Бентический Обмен O ₂, N ₂ и растворенные Питательные вещества Использование небольшого ядра инкубациями

Общая цель данного биогеохимического эксперимента по изучению осадочных пород заключается в проведении реалистичных измерений обмена растворенных веществ и газов между поверхностью осадочных пород и вышележащими водами с целью уточнения баланса водных масс и информирования о биогеохимическом моделировании. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы водной биогеохимии, например, насколько важны наши отложения в качестве поглотителей и источников питательных элементов и кислорода. Он оптимизирован для измерения водной денитрификации, основного поглотителя в водном азотном цикле.

Основным преимуществом данной методики является то, что она обладает высокой эффективностью, и позволяет иметь значительный пространственный и временной охват биогеохимических процессов в осадочных породах. Начните с обозначения местоположения места отбора проб с помощью GPS. Затем определите уровень кислорода, температуру и соленость придонной воды с помощью зонда качества воды YSI.

Опустите его примерно на один метр над осадком и снимите показания. Далее снимите показания с помощью измерителя ФАР и опускающей рамы на поверхности и на дне, чтобы оценить световое затухание воды. Теперь приготовьте пробоотборник.

Для глубоководных исследований используйте керн с внутренним диаметром 6,35 сантиметра, а для отложений с бентосными микроводорослями или крупными популяциями животных используйте керн с внутренним диаметром 10 сантиметров. Теперь разверните пробоотборник над бортом лодки и медленно опустите его, чтобы свести к минимуму помехи при проникновении в осадок. После извлечения пробоотборника из ящика вставьте в него керновые трубки.

Вставьте бутиловую пробку в верхнюю часть каждой пробирки, затем прикрепите акриловую пластину с уплотнительным кольцом к каждой нижней части. Для пробоотборника столба поместите акриловую нижнюю пластину в вкладыш керна, прежде чем извлекать керн из пробоотборника. После отбора керна осмотрите керн флюса и керн на предмет видимых нарушений или чрезмерной ресуспензии.

Для экспериментов с потоками идеальный баланс осадочных пород и воды в керне составляет 15 сантиметров каждого, но в крупных или сильно уплотненных отложениях допустимо собирать меньше осадка. Однако, если скорость истощения кислорода чрезмерна, сместите баланс в сторону большего количества воды. Храните сердцевину в изолированном водяном охладителе, затопленном водой из окружающей среды с площадки для поддержания температуры in situ.

Убедитесь, что кулер остается в вертикальном положении. Далее соберите донную воду из мест отбора керна в 20-литровые карбои с помощью мембранного насоса. Как правило, заполняйте две или три коробки и собирайте с нескольких участков, если ожидается, что химический состав воды будет меняться между участками.

Если насос недоступен в мелкой, нестратифицированной воде, карбой можно наполнить вручную. Теперь вы можете быстро транспортировать аэробные ядра в инкубационную установку, прежде чем они станут бескислородными. Оказавшись на объекте, осмотрите стержни и выбросьте все, что было потревожено во время транспортировки.

Затем поместите керны, в том числе заготовку водяного столба, в ванну-инкубатор и установите температуру на измеренную температуру придонной воды. Заполните инкубатор собранной донной водой, полностью погрузив в нее керны осадка. Глухая сердцевина, ядро без всякого осадка, также заполняется придонной водой.

Кроме того, добавьте донную воду в пятилитровые коробки с кранами, которые будут использоваться для подачи подменной воды. Для аэрации используйте небольшой Т-образный барботер из 1/2-дюймовой трубы из ПВХ и трехстороннюю муфту. Накройте трубку диаметром 1/8 дюйма трубой из ПВХ, и слейте воду и обеспечьте циркуляцию и аэрацию.

Теперь дайте ядрам уравновеситься не менее двух часов, чтобы провести ночь в темноте, прежде чем брать пробы. Как только ядра уравновесятся, прикрепите к ним вращающиеся волчки. Открыв пробоотборный клапан, аккуратно удалите все пузырьки воздуха под вращающимся волчком и запечатайте сердцевину от воды в резервуаре.

Затем поднимите запасной водяной тележку на 30-40 сантиметров над инкубационными ядрами, затем начните прокладывать дренажные трубопроводы от тележки, и как только они начнут течь, прикрепите их к верхушкам ядра. Затем закройте клапаны. Теперь включите центральный поворотный стол для перемешивания и отрегулируйте скорость вращения, чтобы перемешать столб воды без повторного внесения осадка.

Обычно работает 40 оборотов в минуту. Примерно через пять минут откройте сменный водяной клапан и клапан для отбора проб. Затем прикрепите короткий кусок трубки к клапану для отбора проб с помощью замка для приманки.

Установите эту пробирку для отбора проб в стеклянную пробирку для образцов объемом семь миллилитров и наполните ее водой. Затем добавьте в образец 10 микролитров хлорида ртути и закупорьте пробирку. Для отбора проб растворенного вещества прикрепите цилиндр шприца объемом 20 миллилитров к клапану для отбора проб и откройте запасной водяной клапан.

Затем прикрепите поршень и фильтрующий диск к загруженному шприцу, и отфильтруйте образец по пробиркам для сбора. Временной ход отбора проб в темноте обычно включает четыре периода отбора проб с интервалами от получаса до двух часов или дольше, в зависимости от скорости поглощения кислорода. Используя откалиброванные оптоды, отслеживайте уровень кислорода в отобранной воде.

В целом, истощение кислорода на 25% позволяет измерить изменения концентрации питательных веществ. Возможен более длительный отбор проб, но не следует отбирать пробы после 50% истощения кислорода. Если осадок из неглубоких, освещенных сред, то после четвертого образца включите свет и возьмите еще три пробы.

Собранные образцы хранят под водой при температуре инкубации. После взятия проб измерьте оставшийся объем воды в керне по высоте водяного столба, или слив всю воду в градуированный цилиндр. Измерения потока осадочных пород были проведены вблизи аквакультурного объекта на реке Чоптанк.

Быстрое падение кислорода несколько смягчалось освещением, но скорость фотосинтеза была не такой высокой, как дыхание. Уровень кислорода в управляющем ядре изменялся лишь незначительно. Концентрации азота определяли с использованием соотношения азота к аргону с точностью до 0,02%, или около 100 наномолей на литр азота.

В темноте или при свете содержание азота в осадочных кернах увеличивалось гораздо больше, чем в воде. Потоки растворенного аммония были довольно высокими в темное время суток. В одном ядре наблюдалось увеличение на 20 мкм на литр.

Даже при освещении в кернах увеличивалась концентрация аммония. Как в кернах, так и в заготовке водяного столба концентрация нитратов и нитритов со временем снижалась, при этом скорость снижения снижалась при освещении. После освоения эти процедуры инкубации могут быть эффективно выполнены двумя учеными, как правило, в течение шести-восьми часов, в зависимости от скорости дыхания осадка.

При попытке выполнить эту процедуру важно помнить о сборе неповрежденной воды из отложений и поддерживать постоянную температуру, аналогичную той, которая наблюдается в полевых условиях. После завершения инкубации эти керны могут быть использованы для отбора проб содержания хлорофилла, размера зерен, плохого химического состава воды и удельной реакционной способности осадка. После его разработки использование соотношения азота и газообразного аргона для измерения денитрификации обеспечило альтернативный подход к измерению денитрификации и чистых потоков диазота.

Ученые применили этот метод газового соотношения для измерения денитрификации водно-болотных угодий, озер, водохранилищ, эстуариев и мелководных прибрежных отложений, обеспечив полезную альтернативу изотопной методологии.