y Competitividad: NitroPir (CGL2010-19737), Lacus (CGL2013-45348-P), Transfer (CGL2016-80124-C2-1-P). Projekt REPLIM (INRE - Program INTERREG. EUUN - Unia Europejska. EFA056/15) wspierał ostateczne napisanie protokołu.

1. Przygotowanie
UWAGA: Rozpocznij to dzień przed wykonaniem pomiarów.
<ol>
	<li>Zmontuj zestaw pomiarowy (<silna klasa="xfig">Rysunek 1a, patrz Tabela Materiałów). 
	UWAGA: Aby zapewnić stałe i wysokiej jakości zasilanie, urządzenie pomiarowe jest podłączone do uchwytu za pomocą zasilacza awaryjnego (UPS), który może również działać jako zasilacz awaryjny. W przypadku długotrwałej awarii zasilania akumulator samochodowy służy jako dodatkowe źródło zasilania.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie czujnika i przyłóż napięcie -0,8 V, aby spolaryzować mikroczujnikiN2O. Sygnał pokazuje gwałtowne opadanie i późniejszy wzrost, a następnie słabnie, aż osiągnie niski i stabilny poziom. 
	UWAGA: Producent mikrosensora zaleca polaryzację co najmniej przez noc (lub dłużej), aby zapewnić stabilność sygnału czujnika. Innym zaleceniem jest utrzymywanie czujnika spolaryzowanego, jeśli pomiary są planowane na wiele lub następujące po sobie dni18.</li>
	<li>Włączyć komorę inkubacyjną i dostosować warunki doświadczalne (np. wybrane światło wyłączone i temperaturę ustawioną na zbliżoną do oczekiwanej w terenie). Umieść pojemnik z wodą dejonizowaną wewnątrz komory, aby woda była dostępna później w temperaturze pomiaru w celu kalibracji czujników. 
	UWAGA: Ten krok można wykonać tego samego dnia planowanych pomiarów, przed wyjazdem w celu pobrania rdzeni. W przypadku standardowych pomiarów zaleca się stosowanie ciemnych warunków.</li>
	<li>Zapakuj materiały do zbierania rdzeni terenowych: urządzenie do pobierania rdzenia, rurki do pobierania próbek, gumowe korki, krany z polichlorku winylu (PVC), śrubokręt, jednostkę globalnego systemu pozycjonowania (GPS), termometr, ręczny sygnalizator akustyczny, wodery i ponton (patrz tabela materiałów). Użyj listy kontrolnej, aby upewnić się, że wszystkie materiały są dołączone.</li>
</ol>
2. Kolekcja rdzeni osadowych
<ol>
	<li>W zależności od głębokości wody postępuj zgodnie z 2.1.1 lub 2.1.2.
	<ol>
		<li>Do zbiorników wodnych głębinowych
		<ol>
			<li>Użyj dostosowanego do komunikatora rdzenia grawitacyjnego19 z łodzi lub platformy (Rysunek 1e).</li>
			<li>Przymocuj rurkę do pobierania próbek (akryl, ø 6,35 cm, długość ≥ 50 cm) do rdzenia za pomocą śrubokręta.</li>
			<li>Należy wybrać punkt pobierania próbek zgodnie z celami badania. Zanotuj pozycję (np. za pomocą współrzędnych GPS) i głębokość pomiaru (np. za pomocą ręcznego sygnalizatora akustycznego). W przypadku pobierania próbek z łodzi należy użyć kotwicy (np. torby z kamieniami), aby uniknąć dryfowania podczas pobierania rdzenia.</li>
			<li>Rozłóż system rdzeniowania, aż rurka do pobierania próbek znajdzie się ~1 m od osadu. Użyć liny z regularnymi oznaczeniami (np. w odstępach co 1 m) w celu kontrolowania głębokości położenia sprzętu do pobierania próbek.</li>
			<li>Ustabilizować sprzęt do pobierania próbek przez 60 s (np. w celu zminimalizowania ruchów łodzi). Zapewni to prawidłową penetrację osadu i odzyskanie ledwo naruszonego rdzenia osadu.</li>
			<li>Zwolnij ~1 m więcej liny, aby rurka do pobierania próbek wbiła się w osad. Należy pamiętać, że jeśli rurka do pobierania próbek wniknie zbyt mocno, może zakłócić granicę faz woda/osad.</li>
			<li>Zwolnij posłańca, starając się utrzymać napięcie liny, tak aby rdzeń pozostał nieruchomy i w pozycji pionowej. Kiedy posłaniec uderza w rdzeń, można wyczuć niewielką różnicę w napięciu liny. W tym czasie zamknij rdzeń, aby wytworzyć podciśnienie, które pozwoli na odzyskanie rdzenia osadu.</li>
			<li>Odzyskaj rdzeń, ciągnąc linę stale i delikatnie.</li>
			<li>Gdy rdzeń znajdzie się blisko powierzchni, ale nadal jest całkowicie zanurzony (łącznie z gumową częścią rdzenia, która zapewnia podciśnienie), umieść gumowy korek na dnie rurki do pobierania próbek. Sprawdź granicę faz woda/osad; powinien być czysty i nie powinien być widocznie zakłócony (<silna klasa="xfig">Rysunek 1e). Jeśli tak nie jest, wyrzuć rdzeń, wyczyść probówkę i powtórz kroki 2.1.1.4-9.</li>
			<li>Podnieś cały system rdzeniowania z wody. Odczepić probówkę do pobierania próbek z rdzenia i umieścić osłonę z PVC na górze. Uszczelnij go taśmą klejącą. Unikaj tworzenia się przestrzeni powietrznej.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Dla siedlisk przybrzeżnych i płytkich zbiorników wodnych
		<ol>
			<li>Ubrany w wodery do pobierania próbek w bardzo płytkich wodach (<0,6 m).</li>
			<li>Użyj sprzętu do snorkelingu lub nurkowania, aby uzyskać głębsze próbki (do 3 m).</li>
			<li>Należy wybrać punkt pobierania próbek zgodnie z celami badania. Zanotuj pozycję (np. współrzędne GPS). Ręcznie włożyć rurkę do pobierania próbek (np. akrylową, ø 6,35 cm) do osadu.</li>
			<li>Umieścić gumowy korek w górnej części rurki do pobierania próbek, aby uzyskać podciśnienie.</li>
			<li>Usuń rdzeń z osadu i szybko umieść kolejny gumowy korek na dnie rurki. 
			UWAGA: Konieczna jest praca z rurką pod wodą przez cały czas; W bardzo płytkich miejscach zalecamy skrócenie rurki do 20 cm. Czasami osad ma dużą zawartość wody i spływa po wyjęciu rurki z pokładu osadu. W takim przypadku konieczne jest wprowadzenie dolnego korka bez podnoszenia rdzenia na zewnątrz osadu. Aby to zrobić, ręcznie zanurz korek w osadzie wokół rurki i umieść go ostrożnie, aby zamknąć dno tuby.</li>
			<li>Po wyjęciu z wody zastąp górny gumowy korek osłoną z PVC i uszczelnij połączenie taśmą klejącą.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Chroń rdzeń podczas jego transferu do laboratorium, minimalizując rotacje i wstrząsy.</li>
</ol>
3. Kalibracja mikroczujników podtlenku azotu (N2O)
<ol>
	<li>Za pomocą komputera (wykres paskowy, oprogramowanie czujnika) sprawdź, czy sygnał czujnika jest stabilny i niski (<20 mV).</li>
	<li>Utwórz nowy plik (np. z datą i miejscem pobierania próbek (130903_Redon_Lake)) w celu zapisania wartości kalibracji i sygnałów czujnika. 
	UWAGA: Sygnały czujnika są wrażliwe na temperaturę (<silna klasa="xfig">Rysunek 4). Użyj tej samej temperatury do pomiarów i kalibracji czujnika. Czujnik reaguje liniowo w zakresie 0%-2,5% N2O20. W związku z tym wystarczy kalibracja dwupunktowa18.</li>
	<li>Aby uzyskać wartość kalibracji przy zerowym podtlenku azotu, odczytaj sygnał czujnika, utrzymując końcówkę czujnika zanurzoną w wodzie wolnej odN2O-O(dejonizowanej).</li>
	<li>Skalibrować z wodąN2Oo żądanym stężeniu. 
	UWAGA: Przygotować wodę o określonym stężeniuN2O, które nieznacznie przekroczy maksymalne stężenie oczekiwane podczas inkubacji. Jako wartość kalibracji używamy ~25 μM N2O. Należy pamiętać, aby nie przekraczać maksymalnego stężenia zasięgu czujnika wynoszącego 500 N2O μM.
	<ol>
		<li>Uzyskać wodę nasyconąN2O, bulgoczącN2Ow wodzie dejonizowanej przez kilka minut. 
		UWAGA: RozpuszczalnośćN2Ow wodzie zależy od temperatury i zasolenia21; Zobacz tabelę w załączniku do instrukcji obsługi czujnika18.</li>
		<li>Rozcieńczyć nasyconą wodęN2O, dodając pewną objętość nasyconej wodyN2Odo objętości wody dejonizowanej. Na przykład w temperaturze 20 °C dodać 0,3 ml nasyconej wodyN2O, która ma stężenie 28,7 mMN 2O, do łącznie 375 ml wody, aby uzyskać stężenie 22,9 μM N2O. Należy pamiętać, że 375 ml to całkowita objętość komory kalibracyjnej (<klasa silna = "xfig" > Rysunek 1b).</li>
		<li>Po delikatnym wymieszaniu wody nasyconejN2Oz wodą dejonizowaną w naczyniu kalibracyjnym w celu rozcieńczenia jej do pożądanego stężenia, odczytaj sygnał czujnika, gdy jest stały. Ten odczyt jest wartością kalibracyjną dla X μM N2O wody. Podczas mieszania roztworu należy uważać, aby nie wytworzyć pęcherzyków, ponieważ spowodowałoby to wyeliminowanieN2Oz roztworu kalibracyjnego. 
		UWAGA: Należy pamiętać, żeN2Ow wodzie będzie powoli uciekać w powietrze; W ten sposób przygotowany roztwór kalibracyjny może być używany tylko przez kilka minut.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Przygotowanie rdzenia i hamowanie acetylenu
<ol>
	<li>Zamień osłonę PCV znajdującą się w górnej części każdego rdzenia osadu na inną pokrywę z otworem pośrodku i wiszącym mieszadłem magnetycznym. Ponownie uszczelnij złącze taśmą klejącą.</li>
	<li>Zredukować fazę wodną każdej próbki do przybliżonej wysokości 12 cm (objętość ≈ 380 ml). W tym celu najpierw włóż silikonową rurkę do środkowego otworu. Następnie umieść rdzeń osadu w cylindrze i naciśnij dolny korek, aby wytworzyć ciśnienie. Korek i próbka osadu unoszą się do góry, a nadmiar wody przepływa przez rurkę. Zebrać wodę w naczyniu odbiorczym. 
	UWAGA: Próbki o gruboziarnistości mogą być problematyczne na tym etapie. Cząstki osadu umieszczone między korkiem a rurką mogą zdeformować korek i otworzyć otwór, przez który mogą przejść pęcherzyki powietrza i zakłócić próbkę. Aby uniknąć tego problemu, umieść cylinder na środku dolnego korka i staraj się pchać ze stałą siłą. Złącze między silikonową rurką służącą do odprowadzania nadmiaru wody a osłoną z PVC składa się z części stałej (np. końcówki pipety o pojemności 5 ml bez jej najwęższego końca) umieszczonej w silikonowej rurce.</li>
	<li>Przeprowadzić inhibicję acetylenu poprzez bulgotanie acetylenem w fazie wodnej rdzenia przez około 10 minut. Unikać ponownego zawieszania osadu. 
	UWAGA: Jako możliwą modyfikację metody, dodać substrat (azotan) przez stężone ciekłe podłoże przed bulgotaniem acetylenu w celu pomiarów potencjalnej denitryfikacji (np. jak w <silna klasa="xfig">Rysunek 3b, c).</li>
</ol>
5. Denitryfikacja (miara akumulacji N2O)
<ol>
	<li>Wypełnić całą przestrzeń powietrzną w próbce poprzednią pozostałą wodą. Umieść czujnik w rdzeniu osadu przez środkowy otwór w górnej pokrywie PCV. Końcówka czujnika powinna znajdować się w fazie wodnej nad mieszadłem (<klasa silna="xfig">Rysunek 1c). 
	UWAGA: Wszystkie połączenia akrylowej rurki do pobierania próbek muszą być uszczelnione, aby uniknąć wycieków gazu i wody podczas pomiaru (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1a, c). W dolnej części rurki wystarczy do tego gumowy korek. Uszczelnienie górnej części jest trudniejsze. Osłona PVC musi być dostrojona. Musi być ogrzewany pochodnią; Następnie, gdy materiał staje się elastyczny, ale nie jest przypalony, osłonę umieszcza się w tubie, aby można było uformować jej kształt. Po schłodzeniu pokrywa wymaga dalszych modyfikacji (z wyjątkiem pokrywy służącej do transportu próbek do laboratorium w krokach 2.1.1.10 lub 2.1.2.6). Środkowy otwór, w który wkładany jest czujnik, musi być wywiercony. Mieszadło można trzymać za pomocą żyłki, która z kolei jest przyklejona klejem do wewnętrznej strony pokrywy, tak że mieszadło wisi na żyłce w wodzie (<silna klasa="xfig">Rysunek 1c). Ponadto wszystkie połączenia (rura osłonowa z PVC i czujnik osłony z PVC) są uszczelnione taśmą klejącą. Umieść elastyczną taśmę klejącą, aby wyregulować średnicę czujnika, aby uszczelnić powierzchnię styku między centralnym otworem osłony PVC a czujnikiem (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1c).</li>
	<li>Włączyć obwód impulsów elektromagnetycznych, który jest częścią systemu mieszania. 
	UWAGA: System mieszania zapobiega rozwarstwieniu się fazy wodnej bez naruszania (ponownego zawieszania) osadu. System mieszania składa się z obwodu, który włącza/wyłącza elektromagnes, który przyciąga/zwalnia mieszadło magnetyczne (szczegółowy opis znajduje się w Tabeli Materiałów).</li>
	<li>Przesuwaj elektromagnes wokół zewnętrznej części rurki akrylowej, aż mieszadło będzie się poruszać w sposób ciągły, a następnie zamocuj go na miejscu za pomocą taśmy klejącej (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 1c).</li>
	<li>Zamknąć komorę inkubacyjną, aby zapewnić stałą temperaturę (np. odchylenie ±0,3 °C).</li>
	<li>Naciśnij przycisk nagrywania (oprogramowanie czujnika), aby rozpocząć nagrywanie sygnału czujnika. Odczyty są zwykle rejestrowane co 5 minut.</li>
	<li>Naciśnij przycisk stop na końcu okresu pomiaru.</li>
</ol>
6. Końcowe kroki pomiaru
<ol>
	<li>Odczekaj co najmniej ~10 minut z końcówką czujnika zanurzoną w wodzie o swobodnymN2O (dejonizowanej) przed odczytaniem sygnału miernika kalibracyjnego zeroN2O.</li>
	<li>Wykonaj końcową kalibrację czujnika. W tym celu powtórz kalibrację czujnika, postępując zgodnie z sekcją 3, ale zaczynając od kroku 3.3.</li>
	<li>Zapisz plik (oprogramowanie czujnika).</li>
</ol>
7. Obliczenia współczynnika denitryfikacji
<ol>
	<li>Zacznij od tabelarycznego pliku wyjściowego wygenerowanego przez oprogramowanie czujnika, który zawiera zapis sygnału czujnika w mV i μM N2O oraz dane kalibracyjne.</li>
	<li>Wykreśl sygnał czujnika w czasie, aby zobrazować trend akumulacji N2O (np. <silna klasa = "xfig" > Rysunek 2a).</li>
	<li>Należy używać tylko zakresu czasu z akumulacją liniową, z wyłączeniem początkowego okresu aklimatyzacji próbki i możliwego końcowego nasycenia ze względu na ograniczenie substratu (np. <silna klasa="xfig">Rysunek 2b). Utwórz model liniowy sygnału czujnika (μM) w czasie (h) . 
	Uwaga: Nachylenie jest szybkością denitryfikacji (μM N2O rdzeń-1 h-1), która po podzieleniu przez powierzchnię rdzenia (πr2) przekształca się w szybkość w μM N2O m-2 h-1 i po pomnożeniu przez objętość wody (πr2h, gdzie h jest wysokością fazy wodnej, a r to promień wewnętrzny rurki akrylowej, w tym przypadku odpowiednio 0,12 m i 0,03175 m) przekształca się w szybkość w μmol N2O m-2 h-1.</li>
</ol>

<ol><li>Rockstrom, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+safe+operating+space+for+humanity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A safe operating space for humanity.</a> Nature. 461 (7263), 472-475 (2009).</li>
<li>Erisman, J. W., Galloway, J., Seitzinger, S., Bleeker, A., Butterbach-Bahl, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S187734351100090X">Reactive nitrogen in the environment and its effect on climate change.</a> Current Opinion in Environmental Sustainability. 3 (5), 281-290 (2011).</li>
<li>Gruber, N., Galloway, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Earth-system+perspective+of+the+global+nitrogen+cycle%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle.</a> Nature. 451 (7176), 293-296 (2008).</li>
<li>Tiedje, J. M. Ch. 4. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium. <a target="_blank" href="NULL">Environmental Microbiology of Anaerobes. Vol. 717</a>. Zehnder, A. J. B. , John Wiley and Sons. 179-244 (1988).</li>
<li>Seitzinger, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Denitrification+across+landscapes+and+waterscapes%3A+A+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Applications%22%5BJournal%5D)">Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis.</a> Ecological Applications. 16 (6), 2064-2090 (2006).</li>
<li>Contribution of Working Group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22IPCC.+Climate+Change+2013%3A+The+Physical+Science+Basis%22">IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis</a>. , Cambridge University Press. (2013).</li>
<li>Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., Portmann, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrous+Oxide+%28N2O%29%3A+The+Dominant+Ozone-Depleting+Substance+Emitted+in+the+21st+Century%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century.</a> Science. 326 (5949), 123-125 (2009).</li>
<li>Balderston, W. L., Sherr, B., Payne, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blockage+by+acetylene+of+nitrous+oxide+reduction+in+Pseudomonas+perfectomarinus%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Blockage by acetylene of nitrous oxide reduction in Pseudomonas perfectomarinus.</a> Applied and Environmental Microbiology. 31 (4), 504-508 (1976).</li>
<li>Yoshinari, T., Knowles, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acetylene+inhibition+of+nitrous-oxide+reduction+by+denitrifying+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+and+Biophysical+Research+Communications%22%5BJournal%5D)">Acetylene inhibition of nitrous-oxide reduction by denitrifying bacteria.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 69 (3), 705-710 (1976).</li>
<li>Groffman, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+measuring+denitrification%3A+Diverse+approaches+to+a+difficult+problem%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Applications%22%5BJournal%5D)">Methods for measuring denitrification: Diverse approaches to a difficult problem.</a> Ecological Applications. 16 (6), 2091-2122 (2006).</li>
<li>Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Denitrification+rates+in+a+marine+sediment+as+measured+by+the+acetylene+inhibition+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique.</a> Applied and Environmental Microbiology. 36 (1), 139-143 (1978).</li>
<li>Revsbech, N. P., Nielsen, L. P., Christensen, P. B., Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+oxygen+and+nitrous-oxide+microsensor+for+denitrification+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Combined oxygen and nitrous-oxide microsensor for denitrification studies.</a> Applied and Environmental Microbiology. 54 (9), 2245-2249 (1988).</li>
<li>Jorgensen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Annual+pattern+of+denitrification+and+nitrate+ammonification+in+estuarine+sediment%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Annual pattern of denitrification and nitrate ammonification in estuarine sediment.</a> Applied and Environmental Microbiology. 55 (7), 1841-1847 (1989).</li>
<li>Laverman, A. M., Van Cappellen, P., van Rotterdam-Los, D., Pallud, C., Abell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+rates+and+pathways+of+microbial+nitrate+reduction+in+coastal+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22FEMS+Microbiology+Ecology%22%5BJournal%5D)">Potential rates and pathways of microbial nitrate reduction in coastal sediments.</a> FEMS Microbiology Ecology. 58 (2), 179-192 (2006).</li>
<li>Ambus, P. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/037810979390205G">Control of denitrification enzyme-activity in a streamside soil.</a> FEMS Microbiology Ecology. 102 (3-4), 225-234 (1993).</li>
<li>Christensen, P. B., Rysgaard, S., Sloth, N. P., Dalsgaard, T., Schwærter, S. <a target="_blank" href="https://www.int-res.com/abstracts/ame/v21/n1/p73-84/">Sediment mineralization, nutrient fluxes, denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in an estuarine fjord with sea cage trout farms.</a> Aquatic Microbial Ecology. 21 (1), 73-84 (2000).</li>
<li>Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. <a target="_blank" href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2017WR021680">Denitrification Temperature Dependence in Remote, Cold, and N-Poor Lake Sediments.</a> Water Resources Research. 54 (2), 1161-1173 (2018).</li>
<li><a target="_blank" href="NULL">Nitrous Oxide sensor user manual</a>. , UNISENSE A/S. (2011).</li>
<li>Glew, J. Miniature gravity corer for recovering short sediment cores. Journal of Paleolimnology. 5 (3), 285-287 (1991).</li>
<li>Andersen, K., Kjaer, T., Revsbech, N. P. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400501009248">An oxygen insensitive microsensor for nitrous oxide.</a> Sensors and Actuators B-Chemical. 81 (1), 42-48 (2001).</li>
<li>Weiss, R. F., Price, B. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0304420380900249">Nitrous oxide solubility in water and seawater.</a> Marine Chemistry. 8 (4), 347-359 (1980).</li>
<li><a target="_blank" href="NULL">Nitrous Oxide Microsensors Specifications</a>. , UNISENSE A/S. (2018).</li>
<li>Koike, I. Ch. 18. Measurement of sediment denitrification using 15-N tracer method. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4757-9969-9">Denitrification in Soil and Sediment 10.1007/978-1-4757-9969-9 F.E.M.S. Symposium Series</a>. Revsbech, N. P., Sørensen, J. , Springer US. 291-300 (1990).</li>
<li>Hvorslev, M. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHvorslev%2C+MJ+%22Subsurface+Exploration+and+Sampling+of+Soils+for+Civil+Engineering+Purposes%22">Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes</a>. , American Society of Civil Engineers, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, U.S. Army. 521(1949).</li>
<li>Glew, J. R., Smol, J. P., Last, W. M. Ch. 5. Sediment Core Collection and Extrusion. <a target="_blank" href="https://www.springer.com/us/book/9780792364825">Tracking Environmental Change Using Lake Sediments: Basin Analysis, Coring, and Chronological Techniques</a>. Last, W. M., Smol, J. P. 1, Springer. Netherlands. 73-105 (2001).</li>
<li>Behrendt, A., de Beer, D., Stief, P. <a target="_blank" href="https://www.biogeosciences.net/10/7509/2013/">Vertical activity distribution of dissimilatory nitrate reduction in coastal marine sediments.</a> Biogeosciences. 10 (11), 7509-7523 (2013).</li>
<li>Laverman, A. M., Meile, C., Van Cappellen, P., Wieringa, E. B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertical+distribution+of+denitrification+in+an+estuarine+sediment%3A+Integrating+sediment+flowthrough+reactor+experiments+and+microprofiling+via+reactive+transport+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Vertical distribution of denitrification in an estuarine sediment: Integrating sediment flowthrough reactor experiments and microprofiling via reactive transport modeling.</a> Applied and Environmental Microbiology. 73 (1), 40-47 (2007).</li>
<li>Melton, E. D., Stief, P., Behrens, S., Kappler, A., Schmidt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+spatial+resolution+of+distribution+and+interconnections+between+Fe-+and+N-redox+processes+in+profundal+lake+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">High spatial resolution of distribution and interconnections between Fe- and N-redox processes in profundal lake sediments.</a> Environmental Microbiology. 16 (10), 3287-3303 (2014).</li>
<li><a target="_blank" href="NULL">SensorTrace BASIC 3.0 user manual</a>. , UNISENSE A/S. (2010).</li>
<li>Schwing, P. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sediment+Core+Extrusion+Method+at+Millimeter+Resolution+Using+a+Calibrated%2C+Threaded-rod%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+visualized+experiments%22%5BJournal%5D)">Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod.</a> Journal of visualized experiments. (114), 54363(2016).</li>
<li>Bernhardt, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ecology.+Cleaner+lakes+are+dirtier+lakes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ecology. Cleaner lakes are dirtier lakes.</a> Science. 342 (6155), 205-206 (2013).</li>
<li>Finlay, J. C., Small, G. E., Sterner, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+influences+on+nitrogen+removal+in+lakes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Human influences on nitrogen removal in lakes.</a> Science. 342 (6155), 247-250 (2013).</li>
<li>Seitzinger, S. P. <a target="_blank" href="https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.1988.33.4part2.0702">Denitrification in fresh-water and coastal marine ecosystems- ecological and geochemical significance.</a> Limnology and Oceanography. 33 (4), 702-724 (1988).</li>
<li>Seitzinger, S. P., Nielsen, L. P., Caffrey, J., Christensen, P. B. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00023750">Denitrification measurements in aquatic sediments - a comparison of 3 methods.</a> Biogeochemistry. 23 (3), 147-167 (1993).</li>
<li>Christensen, P. B., Nielsen, L. P., Revsbech, N. P., Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microzonation+of+denitrification+activity+in+stream+sediments+as+studied+with+a+combined+oxygen+and+nitrous-oxide+microsensor%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Microzonation of denitrification activity in stream sediments as studied with a combined oxygen and nitrous-oxide microsensor.</a> Applied and Environmental Microbiology. 55 (5), 1234-1241 (1989).</li>
<li>Peter, N. L. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0378109792908004">Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing.</a> FEMS Microbiology Ecology. 9 (4), 357-361 (1992).</li>
<li>Risgaard-Petersen, N., Nielsen, L. P., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Meyer, R. L. <a target="_blank" href="https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lom.2003.1.63">Application of the isotope pairing technique in sediments where anammox and denitrification coexist.</a> Limnology and Oceanography-Methods. 1, 63-73 (2003).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Głównymi zaletami opisanego sposobu są wykorzystanie próbek rdzeni osadów o minimalnym stopniu zaburzenia oraz ciągły pomiar akumulacji N2O. Pozwala to na oszacowanie stosunkowo niskich szybkości denitryfikacji, które są prawdopodobnie zbliżone do tych występujących in situ. Niemniej jednak, omówiono pewne aspekty dotyczące pobierania rdzeni, wydajności czujników oraz potencjalnych ulepszeń.
Pozornie prostym, lecz krytycznym krokiem tej metody jest prawidłowe odzyskanie rdz...

Antropogeniczna zmiana cyklu azotowego jest jednym z najtrudniejszych problemów systemu ziemskiego1. Działalność człowieka co najmniej dwukrotnie zwiększyła poziom reaktywnego azotu dostępnego dla biosfery2. Niemniej jednak nadal istnieją duże niepewności dotyczące oceny globalnego cyklu N. Zaledwie kilka szacunków strumieni zostało określonych z błędem mniejszym niż ±20%, a wiele z nich obarczonych jest niepewnością rzędu ±50% i więcej3. Niepewności te wskazują na potrzebę dokładnego szacowania szybkości denitryfikacji w różnych ekosystemach oraz zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw tych zmienności. Denitryfikacja jest aktywnością mikrobiologiczną, w wyniku której tlenki azotu, głównie azotany i azotyny, są redukowane do gazowego azotu, N2O i N24. Ścieżka ta ma ogromne znaczenie dla dostępności reaktywnego azotu w biosferze, ponieważ stanowi główny proces jego usuwania5. N2O jest gazem cieplarnianym o potencjale ocieplenia blisko 300 razy większym niż CO2 w okresie 100 lat i ze względu na emitowane duże ilości jest obecnie główną przyczyną niszczenia ozonu stratosferycznego6,7.
W dalszej części przedstawiamy protokół eksperymentalnego szacowania tempa denitryfikacji w osadach przy użyciu rdzeni i mikrosensorów N2O (Rysunek 1). Tempo denitryfikacji szacuje się za pomocą metody inhibicji acetylenem8,9 oraz pomiarów akumulacji N2O w określonym przedziale czasowym (Rysunek 2 i Rysunek 3). Prezentujemy tę metodę, stosując ją do osadów z jezior górskich. To studium przypadku podkreśla skuteczność metody w wykrywaniu stosunkowo niskich temp przy minimalnym zakłóceniu struktury fizycznej osadów.
Denitryfikacja jest procesem szczególnie trudnym do zmierzenia10. Istnieje kilka alternatywnych podejść i metod, z których każda ma swoje zalety i wady. Do mankamentów dostępnych metod należy wykorzystanie kosztownych zasobów, niewystarczająca czułość oraz konieczność modyfikacji poziomu podłoża lub zmiany fizycznej konfiguracji procesu z wykorzystaniem zaburzonych próbek10. Jeszcze bardziej fundamentalnym wyzwaniem w pomiarze N2 są jego wysokie poziomy tła w środowisku10. Redukcja N2O do N2 jest hamowana przez acetylen (C2H2)8,9. Zatem denitryfikację można określić ilościowo poprzez pomiar nagromadzonego N2O w obecności C2H2, co jest możliwe dzięki niskim środowiskowym poziomom N2O.
Wykorzystanie C2H2 do pomiaru szybkości denitryfikacji w osadach zostało opracowane około 40 lat temu11, a wprowadzenie czujników N2O nastąpiło około 10 lat później12. Najszerzej stosowanym podejściem opartym na acetylenie jest metoda „statycznego rdzenia”. Nagromadzony N2O jest mierzony podczas okresu inkubacji trwającego do 24 h po dodaniu C2H2 do przestrzeni nad osadem w zamkniętym rdzeniu10. Metoda opisana w niniejszym opracowaniu opiera się na tej procedurze z pewnymi innowacjami. Dodajemy C2H2 poprzez napowietrzanie fazy wodnej rdzenia gazem przez kilka minut, a następnie wypełniamy całą przestrzeń nad osadem wodą z próbki przed pomiarem akumulacji N2O za pomocą mikrosensora. Wprowadziliśmy również system mieszania, który zapobiega stratyfikacji wody bez powodowania resuspensji osadu. Procedura ta pozwala na ilościowe określenie szybkości denitryfikacji w przeliczeniu na powierzchnię osadu (np. µmol N2O m-2 h-1).
Wysoka zmienność przestrzenna i czasowa denitryfikacji stanowi kolejną trudność w jej dokładnym ilościowym oznaczeniu10. Zazwyczaj akumulację N2O mierzy się sekwencyjnie za pomocą chromatografii gazowej próbek fazy gazowej pobieranych podczas inkubacji. Opisana metoda zapewnia lepsze monitorowanie zmienności czasowej akumulacji N2O, ponieważ mikrosensor generuje sygnał ciągły. Multimetr mikrosensorowy to cyfrowy wzmacniacz mikrosensora (pikoamperomierz), który łączy sensory z komputerem (Rysunek 1a). Multimetr umożliwia jednoczesne użycie kilku mikrosensorów N2O. Przykładowo, w celu uwzględnienia zmienności przestrzennej, można jednocześnie mierzyć do czterech rdzeni osadów z tego samego stanowiska badawczego.
Podejście z wykorzystaniem rdzeni niemal nie zaburza struktury osadów w porównaniu z niektórymi innymi metodami (np. metodami zawiesinowymi). Jeśli integralność osadów zostanie naruszona, prowadzi to do nierealistycznych szybkości denitryfikacji13, które nadają się jedynie do porównań względnych. Wyższe szybkości są zawsze uzyskiwane przy zastosowaniu metod zawiesinowych w porównaniu z metodami rdzeniowymi14, ponieważ te drugie zachowują ograniczenie denitryfikacji wynikające z dyfuzji substratu15. Pomiary z zawiesin nie mogą być uznane za reprezentatywne dla szybkości in situ16; dostarczają one miar względnych dla porównań przeprowadzonych przy użyciu dokładnie tej samej procedury.
Opisana metoda jest odpowiednia do szacowania szybkości denitryfikacji w dowolnym typie osadu, z którego można pobrać rdzeń. Szczególnie zalecamy tę metodę do przeprowadzania manipulacji eksperymentalnych nad niektórymi czynnikami sprawczymi. Przykładami są eksperymenty modyfikujące dostępność azotanów i temperaturę w celu oszacowania energii aktywacji (Ea) denitryfikacji17 (Rysunek 2).
<img alt="Układ laboratoryjny z bioreaktorami beztlenowymi i sprzętem do pobierania próbek do analizy aktywności mikrobiologicznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Układ eksperymentalny. (a) Ogólny układ eksperymentalny do szacowania szybkości denitryfikacji w osadach przy użyciu rdzeni i mikrosensorów N2O. Komora inkubacyjna zapewnia ciemność i warunki kontrolowanej temperatury (±0.3 °C). Pięć nienaruszonych rdzeni osadu może być przetwarzanych jednocześnie przy użyciu odpowiednich sensorów N2O. (b) Komora kalibracyjna sensora N2O. Została ona przystosowana za pomocą gumowych korków i strzykawek do mieszania wody z N2O (patrz krok protokołu 3.4.3). Znajduje się tu termometr do kontroli temperatury wody. (c) Zbliżenie próbki rdzenia osadu z sensorem włożonym do centralnego otworu pokrywy z PVC i połączeniami uszczelnionymi taśmą klejącą. Mieszadło zwisa w wodzie, a elektromagnes znajduje się blisko niego i jest przymocowany do zewnętrznej części rury akrylowej. (d) Zbliżenie końcówki mikrosensora N2O chronionej przez element metalowy. (e) Rdzeń osadu, który został właśnie wydobyty. Próbka została pobrana z łodzi w głębokim jeziorze; rura akrylowa z rdzeniem jest wciąż przymocowana do grawitacyjnego próbnika rdzeniowego przystosowanego do posłańca19. Wszystkie elementy niezbędne do wykonania tej metody znajdują się w Tabeli Materiałów. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

<table><tbody><tr><td>Rdzeń grawitacyjny przystosowany do posłańca</td> <td>-</td><td></td> <td>odniesienie w rękopisie. Wykonane przez Glew, J.</td></tr><tr><td>Rurka do pobierania próbek</td> <td>-</td><td></td> <td>akryl. Wymiary: 100 cm (h) i czasy; 6,35 cm (d) i razy; 6,50 cm (gł.). Naostrz krawędź rurki do pobierania próbek, która wnika w osad, aby zminimalizować zakłócenia w odzyskanej próbce rdzenia osadu.</td></tr><tr><td>Ręczny sygnalizator akustyczny</td><td>Plastimo</td><td>38074</td><td>Echotest II Echotest II.</td></tr><tr><td>Korek gumowy</td><td>VWR</td><td>DENE1012114</td><td>Z dwoma otworami, służy do mieszania wody N2O-water w komorze kalibracyjnej. Wymiary: 20 mm (h) i razy; 14 mm (d) i razy; 18 mm (D) (otwór 3 mm (D)).</td></tr><tr><td>Korek gumowy</td><td>VWR</td><td>217-0125</td><td>Do uszczelniania dolnej części rurki z metakrylanem i pobierania próbek w płytkich zbiornikach wodnych. Wymiary: 45 mm (h) i czasy; 56 mm (d) i razy; 65 mm (D).</td></tr><tr><td>Gumowy korek</td><td>VWR</td><td>217-0126</td><td>Umieść gumowy korek w górnej części rurki do pobierania próbek, aby uzyskać podciśnienie do pobierania próbek w strefach przybrzeżnych i płytkich zbiornikach wodnych. Wymiary: 50 mm (wys.) x 60 mm (gł.) x 70 mm (gł.).</td></tr><tr><td>Osłona PVC</td> <td>-</td><td></td> <td>do uszczelnienia górnej bocznej części rurki akrylowej. Wymiary: 45 mm (h) i czasy; 56 mm (d) i razy; 65 mm (D). Wymiary: 65 mm (D).</td></tr><tr><td>Taśma klejąca</td> <td>-</td><td></td> <td>wodoodporna. Aby zapewnić wszystkie połączenia (rurka do pobierania próbek z osłoną z PVC i czujnik pokrywy z PVC) oraz uniknąć wycieków wody.</td></tr><tr><td>Termometr</td> <td>-</td><td></td> <td>przenośny i wodoodporny, do pomiaru temperatury wody pokrywającej osad tuż po pobraniu próbek rdzeni.</td></tr><tr><td>GPS</td> <td>—</td><td></td> <td>aby zapisać lokalizację nowego miejsca pobierania próbek lub dotrzeć do poprzedniego miejsca.</td></tr><tr><td>Wader</td> <td>-</td><td></td> <td>Do pobierania próbek przybrzeżnych lub płytkich.</td></tr><tr><td>Łódź</td> <td>-</td><td></td> <td>Nadmuchiwana łódź jest najlepszą opcją ze względu na jej lekkość, jeśli miejsce pobierania próbek nie jest dostępne samochodem.</td></tr><tr><td>Lina</td> <td>-</td><td></td> <td>Lina ze znakami pokazującymi jej długość (np. oznaczona kodem kolorystycznym w celu rozróżnienia każdego metra).</td></tr><tr><td>Butla gazowa N2O i reduktor ciśnienia</td><td>Abell&oacute; Linde</td><td>32768-100</td><td>Odniesienie do butli gazowej.</td></tr><tr><td>C2H2 butla gazowa i reduktor ciśnienia</td><td>Abell&oacute; Linde</td><td>32468-100</td><td>Odniesienie do butli gazowej.</td></tr><tr><td>Rurka służąca do odprowadzania nadmiaru wody</td> <td>-</td><td></td> <td>Składa się z części stałej (np. końcówki pipety o pojemności 5 ml bez najwęższego końca) umieszczonej w silikonowej rurce.</td></tr><tr><td>Minisensor podtlenku azotu z nasadką</td><td>Unisense</td><td>N2O-R</td><td>Używamy 4 czujników jednocześnie.</td></tr><tr><td>Multimetr mikrosensorowy 4 kanały 4 pA Multimetr</td><td>Unisense</td><td>Multimetr</td><td>Pikoamperomierz zarejestrowany na laptopie. Standardowe urządzenie pozwala na podłączenie 2 czujników pikoamperomierza (np. czujnik N2O), jednego pH/mV i termometru. Zamówiliśmy urządzenie z czterema złączami pikoamperomierza, pozwalające na jednoczesne korzystanie z 4 czujników N2O.</td></tr><tr><td>Oprogramowanie SensorTrace Basic 3.0 Windows</td> Oprogramowanie <td>Unisense</td><td></td><td>Sensor do akwizycji danych.</td></tr><tr><td>Komora kalibracyjna z pompą</td><td>Unisense</td><td>CAL300</td><td>Komora kalibracyjna. Dostosowaliśmy go za pomocą gumowych korków i strzykawek, aby mieszać wodę N2O-water bez tworzenia bąbelków.</td></tr><tr><td>Komora inkubacyjna</td><td>Ibercex</td><td>E-600-BV</td><td>Niezbędny sprzęt do pracy w stałej temperaturze (&plusmn; 0,3 &stopni; C). Umożliwia również kontrolę fotoperiodu.</td></tr><tr><td>Mieszadło elektryczne</td> <td>-</td><td></td> <td>część systemu mieszania. Wisi w wodzie, przykrywając temat osadu, za pomocą żyłki, która jest zaczepiona do osłony PCV.</td></tr><tr><td>Elektromagnes</td> <td>-</td><td></td> <td>część układu mieszania. Jest przymocowany na zewnątrz rurki akrylowej, mniej więcej na tym samym poziomie co mieszadło. Jest aktywowany epizodycznie (ok. 1 włączenie-wyłączenie na s) przez obwód, przyciągając mieszadło, gdy jest włączone i uwalniając je, gdy jest wyłączone, generując w ten sposób ruch, który porusza wodą.</td></tr><tr><td>Obwód impulsu elektromagnetycznego</td> <td>-</td><td></td> <td>część systemu mieszania. Jest on połączony przewodami z elektromagnesem i wysyła impulsy prądu, które włączają i wyłączają elektromagnes.</td></tr><tr><td>Zasilacz awaryjny (UPS) -</td><td></td><td></td> <td>Poprawia jakość energii elektrycznej, która dociera do urządzenia pomiarowego, filtrując wysokie i niskie napięcie, zapewniając w ten sposób bardziej stały i stabilny sygnał czujnika N2O.</td></tr></tbody></table>

szacowanie szybkości denitryfikacji osadów za pomocą rdzeni i mikroczujnikówn2o

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Denitryfikacja to podstawowy proces biogeochemiczny usuwający reaktywny azot z biosfery. Ilościowa ocena tego procesu stała się szczególnie istotna dla oceny antropogenicznie zmienionego globalnego obiegu azotu i emisji gazów cieplarnianych (tj. N2O). Dostępnych jest kilka metod pomiaru denitryfikacji, ale żadna z nich nie jest w pełni zadowalająca. Problemy z istniejącymi metodami obejmują ich niewystarczającą czułość oraz konieczność modyfikacji poziomów substratu lub zmiany fizycznej konfiguracji procesu przy użyciu zaburzonych próbek. W pracy opisano metodę szacowania szybkości denitryfikacji osadów, która łączy rdzeniowanie, inhibicję acetylenu i pomiary mikrosensorowe skumulowanegoN2O. Główne zalety tej metody to niewielkie zaburzenie struktury osadu i gromadzenie ciągłego zapisu akumulacjiN2O; umożliwiają one oszacowanie wiarygodnych wskaźników denitryfikacji przy minimalnych wartościach do 0,4-1 μmol N2O m-2 h-1. Możliwość manipulowania kluczowymi czynnikami jest dodatkowym atutem w uzyskiwaniu wglądów eksperymentalnych. W protokole opisano procedury pobierania rdzeni, kalibracji czujników, przeprowadzania inhibicji acetylenu, pomiaru akumulacjiN2Oi obliczania szybkości denitryfikacji. Metoda ta jest odpowiednia do szacowania szybkości denitryfikacji w dowolnym systemie wodnym z możliwymi do odzyskania rdzeniami osadowymi. Jeżeli stężenieN2Ojest wyższe od granicy wykrywalności czujnika, można pominąć etap inhibicji acetylenu w celu oszacowania emisjiN2Ozamiast denitryfikacji. Pokazujemy, jak oszacować zarówno rzeczywiste, jak i potencjalne tempo denitryfikacji poprzez zwiększenie dostępności azotanów, a także zależności procesu od temperatury. Ilustrujemy procedurę na podstawie osadów z jezior górskich oraz omawiamy zalety i słabości tej techniki w porównaniu z innymi metodami. Ta metoda może być modyfikowana do określonych celów; na przykład można go połączyć ze znacznikami 15N w celu oceny nitryfikacji i denitryfikacji lub pomiarów szybkości denitryfikacji w terenie in situ.

Łącznie 468 wartości tempa denitryfikacji oszacowano przy użyciu powyższego protokołu w osadach z pirenejskich jezior górskich w okresie 2013-2014. Przedstawiamy niektóre z tych wyników, aby zilustrować procedurę (Rysunek 2 i Rysunek 3). Generalnie model liniowy zależności między stężeniem N2O a czasem wykazuje dobrą korelację (R2 ≥ 0,9). Nachylenie tej zależności pozwala na oszacowanie tempa denitryfikacji ...

Ta metoda szacuje tempo denitryfikacji osadów w rdzeniach osadów za pomocą techniki inhibicji acetylenu i pomiarów mikrosensorem nagromadzonegoN2O. W protokole opisano procedury pobierania rdzeni, kalibracji czujników, przeprowadzania inhibicji acetylenu, pomiaru akumulacjiN2Oi obliczania szybkości denitryfikacji.

Szacowanie szybkości denitryfikacji osadów za pomocą rdzeni i mikroczujnikówN2O

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania biogeochemiczne związane z denitryfikacją w osadach, które są istotne dla zrozumienia cyklu azotowego i emisji gazów cieplarnianych. Głównymi zaletami tej techniki są niewielkie zakłócenia struktury osadu oraz rejestrowanie w zbiorniku akumulacji tlenku azotu w celu wiarygodnego oszacowania szybkości denitryfikacji. W przypadku głębokich jednolitych części wód należy wybrać punkt pobierania próbek zgodnie z celami badania.Zanotuj pozycję za pomocą współrzędnych GPS i zmierz głębokość pomiaru za pomocą ręcznego sygnalizatora akustycznego. Zastosuj dostosowany do posłańca system rdzeniowania grawitacyjnego, aż rurka do pobierania próbek znajdzie się w odległości około jednego metra od osadu. Ustabilizować sprzęt do pobierania próbek przez 60 sekund, aby zapewnić prawidłową penetrację osadu i odzyskanie ledwo naruszonego rdzenia osadu.Zwolnij około jednego metra więcej liny, aby rurka do pobierania próbek wniknęła w osad. Należy pamiętać, że jeśli rurka do pobierania próbek wniknie zbyt mocno, może zakłócić granicę faz woda-osad. Zwolnij posłańca, starając się utrzymać napięcie liny, tak aby rdzeń pozostał nieruchomy i w pozycji pionowej.Odzyskaj rdzeń, ciągnąc linę stale i delikatnie. Gdy rdzeń znajdzie się blisko powierzchni, ale nadal jest całkowicie zanurzony, umieść gumowy korek na dnie rurki do pobierania próbek. Podnieś cały system rdzeniowania z wody.Sprawdź granicę faz woda-osad. Powinien być wyraźny i nie powinien być widocznie zakłócony. Zwolnij probówkę z próbką z rdzenia i umieść osłonę z PVC na górze.Uszczelnij rurkę taśmą klejącą, unikając tworzenia się przestrzeni powietrznej. Podczas pobierania próbek z dosłownych siedlisk i płytkich zbiorników wodnych należy ubrać się w wodery do pobierania próbek w bardzo płytkich wodach. Ręcznie włożyć probówkę do pobierania próbek do osadu.Umieścić gumowy korek w górnej części rurki do pobierania próbek, aby uzyskać podciśnienie. Usuń rdzeń z osadu i szybko wprowadź kolejny gumowy korek na dnie rurki. Aby uzyskać wartość kalibracji przy zerowym podtlenku azotu, najpierw odczytaj sygnał czujnika, utrzymując końcówkę czujnika zanurzoną w wodzie dejonizowanej.Aby skalibrować się z wodą z podtlenkiem azotu o pożądanym stężeniu, uzyskaj wodę nasyconą podtlenkiem azotu, bulgocząc podtlenkiem azotu w wodzie dejonizowanej przez kilka minut. Rozcieńczyć wodę nasyconą podtlenkiem azotu, dodając określoną objętość nasyconej wody z podtlenkiem azotu do objętości wody dejonizowanej. Delikatnie wymieszaj wodę nasyconą podtlenkiem azotu z wodą dejonizowaną w naczyniu kalibracyjnym, aby rozcieńczyć ją do pożądanego stężenia.Podczas mieszania roztworu należy uważać, aby nie wytworzyć pęcherzyków, ponieważ wyeliminowałoby to podtlenek azotu z roztworu kalibracyjnego. Teraz odczytaj sygnał czujnika, gdy jest stały. Ten odczyt jest wartością kalibracji dla X mikromolowej wody podtlenku azotu.Zmień osłonę PVC znajdującą się w górnej części każdego rdzenia osadu na inną pokrywę z otworem pośrodku i wiszącym mieszadłem magnetycznym. Ponownie uszczelnij złącze taśmą klejącą. Zredukuj fazę wodną każdej próbki do przybliżonej wysokości 12 centymetrów.W tym celu najpierw włóż silikonową rurkę do środkowego otworu. Następnie umieść rdzeń osadu w cylindrze i naciśnij dolny korek, aby wytworzyć ciśnienie. Korek i próbka osadu unoszą się do góry, a nadmiar wody przepływa przez rurkę.Zebrać wodę do naczynia odbiorczego. Przeprowadzić inhibicję acetylenu poprzez bulgotanie acetylenem w fazie wodnej rdzenia przez około 10 minut. Unikaj ponownego zawieszania osadu.Wypełnij całą przestrzeń powietrzną poprzednią pozostałą wodą przed uszczelnieniem osłony PVC czujnika połączeniowego. Umieść czujnik w rdzeniu osadu przez środkowy otwór w górnej bocznej pokrywie PCV. Końcówka czujnika powinna znajdować się w fazie wodnej nad mieszadłem.Włączyć obwód impulsów elektromagnetycznych, który jest częścią systemu mieszania. Przesuwaj elektromagnes po zewnętrznej części rurki akrylowej, aż mieszadło będzie się poruszało w sposób ciągły, a następnie zamocuj go na miejscu za pomocą taśmy klejącej. Zamknij komorę inkubacyjną, aby zapewnić stałą temperaturę.Naciśnij przycisk nagrywania w oprogramowaniu czujnika, aby rozpocząć nagrywanie sygnału czujnika. Następnie naciśnij przycisk stop na końcu okresu pomiaru. Odczekaj co najmniej 10 minut, gdy końcówka czujnika jest zanurzona w wolnej wodzie z podtlenkiem azotu przed odczytaniem sygnału miary kalibracji zerowego podtlenku azotu.Po wykonaniu końcowej kalibracji czujnika zapisz file za pomocą oprogramowania czujnika. Aby wykonać obliczenia szybkości denitryfikacji, należy rozpocząć od tabelarycznego pliku wyjściowego wygenerowanego przez oprogramowanie czujnika, który zawiera zapis sygnału czujnika w miliwoltach i mikromolowym podtlenku azotu oraz dane kalibracyjne. Zablokuj sygnał czujnika w czasie, aby zobrazować trend akumulacji podtlenku azotu.Należy stosować wyłącznie zakres czasu z akumulacją liniową, z wyłączeniem początkowego okresu aklimatyzacji próbki i możliwego końcowego nasycenia ze względu na ograniczenie substratu. Tempo denitryfikacji oszacowano przy użyciu tego protokołu w osadach z jezior pirenejskich w latach 2013-2014. Tutaj stawki są mierzone z Lake Plan bez dodatku azotanów.Pomiary są zaszumione i tylko w niektórych przypadkach można prawidłowo oszacować stawki. Na tym rysunku te same próbki pokazane z dodatkiem azotanów wykazują bardziej stabilne odczyty i dobre oszacowanie potencjalnych wskaźników. Chociaż ta procedura przybliża denitryfikację i sprawdza szybkości, zapewnia również sposób na eksperymentalną zmianę kluczowych czynników kontrolujących tę aktywność.Aby przetestować temperaturę i podłoża, nie zapominaj, że dobra kontrola temperatury ma fundamentalne znaczenie dla dobrego i stabilnego pomiaru. Co więcej, niezakłócony interfejs osad-woda podczas zbierania rdzenia jest pierwszym i krytycznym wymogiem dla wiarygodnego oszacowania. Zgodnie z tą procedurą, inne metody, takie jak proporcje N15, można połączyć w celu zbadania nitryfikacji, sprzężenia denitryfikacji i innych procesów cyklu azotowego.

estimating-sediment-denitrification-rates-using-cores-n2o

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Eutrofizacja jezior jest problemem jakości wody na całym świecie, co sprawia, że potrzeba identyfikacji i kontroli źródeł składników odżywczych jest krytyczna. Laboratoryjne określenie szybkości uwalniania fosforu z rdzeni osadów jest cennym podejściem do określania roli wewnętrznego obciążenia fosforem i kierowania decyzjami zarządczymi.

Wyznaczony laboratoryjnie strumień fosforu z osadów jeziornych jako miara wewnętrznego obciążenia fosforem

Opisano protokół, w którym biodegradacja CO2 zmineralizowanego z zanieczyszczeń organicznych (pochodzących z surowców ropopochodnych) jest wychwytywana, oznaczana ilościowo i analizowana pod kątem zawartości 14C. Opracowano model w celu określenia zasięgu przestrzennego strefy wychwytywania CO2 . Pomiary przestrzenne i czasowe pozwalają na integrację wskaźników mineralizacji zanieczyszczeń w celu przewidywania zakresu i czasu remediacji.

Pomiar mineralizacji zanieczyszczeń na bazie węgla przy użyciu połączonych analiz strumienia CO2 i radiowęgla

Przedstawiono protokół podziału rdzeni osadów i wydobywania wód porowych w warunkach beztlenowych, aby umożliwić analizę wrażliwych na redoks gatunków zarówno w ciałach stałych, jak i płynach.

Cięcie rdzenia osadowego i ekstrakcja wód porowych w warunkach beztlenowych

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

Przedstawiono metodę ekstruzji za pomocą kalibrowanego pręta gwintowanego, która pozwala na podpróbkowanie rdzeni osadów wodnych w skali mm. Pobieranie próbek w skali milimetrowej jest konieczne, aby w pełni scharakteryzować stratygrafię ostatnich zdarzeń w zapisach osadów.

Metoda wytłaczania rdzenia osadowego z rozdzielczością milimetrową przy użyciu skalibrowanego pręta gwintowanego

Poprzednie prace sugerują, że skład izotopowy atmosferycznych tlenków azotu może rozróżniać wpływ różnych źródeł w środowisku. Przedstawiamy zautomatyzowaną, mobilną, opartą na terenie metodę zapewniającą wysoką skuteczność zbierania atmosferycznej analizy izotopowej NOx dla N w rozdzielczości godzinowej.

Zautomatyzowany, mobilny system zbierania o wysokiej rozdzielczości do analizy izotopowej azotu NOx

Wraz z postępem technologicznym i wzrostem oczekiwań użytkowników końcowych, wzrosło zapotrzebowanie i wykorzystanie danych o wyższej rozdzielczości czasowej do szacowania ładunku zanieczyszczeń. Protokół ten opisuje metodę ciągłego monitorowania jakości wody in situ w celu uzyskania danych o wyższej rozdzielczości czasowej w celu podejmowania świadomych decyzji dotyczących zarządzania zasobami wodnymi.

Ciągły monitoring dopływu składników pokarmowych i osadów w rolniczych zlewniach

Szczegółowo przedstawiono szereg metod do określania potencjalnego wskaźnika DNRA na podstawie 14analiz NH4+/15NH4+. NH4+ jest przekształcany wN2Ow kilku etapach i analizowany za pomocą kwadrupolowej chromatografii gazowej ze spektrometrią mas.

Pomiar potencjalnych szybkości dysymilacyjnej redukcji azotanów do amonu na podstawie 14analiz NH4+/15NH4+ poprzez sekwencyjną konwersję doN2O

Ten manuskrypt opisuje, jak tempo metabolizmu herbicydów może być skutecznie określone ilościowo za pomocą wyciętych liści z chwastów dwuliściennych, zmniejszając w ten sposób zmienność i usuwając wszelkie możliwe zakłócające efekty pobierania lub translokacji herbicydów, zwykle obserwowane w testach na całej roślinie.

Pomiar tempa metabolizmu herbicydów w chwastach dwuskrzydłowych za pomocą testu wyciętych liści

Biofilmy na powierzchniach mogą być skutecznie i szybko usuwane za pomocą okresowego strumienia aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem.

Usuwanie biofilmu za pomocą aerozoli dwutlenku węgla bez przedmuchiwania azotem

Poznaj metodę szacowania szybkości denitryfikacji osadów w rdzeniach przy użyciu techniki inhibicji acetylenowej i mikroczujników N2O. To podejście zapewnia niskie zakłócenie struktury osadu i niezawodne pomiary akumulacji tlenku azotu.

Szacowanie szybkości denitryfikacji osadów za pomocą rdzeni i mikroczujników_N2O

Przeglądaj więcej filmów