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Alterações antropogénicas do ciclo do azoto é um dos problemas mais desafiadores para o sistema de terra1. Actividade humana pelo menos duplicou os níveis de nitrogênio reativo disponível para a Biosfera2. No entanto, persistem grandes incertezas sobre como o ciclo global de N é avaliado. Algumas estimativas de fluxo estar quantificadas com menos de ± 20% de erro, e muitos têm incertezas de ± 50% e maior3. Estas incertezas indicam a necessidade de estimativas precisas das taxas de desnitrificação em ecossistemas e uma compreensão dos mecanismos subjacentes de variação. Desnitrificação é uma atividade microbiana através do qual os óxidos nitrogenados, principalmente nitrato e nitrito, são reduzidos a gases de dinitrogênio, N2O e N24. O caminho é altamente relevante para a disponibilidade de Biosfera de nitrogênio reativo porque é o principal processo de remoção5. N2O é um gás com efeito de estufa com um potencial de aquecimento quase 300 vezes que de CO2 , mais de 100 anos e é a atual das principais causas de depleção do ozônio estratosférico devido as grandes quantidades sendo emitido6,7.
A seguir, apresentamos um protocolo para estimar taxas desnitrificação sedimentos usando núcleos e N2O Microssensores experimentalmente (Figura 1). Taxas de desnitrificação são estimadas usando o acetileno inibição método8,9 e medições da acumulação de N2O durante um período definido (Figura 2 e Figura 3). Demonstramos o método por aplicá-la aos sedimentos do Lago de montanha. Este estudo de caso destaca o desempenho do método para detectar taxas relativamente baixas, com o mínimo de perturbação para a estrutura física dos sedimentos.
Desnitrificação é particularmente difícil de medir10. Existem várias abordagens alternativas e métodos, cada um com vantagens e desvantagens. Desvantagens de métodos disponíveis incluem o uso de recursos caros, sensibilidade insuficiente e a necessidade de modificar os níveis de substrato ou alterar a configuração física do processo usando amostras perturbado10. Um desafio ainda mais fundamental para medir N2 é seus níveis elevados de plano de fundo do ambiente10. A redução de N2O para N2 é inibida por acetileno (C2H2)8,9. Assim, a desnitrificação pode ser quantificada medindo a acumulada N2O na presença de C2H2, que é viável devido aos baixos níveis de2O ambientais N.
O uso de C2H2 para medir as taxas de desnitrificação em sedimentos foi desenvolvido há 40 anos,11e a incorporação de sensores de N2O ocorreram cerca de 10 anos mais tarde,12. A abordagem mais amplamente aplicada baseada em acetileno é o núcleo"estático". O acumulado de N2O é medido durante um período de incubação de até 24 h após o C2H2 é adicionado para o headspace do sedimento selado núcleo10. O método descrito aqui segue este procedimento com algumas inovações. Nós adicionamos o C2H2 por borbulhamento do gás na fase água do núcleo por alguns minutos, e estamos a encher todo o headspace antes de medir a acumulação de N2O com um microsensor. Incluímos também um sistema de agitação que impede que a estratificação da água sem resuspending do sedimento. O procedimento quantifica a taxa de desnitrificação por área de superfície de sedimentos (por exemplo, µmol N2O m-2 h-1).
A alta variação espacial e temporal de desnitrificação apresenta outra dificuldade na sua quantificação exata10. Geralmente, acúmulo de N2O é medido sequencialmente por cromatografia de amostras de headspace que são coletados durante a incubação. O método descrito fornece monitoramento melhorado da Variação temporal da acumulação N2O, porque o microsensor fornece um sinal contínuo. O microsensor multímetro é um amplificador digital microsensor (picoammeter) que faz interface com os sensores e o computador (Figura 1um). O multímetro permite que vários N2O Microssensores ser usado ao mesmo tempo. Por exemplo, até sedimentos de quatro núcleos da mesma área de estudo podem ser medidos simultaneamente para dar conta da variabilidade espacial.
A abordagem de núcleo mal perturba a estrutura de sedimentos em comparação com outros métodos (por exemplo, lamas). Se a integridade dos sedimentos é alterada, isso leva a desnitrificação irrealista taxas13 que só são adequados para comparações relativas. Taxas mais elevadas são sempre obtidas com métodos de chorume em comparação com métodos de núcleo14, porque o último preserva a limitação de desnitrificação por substrato difusão15. Medidas de chorume não podem ser consideradas representativo de em situ taxas16; Eles fornecem medidas relativas para comparações feitas com o mesmo procedimento exato.
O método descrito é adequado para estimar taxas de desnitrificação em qualquer tipo de sedimento que pode ser retirado o núcleo. Recomendamos especialmente o método para a realização de manipulações experimentais de alguns dos factores de condução. Exemplos são as experiências que modificam a disponibilidade de nitrato e temperatura conforme necessário para estimar a ativação de energia (Eum) de desnitrificação17 (Figura 2).

Figura 1 : Instalação experimental. (um) geral instalação experimental para estimar taxas de desnitrificação do sedimento usando N2O Microsensores e núcleos. A câmara de incubação assegura condições de escuridão e de temperatura controlada (± 0,3 ° C). Cinco núcleos de sedimento intacto podem ser processados simultaneamente, usando seus respectivos sensores de2O N. (b) N2O câmara de calibração de sensor. Adaptamos com rolhas de borracha e seringas para misturar o N2O água (ver protocolo passo 3.4.3). Há um termômetro para controlar a temperatura da água. (c) close-up de uma amostra de sedimentos com o sensor inserido no orifício central da tampa do PVC e as articulações seladas com fita adesiva. O agitador está na água, e o eletroímã é muito perto e fixo para a parte externa do tubo de acrílico. (d), close-up da N2O microsensor ponta protegida por um pedaço de metal. (e) um núcleo de sedimentos que só foi recuperado. Isso foi amostrado de um barco em um lago profundo; o tubo de acrílico com o núcleo ainda é fixo ao mensageiro-adaptado de gravidade corer19. Consulte a Tabela de materiais para todos os itens necessários para executar este método. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.