Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

فهم الذائب المواد العضوية الكيمياء الحيوية من خلال doi: 10.3791/54704 Published: October 29, 2016

Summary

توفر المواد العضوية الذائبة مصدرا هاما من مصادر الطاقة والمواد المغذية للتيار النظم الإيكولوجية. نحن هنا لشرح طريقة ميدانية لمعالجة تجمع المحيطة من المواد العضوية الذائبة في الموقع من خلال النبضات المواد الغذائية القابلة للتكرار بسهولة.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

المواد العضوية الذائبة (DOM) يوفر مصدرا للطاقة والمواد الغذائية الهامة للمياه العذبة النظم الإيكولوجية ويعرف بأنه المادة العضوية الذي يمر من خلال مرشح 0.7 ميكرون. داخل النظم الإيكولوجية المائية، ويمكن DOM أيضا التأثير على ضوء توهين وcomplexation المعادن. DOM هو خليط متنوع للغاية وغير متجانسة من المركبات العضوية مع المجموعات الوظيفية المختلفة، وكذلك المواد الغذائية الأساسية مثل النيتروجين (N) والفوسفور (P). في حين أن مصطلح "دوم" يصف تجمع بأكمله بما في ذلك في C، N و P المكونات، يتم قياس تركيزه من الكربون العضوي المذاب (DOC). تعقيد الجزيئية الكامنة تجمع DOM ومع ذلك، يخلق تحديات لدراستها. على سبيل المثال، لا توجد وسيلة مباشرة لقياس جزء من تجمع DOM مجموع تتألف من المواد الغذائية العضوية مثل النيتروجين المذاب العضوية (DON) والفوسفور العضوية الذائبة (DOP). بدلا من ذلك، يجب أن يتم تحديد تركيز المواد الغذائية العضوية عن طريق الفرق (

إضافة تعديل DOM واقعية لتيار صعبة نظرا لتنوع تجمع DOM المحيطة. وأضافت المصادر الدراسات السابقة واحدة من الكربون (مثل الجلوكوز، واليوريا 1) أو مصدر معين مثل أوراق الشجر العصارة 2 للتلاعب التركيزات في هذا المجال. ومع ذلك، فإن هذه المصادر لا تمثل ولا سيما تجمع DOM المحيطة. في محاولة لتحسين أو التركيز هو مصنوع DOM المحيط للتجريب لاحق أيضا مع الصعوبات بما في ذلك فقدان بعض الكسور (مثل مكونات عطوب للغاية) أثناء معالجة. ونتيجة لذلك، فإنه من الصعب أن نفهم الضوابط على بركة DOM المحيطة ونحن حاليا لا يملكون أي وسيلة للتلاعب مباشرة على حمام السباحة DOM المحيطة. ومع ذلك، منذ يرتبط البيوجيوكيميائية من DOM إلى المواد المغذية الموجودة عادة في البيئة (مثل أحمقمعدل [NO 3 -] 3)، ويمكننا أن نضيف المواد المذابة أخرى لتيار النظم الإيكولوجية وقياس استجابة تجمع DOM لهذه المناورات. من خلال دراسة كيفية استجابة تجمع DOM إلى مجموعة واسعة من تركيزات المواد الغذائية التي فرضت تجريبيا نأمل الحصول على فهم أفضل للكيفية استجابة DOM تقلب الظروف البيئية.

واحد الطريقة المستخدمة عادة في تيار البيوجيوكيميائية هو الأسلوب إضافة العناصر الغذائية. وقد جرت العادة على استخدامها التجارب بالإضافة المواد الغذائية لفهم حركية امتصاص أو مصير 4،5،6،7 المذاب المضافة. يمكن إضافات المواد الغذائية يكون على المدى القصير على ساعة 6 إلى اليوم على نطاق و4، أو التلاعب على المدى الطويل على مدى عدة سنوات 8. يمكن أيضا إضافات المواد الغذائية وتشمل صفت نظائريا المواد الغذائية (على سبيل المثال 15 N-NO 3 -) لتتبع المواد الغذائية المضافة من خلال ردود الفعل البيولوجية الكيميائية. ومع ذلك، والدراسات القائمة على النظائر المشعة وغالبا ما تكون بةتتطلب nsive والتحليلات الصعبة (مثل الهضم) من المقصورات القاعية متعددة حيث يمكن الاحتفاظ المغذيات المسمى isotopically. وقد كشفت التجارب مؤخرا فائدة البقول المواد الغذائية على المدى القصير لإلقاء الضوء على الرقابة على المواد المذابة غير مضافة والمحيطة مثل DOM 9،10، وكشف عن طريقة جديدة يمكن من خلالها دراسة الوقت الحقيقي في التفاعلات البيولوجية الكيميائية الموقع. نحن هنا وصف وشرح الخطوات المنهجية الرئيسية لإجراء البقول المواد الغذائية على المدى القصير بهدف فهم البيوجيوكيميائية جانب من C و N وتحديدا عناصر التحكم على بركة DOM متنوعة للغاية. هذه الطريقة يمكن استنساخه بسهولة تتضمن إضافة نبض المغذيات إلى الوصول تيار التجريبية وقياس التغيرات في تركيز كل من المذاب التلاعب ومتغير استجابة للاهتمام (مثل DOC، DON، DOP). عن طريق التلاعب مباشرة تركيزات المواد الغذائية في الموقع ونحن قادرون على تغيير بشكل غير مباشر DOMتجمع ودراسة كيف يمكن للتغييرات تركيز DOM عبر مجموعة ديناميكية من تركيزات المواد الغذائية 10.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. تحديد وتوصيف المثل التجريبية تيار الوصول

  1. تأكد من أن المجرى تيار تجريبية طويلة بما يكفي لتشجيع الاختلاط كاملة من المواد المذابة 11 و طويلة بما فيه الكفاية حيث يمكن أن يحدث امتصاص البيولوجي. أطوال متناول يمكن أن تختلف بين تيارات والتجارب. في الصغيرة تيارات منابع المياه من الدرجة الأولى، والوصول إلى طول قد تختلف 20-150 م (أو أكثر إذا كان النظام يتطلب ذلك) اعتمادا على التفريغ وغيرها من الخصائص الفيزيائية للتيار.
    1. استبعاد برك كبيرة من الروافد التجريبية، كما أنها تؤخر حركة المصب من المواد المذابة، أقسام تدفق الحد الأدنى، والروافد التي تمييع الحل المضافة. قد تتطلب أوقات التفريغ منخفض تقصير طول متناول يدك أثناء العالي التفريغ قد تتطلب مدى أطول.
    2. تحديد موقع في الجزء العلوي من وصول تيار تجريبي فوق بندقية لتسهيل خلط المواد المذابة المضافة. وسيكون هذا الموقع بالإضافة. في الجزء السفلي من تيار تجريبيالوصول، تحديد الموقع حيث يتم مقيدة تدفق وممثل من حوالي 90٪ من إجمالي التدفق (الشكل 1). وسيكون هذا الموقع جمع العينات.

شكل 1
الشكل 1: مثال لأخذ العينات الموقع المصب موقع لأخذ العينات المثالي هو حيث الغالبية من تدفق هي ضيقة ويمكن الوصول إليها بسهولة من دون إزعاج من قناة تيار والكائنات البحرية. هنا قطعة سقط الحطام الخشب خلقت هذه النقطة أخذ العينات في صغير من الدرجة الأولى تيار منابع المياه. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. الحصول على تركيزات قياس التفريغ والمواد الغذائية الأساسية من المواد المذابة من الفائدة قبل التجارب من أجل حساب كتلة من المواد المذابة اللازمة لmanipulations. الرجاء مراجعة الحسابات في الخطوة 2.2.1.
    1. الحصول على بيانات التركيز الأساسية للالمذاب الهدف من التلاعب (على سبيل المثال NO 3 -) وكلوريد (الكلور -) والتي غالبا ما يتم استخدام التتبع المحافظ. استخدام التتبع المحافظ في سياق هذه التجارب، لتعقب التغييرات في الموصلية، والتي تشير إلى وصول نبض المغذيات في محطة أخذ العينات ومعدل فيه نبض يمر. الموصلية، أو تصرف معين، هو بديل لإجراء تغييرات في الموقع في تركيز التتبع المحافظ.
    2. تميز الخصائص الفيزيائية والكيميائية عن متناول التجريبي من خلال جمع البيانات الإضافية مثل عرض مدى وعمق، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة والأوكسجين المذاب.
      1. إجراء قياسات التي لا يمكن إجراؤها باستخدام مسبار البيئي (العرض مثل والعمق)، قبل يوم واحد أو فورا بعد التجربة من أجل تقليل أي القاعية ساضطراب كيميائي ص داخل القناة تيار. تقسيم متناول التجريبي في مقاطع عرضية مسافة واحدة (مثلا كل 10 م) حيث يمكن تقييم العرض ولا يقل عن 3 قياسات عمق (على سبيل المثال الصحيح البنك، محور الوادي، والضفة اليسرى). وهذه البيانات هي قيمة لربط الخواص الفيزيائية للتيار لقياسات البيولوجية الكيميائية وإذا كان الباحثون مهتمة ايضا في حساب حركية امتصاص المواد الغذائية والمعلمات 6.

2. إعداد للتجربة

  1. تحديد كتلة (كلغ) من المادة المذابة اللازمة لمعالجة باستخدام المعادلات الموضحة أدناه.
    ملاحظة: المثال ينطبق أدناه إلى التجربة القائمة على نترات مع NO 3 - في شكل نترات الصوديوم (نانو 3) ويفترض الزيادة المستهدفة من 3X فوق الخلفية (تستند المعادلات على تلك كيلباتريك وكوب 12). في هذا المثال بذلت الافتراضات التالية مع الدقةpect لظروف الخلفية: تصريف = 10 لتر / ثانية؛ [الكلور] = 10 ملغم / لتر. [NO 3 -] = 50 ميكروغرام N / L. نظرا لاختلاف بين التجارب، وضبط إدخال البيانات المطلوبة.
    1. حساب الزيادة المستهدفة (المعادلة 1):
      استهدفت [NO 3 - ميكروغرام N / L] زيادة = خلفية المتوقع [NO 3 - ميكروغرام N / L] زيادة * المستهدفة
      150 ميكروغرام N / L = 50 ميكروغرام N / L * 3
    2. حساب مجموع تدفق الكتلة الذرية (المعادلة 2):
      إجمالي تدفق الكتلة الذرية (NO 3 - ميكروغرام N) = 30 دقيقة * 60 ثانية * س (L / ثانية) * استهدفت [NO 3 - ميكروغرام N / L] زيادة
      حيث 30 دقيقة هي مدة المفترض المذاب الذروة 12 و س هو التفريغ
      2 700 000 ميكروغرام N = 30 دقيقة * 60 ثانية * 10 لتر / ثانية * 150 ميكروغرام N / L
    3. حساب مجموع تدفق الكتلة الجزيئية (المعادلة 3):
      إجمالي تدفق الكتلة الجزيئية (NO 3 - ميكروغرام N) = إجمالي تدفق الكتلة الذرية (NO 3 - ميكروغرام N) / الكتلة الذرية (14) * نحن الجزيئيةآيت (85)
      حيث تشير الكتلة الذرية إلى N والوزن الجزيئي يشير إلى نانو 3.
      16،392،857.14 ميكروغرام N = 2،700،000 ميكروغرام N / (14 * 85)
    4. حساب كتلة لإضافة (المعادلة 4):
      كتلة لإضافة (ز) = إجمالي تدفق الكتلة الجزيئية (NO 3 - ميكروغرام N) / 1000000 ز / ميكروغرام
      16.39 ز نانو 3 = 16،392،857.14 ميكروغرام N / 1000000 ز / ميكروغرام
      ملاحظة: اتبع الحسابات المذكورة أعلاه لأي الأملاح الأخرى بما في ذلك التتبع المحافظ (مثل كلوريد الصوديوم). تأكد من ضبط الجماهير الذرية والجزيئية للمذاب في المصالح.
  2. إعداد جميع المواد المذابة قبل يوم واحد إلى التجارب الميدانية. تزن بها ما يكفي من المواد المذابة لرفع تركيز المحيطة من كل من التتبع البيولوجي والتتبع المحافظ ثلاث مرات (أو المبلغ المطلوب) أعلاه الخلفية. من المهم أن كمية المواد المذابة وأضاف يؤدي إلى تغيير قابلة للقياس أعلى تركيز الخلفية غير كافية لخلق فصيل عبد الواحدبيئة تطوير متكاملة النطاق الديناميكي في تركيز العناصر الغذائية المضافة.
    1. وزن المواد المذابة باستخدام جداول تحليلية وبعد ذلك تخزينها في زجاجات نظيفة تغسل حمض البولي إيثيلين عالي الكثافة مع العلامات المناسبة. أمثلة على استشفاف البيولوجية وتشمل: NO 3 -: نترات الصوديوم (نانو 3)؛ NH 4 +: كلوريد الأمونيوم (NH 4 الكلورين)؛ ص 4 -3: الفوسفات والبوتاسيوم (K 2 هبو 4). ومع ذلك، فإن اختيار التتبع البيولوجي يكون وظيفة من مسألة البيولوجية الكيميائية التي تطرح. وتشمل الخيارات المتاحة لاستشفاف المحافظة كلوريد الصوديوم (كلوريد الصوديوم) وبروميد الصوديوم (NaBr).
  3. جمع المواد المتبقية: كتاب المجال، ووضع العلامات الشريط والقلم، شريط قياس المجال، وبرودة، متر الموصلية، ~ 20 L دلو وقضيب التحريك كبير (مثل البيرة مجداف، حديد التسليح، والعصا الغليظة)، ما يقرب من 50 نظيفة وحمض غسلها 125 مل عالية الزجاجات -density. تسمية 125 مل الزجاجات # 1-50.
    ملاحظة: Lوفاق سطيف من 50 عينة يمكن أن تؤخذ في التجربة ويتم تضمين عينات الخلفية في إجمالي زجاجات 50.
  4. اختياري: اعتمادا على أعداد الموظفين الميدانيين، نفذ نموذج الترشيح في الموقع (أنظر القسم رقم 5). إذا اخترت هذا الخيار، وجلب 50 نظيفة، 60 مل عالية الكثافة الزجاجات قبل صفت وغسلها الحمض في هذا المجال. تسمية 60 مل زجاجات # 1-50 لتتناسب مع زجاجات جمع مل 125.

3. يوم من تعيين لأعلى

  1. نشر متر الموصلية الحقل في موقع جمع. ضع أداة المنبع (حوالي 0.5-1.0 م) من حيث سيتم أخذ عينات جمع عينة بحيث لا تتداخل مع قراءات الصك. ستبقى متر في مكان طوال التجربة. ألف متر الموصلية الحقل أفضل لأنها توفر قراءات التوصيل في الوقت الحقيقي، وهي مطلوبة لتحديد معدل أخذ العينات (راجع الخطوة 5.2) والترشيح والنظام تحليل (الخطوات 5.3 و 6.1).
  2. جمع 125 مل sampl الدراسي الخلفيةوفاق في ثلاث نسخ في الموقع بالإضافة إلى وفي الموقع مجموعة من متناول التجريبي قبل إضافة حل. وسيتم استخدام هذه البيانات للتحقق يوما من الاعتقال المحيطة وتحديد الاختلاف في تركيز المذاب على طول متناول تيار. وهذه البيانات هي أيضا قيمة للاتصال الكيمياء تيار المحيط: - للقياسات البيولوجية الكيميائية من الفائدة (على سبيل المثال DOC NO 3 نسب 13).
  3. تسجل الوقت والتوصيل من العينات التي تم جمعها الخلفية.
  4. تسجيل الموصلية خلفية تيار قبل إضافة الحلول.

4. المواد المذابة إضافة

  1. صب كل الكواشف (16.39 ز نانو 3 و 1483 غرام كلوريد الصوديوم) في وعاء كبير (على سبيل المثال 20 L دلو) وإضافة الماء تيار ما يكفي لإذابة تماما المذابة. شطف الأوعية كاشف ثلاث مرات بالماء تيار إضافي وتصب في وعاء شطف الحل. تتبع كمية المياه المضافة.
    1. على سبيل المثال، استخدام زجاجة 500 مل صب الماء تيار في وعاء. يحرك حل حتى يتم حل جميع الكواشف تماما.
  2. جمع 60 مل قسامة من الحل بالإضافة. إبقاء هذه عينة مركزة للغاية منفصلة (مثل حقيبة الرمز البريدي قفل) من جميع العينات الأخرى للحد من التلوث. هذه العينات هي مهمة إذا حساب المغذيات امتصاص حركية 6 هو هدف إضافي للمشروع البحثي حيث أن هذه العينات يمكن أن تستخدم لتحديد كتلة بالضبط من الأملاح المضافة.
  3. صب الحل في الموقع بالإضافة. القيام بذلك عن طريق سكب محلول في حركة سلسة وسريعة للحد من السفر عبر الزمن تأخر والرش التي يمكن أن تقلل من كمية المواد الكيميائية المضافة. شطف الحاويات وضجة عصا ثلاث مرات في تيار مباشرة بعد بالإضافة إلى ضمان تم إضافة جميع الكواشف إلى الدفق.
    1. تسجيل الوقت تم إضافة الحل: ساعة: دقيقة: ثانية.
    2. تسجيل جماهير استشفاف أضاف(على سبيل المثال نانو 3 و كلوريد الصوديوم).
    3. بعد أن تم إضافة الحل، لا تعكر صفو تيار. تأكد من أن كل سفر على طول مجرى يحدث على البنوك لضمان أن الكائنات البحرية تيار وحل نفسها ليست منزعجة.

أخذ العينات 5. الميدان

  1. طلب زجاجات أخذ العينات في ترتيب تصاعدي في انتظار حل للوصول إلى الموقع أخذ العينات. السفر عبر الزمن سيكون وظيفة من التفريغ وتصل إلى الطول، ويمكن أن تحدد في وقت مبكر (قبل يوم واحد) إما مع حقن كلوريد الصوديوم فقط أو صبغة رودامين (والتي يمكن استخدامها لإنشاء وقت السفر 14).
    ملاحظة: إذا كان يعمل على مشروع DON تحت عنوان، وتجنب استخدام صبغة رودامين كما هو نوع من DON وبالتالي سوف يغير تجمع DON المحيطة إن وجدت بقايا في متناول الدراسة.

الشكل 2
الشكل 2:مثال تخطيطي المذاب المنحنى اختراق (BTC). يمثل BTC التغيرات في تركيز المذاب مع مرور الوقت، ويمكن استخدامها لشرح العبور والدراجات البيولوجية الكيميائية من التتبع في تيار. ينبغي أن تؤخذ عينات انتزاع عبر BTC مع التردد الذي يعطي التمثيل المتساوي لكل من تصاعدي وتنازلي أطرافه من BTC. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. جمع العينات
    ملاحظة: الإفراط في الظليل الهدف من جمع العينة، هو قدرته على تمثيل التغيرات في تركيز المذاب على طول كلا من ارتفاع وانخفاض أطرافه من اختراق منحنى (BTC) (الشكل 2).
    1. ولدى وصوله من الحل (الكشف عن طريق زيادة الموصلية)، وجمع العينات في 125 مل الزجاجات في جميع أنحاء BTC من خلال عقد زجاجة 125 مل في التدفق الرئيسي للمياه في نقطة أخذ العينات. سريع لاي شطف الزجاجة بالماء تيار وتجاهل شطف المصب ثم أخذ العينة. عينة كاب والمكان إلى برودة.
    2. تسجيل الوقت (ساعة: دقيقة: ثانية) والتوصيل لكل عينة أخذت على طول BTC في كتاب الحقل (الجدول 1).
    3. جمع العينات على أساس الوقت (على سبيل المثال 1 فترات دقيقة) أو على أساس المعدل الذي التغييرات الموصلية. على سبيل المثال، إذا الموصلية يتغير بسرعة، وأخذ عينات من كل 30-60 ثانية حتى يتغير في التوصيل بطيئة، والتي يمكن أن تؤخذ عينات من الوقت كل 5-10 دقيقة. لفترات بناء على الموصلية، أخذ عينات كل 15-30 وحدة اعتمادا على المعدل الذي الموصلية يتغير.
    4. عينة حتى يعود التوصيل إلى الخلفية أو في غضون 5 ميكرو ثانية / سم الظروف الخلفية. فترات من جمع العينات يمكن تعديلها خلال التجربة طالما أن BTC ممثلة تمثيلا جيدا في الاستيلاء على عينات.
t.within صفحة = "دائما">
زجاجة # الموصلية محددة مرة الملاحظات
1 ساعة: دقيقة: ثانية على سبيل المثال الخلفية (المصب)
2 على سبيل المثال الخلفية (المصب)
3
4
5 على سبيل المثال عينة في ذروة تصرف
.
.
.
أعلى زجاجة #

الجدول 1PFieldكتاب: مثال صفحة من مختبر كتاب والمعلومات المطلوبة

  1. تصفية عينة
    ملاحظة: ترشيح العينات يمكن أن يحدث سواء في الميدان أو لدى عودته إلى المختبر.
    1. مرشح عينات من الطرف ارتفاع في ترتيب تصاعدي الموصلية معين حتى الذروة في الموصلية معين. انتظر التجربة ليكون أكثر وعينات مرشح من الوقوع أطرافهم في ترتيب تصاعدي التوصيل محددة (أي تبدأ مع عينة مشاركة والعمل الى الوراء نحو الذروة الموصلية معين).
      ملاحظة: هذا الأمر من عينات يقلل التلوث بين العينات ويسمح لمرشح واحد، حقنة، وحامل فلتر لاستخدامها طالما مرشح، حقنة وحامل مرشح وتشطف بشكل مناسب بين كل عينة (انظر الخطوات 5.3.2- 5.3.4).
    2. إزالة المكبس من حقنة 60 مل ثم قم بإغلاق توقف الديك. صب ~ 10 مل من العينة إلى حقنة والعودة المكبس إلى حقنة. يهز حقنة بحيث عينةيشطف الجدران الداخلية للحقنة. حقنة المرفقة لتصفية حامل ومفتوح توقف الديك. دفع عينة من خلال مرشح حامل وتجاهل شطف.
    3. إزالة المكبس وثيق توقف الديك. صب ~ 30 مل من العينة إلى حقنة والعودة المكبس إلى حقنة. مفتوحة الأسهم الديك وطرد ~ 10 مل من خلال تصفية حامل وإلى 60 مل زجاجة أخذ العينات. تتويج الزجاجة، دوامة مع الترشيح وتجاهل. كرر هذه الخطوة ليصبح المجموع 3 يشطف. وهذا يضمن تم إزالة أي شوائب من زجاجة عينة 60 مل وأن الجدران المغلفة مع عينة.
    4. إزالة المكبس وثيق توقف الديك. صب ~ 60 مل من العينة إلى حقنة والعودة المكبس إلى حقنة. دفع عينة من خلال حامل مرشح وفي زجاجة عينة 60 مل. ملء الزجاجات حتى الكتف لمنع تكسير زجاجات عندما المجمدة. زجاجة كاب والمكان إلى برودة.
    5. كرر الخطوات 5.3.2-5.3.4 لجميع العينات المتبقية. تغيير فلتر بين ارتفاع وهبوط عينات الأطراف للحد من التلوث. عينات النقل إلى المختبر في نفس اليوم وعلى الجليد.

6. إعداد تحليل مختبر

  1. إذا تصفية العينات هي تحدث في المختبر، اتبع البروتوكول كما هو مبين في القسم 5.3.1. مرشح عينات من كل من التصاعدي والتنازلي أطرافه من BTC من أجل زيادة التوصيل. تغيير فلتر بين ارتفاع وانخفاض أطرافهم عينات أطرافهم.
  2. تجميد العينات التي تمت تصفيتها في -20 درجة مئوية حتى التحليل.
  3. ضمان تزويد المرافق التحليلية للتعامل مع عينات عالية التركيز.
    ملاحظة: لا يتم تجهيز بعض المختبرات لتشغيل عينات عالية التركيز، وبالتالي ينبغي الحرص. إدماج المعايير مستعدة أن التقاط هذه الغاية أعلى تركيزات المذاب المتوقع. والمعايير تركيز عالية تساعد على ضمان المنحنى القياسي الذي يلتقط النطاق المتوقع للتركيز المذاب التلاعب بها.
  4. تحليل عيناتمن الأقل إلى الموصلية عالية على جميع الأدوات التحليلية. طلب عينات من الأقل إلى تصرف معين عالية يمنع تلوث عينات الملح / المغذيات المنخفضة من عينات الملح / غذائية عالية. وهذا يعني عينات من ارتفاع وانخفاض أطرافه وسوف تكون مختلطة فيما يتعلق التسلسل.
    1. تحليل عينات لمجموع الكربون العضوي المذاب، ومجموع النيتروجين المذاب والنترات والأمونيوم، على الرغم من أن مزيج الدقيق للتحليل المذاب ستكون وظيفة من سؤال البحث (انظر يورك، نبراسكا وآخرون. 10 على سبيل المثال).

تحليل 7. البيانات

  1. تحليل البيانات باستخدام الانحدار الخطي البسيط. المتغير المستقل هو تركيزات المواد الغذائية المضافة والمتغير التابع هو تركيز DOM إما DOC أو DON. كل نقطة على هذا الرقم يمثل عينة الاستيلاء على واحد من منحنى اختراق والمواد الغذائية التي عينة وDOC تركيز / DON.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الشكل (3)
الشكل (3): النتائج مثال من النترات (NO 3 -) إضافات مع الذائبة النيتروجين العضوي (DON) كمتغير الاستجابة تحليلات والانحدار الخطي. وتمثل النجمة دلالة إحصائية عند α = 0.05. ملاحظة النطاق الديناميكي في NO 3 - التركيز الذي تم التوصل إليه مع أسلوب نبض المغذيات. وتمثل لوحات مختلفة تجارب مختلفة على مدى عدة شهور والمواقع. المختصرات الموقع تشير إلى تيارات التجريبية الثلاث (10). يتم تفسير الارتباطات الإيجابية لتعكس دور DON كمصدر المغذيات في حين يتم تفسير الارتباطات السلبية لتعكس دور DON كمصدر للطاقة. يتم تفسير التجارب التي أدت إلى عدم وجود علاقة كبيرة إما لتعكس تجمع DON غير المراعية لل(أي للغاية RECAlcitrant) أو أن العمليات القائمة على المغذيات وعملية المعتمدة على الطاقة هي خارج-الإعداد. يرجى الاطلاع يورك، نبراسكا وآخرون. (10) لمناقشة إضافية من نتائج. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4: النتائج مثال من النترات (NO 3 -) إضافات مع الكربون العضوي المذاب (DOC) مثل متغير الاستجابة تحليلات والانحدار الخطي. وتمثل النجمة دلالة إحصائية عند α = 0.05. وتمثل لوحات مختلفة تجارب مختلفة على مدى عدة شهور والمواقع. المختصرات الموقع تشير إلى تيارات التجريبية الثلاث (10). عبر غالبية التجارب لم يلاحظ أي تغييرات كبيرة في بركة DOC المحيطة. نتائج سلبية يمكن أن تكشف عننوبة جانب العمليات البيولوجية الكيميائية. يرجى الاطلاع يورك، نبراسكا وآخرون. (10) لمناقشة إضافية من نتائج. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

من خلال مباشرة في التلاعب الموقع من NO 3 كنا قادرين على تغيير بشكل غير مباشر تركيزات تجمع DOM توفير نظرة ثاقبة على الضوابط البيولوجية الكيميائية على بركة DOM المحيطة يبين الشكل 3 النتائج من الدراسات التي بحثت التفاعل بين NO 3 - و DON 10. على الرغم من أن حجم الدقيق لزيادة المذاب تنوعت التجارب (بسبب الاختلاف في تركيز المذاب الخلفية) تدرجات كبيرة بما فيه الكفاية من NO 3 - تم إنشاؤها عن طريق نهج المغذيات بالإضافة. من هذه المجموعة من التجارب، عبر ثلاثة مستجمعات المياه في Hampsh جديدغضب، الولايات المتحدة الأمريكية، ونحن قادرون على جعل استنتاجات حول دور البيئي للDON في تيارات منابع المياه. كما المغذيات العضوية، قد DON بمثابة إما مصدرا للطاقة (الكربون) أو كمصدر النيتروجين. في هذه المنخفضة NO 3 - تيارات، ونحن فسرت الزيادة في تركيز DON لتعكس استخدامه كمصدر المغذيات. من خلال توفير المجتمعات الميكروبية مع شكل متاح للغاية من N كما NO 3 - تحول المجتمع من DON لهذا النموذج متاح حديثا. وقد سبق أن يشار إلى ذلك في DON الافراج عن فرضية 15. في المقابل، يتم تفسير الارتباطات السلبية لاحظنا خلال هذه المناورات نترات لتعكس استخدام DON كمصدر للطاقة. وقد أطلق على هذه العملية متغايرة والسلبي الكربون المركبة فرضية 1،15. رد اختلافا كبيرا من DON طوال موسم النمو تشير موسمية قوية في كيفية استجابة DON إلى المواد الغذائية المضافة. وتوفر هذه البيانات بعضالنتائج الميدانية الأولى التجريبية فيما يتعلق بدور البيئية التي تخدم DON داخل النظم الإيكولوجية تيار.

نتائج سلبية من هذه المناورات النظام البيئي وتكشف أيضا فيما يتعلق الرقابة على العمليات البيولوجية الكيميائية. على سبيل المثال، ويبين الشكل 4 أي رد قابلة للقياس في تجمع DOC المحيطة لإضافة NO 3 -. وهذا يشير إلى أن هذا المجمع المحيطة من DOC هو المعاند للغاية (أي لا bioreactive). عندما يتم تنفيذ البقول الغذائية مرارا وتكرارا خلال موسم النمو على سبيل المثال، يمكننا أن نجعل الاستدلالات والاستنتاجات حول كيف ومتى تستخدم للأجزاء المختلفة من سباحة DOM المجتمعات الميكروبية المائية. من خلال هذه التجارب النظام البيئي على نطاق التلاعب كنا قادرين على تمييز التفاعلات بين بعض أجزاء تجمع DOM عبر مجموعة ديناميكية من المواد الغذائية المضافة. وتشير هذه النتائج على وجه الخصوص أن جزء من N-الغنيوجزء C-الغني للدورة تجمع DOM بشكل مستقل وقد يكون مجموعة فريدة خاصة بها من الضوابط البيئية والبيولوجية الكيميائية 16،17. باستخدام هذه المواد الغذائية طريقة إضافة كنا قادرين على توفير المتلاعبة البيانات الميدانية التي تقدم دليلا قويا ودعما لأنماط DON تقلقل التي سبق أن لاحظ فقط في حضانات مختبر 18،19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

والهدف من هذا الأسلوب نبض المواد الغذائية، كما وردت هنا، هو لتوصيف وتحديد الاستجابة للسباحة متنوعة للغاية من المحيط DOM المياه تيار عبر مجموعة ديناميكية من المواد الغذائية غير العضوية المضافة. إذا المذاب وأضاف يزيد بما فيه الكفاية تركيز المذاب رد الفعل، يمكن إنشاء مساحة إستنتاجي كبير لفهم كيفية ارتباط الدراجات البيولوجية الكيميائية من DOM لتركيزات العناصر الغذائية. هذا النهج نبض المغذيات مثالية لأنها تنطوي على أي من الآلات المرتبطة بالإضافة على غرار الهضبة (مثل مضخة تحوي)، وليس فيها تقنيات النظائر باهظة الثمن. هذه المناورات هي استنساخه بسهولة، ويمكن أن تجرى تجارب متعددة خلال يوم واحد. أننا نوصي أنه إذا تكرار التجارب في نفس اليوم ضمن متناول تيار واحد، أن الإضافات تكون مفصولة عدة ساعات للسماح التنظيف كافية من المواد المذابة المتبقية.

في الالتلاعب البيئي جنوب شرقي ونحن قادرون على قياس التغيرات في تركيز تجمع المحيطة من DOM ردا على إضافة المواد المغذية. ولكن، مع هذا النهج ليس من الممكن أن أعلق على أي مكون من تجمع DOM انخفضت فعلا أو زادت أكثر من تغيرات في تركيز DON وDOC. نحن لا نستطيع أن نتبين إذا كان شكل معين من DON على سبيل المثال، التي يتم استهلاكها بشكل تفضيلي مع إضافة NO 3 -. يمكن أن يعزى إلى أشكال وفيرة للغاية والمتاحة من دون (مثل الأحماض الأمينية) التي تم تعديلها بما فيه الكفاية لتغيير التركيز الكلي التغييرات. ومع ذلك، فإن هذا النهج القائم على الحقل يمكن أن يقترن بسهولة مع عالية الدقة طرق الكيمياء التحليلية (على سبيل المثال مضان الطيفي، تحويل فورييه الأيوني سيكلوترون صدى الطيفي كتلة) لتحديد ما هي مكونات أو فئات من جزيئات تستجيب مباشرة إلى التلاعب التجريبية.

بالإضافة إلى DOM تشياللغز، والعوامل البيولوجية والبيئية الأخرى قد تؤثر على استجابة DOM إلى المواد الغذائية المضافة. لفهم هذا التفاعل المتعددة العوامل يمكن جمع بيانات ميدانية أخرى لدراسة المتغيرات الهامة الأخرى. التغيرات الزمانية في اتجاه الاستجابة DON للنترات (الشكل 3A-3F) قد يعكس التغذي مقابل عمليات عضوية التغذية يسيطر عليها. على سبيل المثال، العلاقة الإيجابية في الشكل 3A، قد يعكس نشاط الكائنات ذاتية التغذية. ومن المرجح أن مايو لا يزال هناك كافية الضوئي الإشعاع النشط الوصول إلى تيار (قبل إغلاق المظلة على ضفاف النهر) ونمط لوحظ يعكس هذه الكائنات التحول من DON إلى NO 3 - كمصدر للنتروجين، مما يؤدي إلى زيادة في DON تركيز. العلاقة السلبية لوحظ في وقت لاحق في موسم (على سبيل المثال الشكل 3E)، من المرجح أن يمثل نشاط الكائنات الحية الدقيقة متغايرة الذين التعدين DON للمحتوى الطاقة. لاختبار هذا النوع من فرضية تستند بيولوجيا، يمكن أن البحوث المستقبلية تتضمن القياسات المتزامنة من الأسهم مكانة التغذي، ومستويات النشاط الميكروبي أو تركيزات الإنزيمات، على سبيل المثال. دراسة التفاعلات DOM-نترات عبر التدرجات البيئية الأخرى، بما في ذلك الأوكسجين المذاب ودرجة الحرارة، يمكن أن يساعد على إلقاء الضوء على دور المعلمات الفيزيائية والكيميائية الأخرى في قيادة البيوجيوكيميائية جانب من DOM والنترات.

اختيار منخفض NO 3 - تيارات أساسية لنجاح هذه التجارب، والإبقاء على القدرة على قياس التغيرات في التجمع DON. الدراسات دراسة التفاعل بين NO 3 - وDON على سبيل المثال، يجب أن يحدث في مجاري حيث NO 3 - تشكل أقل من 50٪ من تجمع TDN. يتم تقليل دقة قياس DON عبر الطرح كثيرا عندما NO 3 - يساهم كبير جدا جزء منتجمع TDN منذ هناك مصطلح الخطأ المضاعف المحيطة القياسات DON التي تنتج من تحليل TDN، NO 3 - وNH 4 +. مثل هذه الظروف دون المستوى الأمثل يمكن أن يؤدي إلى تركيزات DON السلبية. وبالتالي هذه التقنية قد تكون محدودة في النظم التي يعانون من ضعف بشكل كبير من قبل NO 3 - مثل مصبات الأنهار.

على الرغم من أن تيارات أكبر والأنهار الحالية الخاصة بها مجموعة من التحديات، قد تكون هذه الطريقة تنطبق على أنظمة العليا. على سبيل المثال، تانك وآخرون. 5 أجريت تجربة نبض المغذيات في ال 7 -order نهر الأفعى العليا في وايومنغ لدراسة حركية امتصاص N. غير عضوي متحلل قد يكون هناك طرق لإجراء تجارب مماثلة في أي من البحيرات والتربة أو المياه الجوفية. ومع ذلك، فإن مثل هذه التجارب هي صعبة بسبب التحديات المرتبطة تعريض النظام إلى التدرج من تركيزات المواد الغذائية أو تحتوي على وحدات تجريبية بطرق مصغرةاآلثار اضطراب والتحف الفنية التجريبية. هذه هي واحدة من مزايا استخدام النظم الإيكولوجية تيار لهذه الأنواع من التجارب المتلاعبة. ومع ذلك، يمكن تطوير أساليب مماثلة لغيرها من النظم الإيكولوجية، وخاصة أنظمة تنال من الإفراط N تحميل (مثل مصبات الأنهار)، آثار إدارية هامة كما أن نبدأ في فهم الطرق التي أشكال مختلفة من N بالسيارة الإثراء الغذائي والطحالب السامة في المياه الساحلية .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium Nitrate Any Any
Sodium Chloride Any Any Store purchased table salt can be used as well, however, it does contain trace levels of impurities
Whatman GFF glass-fiber filters Any Any
BD Filtering Syringe Any Any
EMD Millipore Swinnex Filter Holders Any Any
Syringe stop-cock Any Any
YSI Multi-parameter probe Yellow Springs International 556-01
Wide mouth HDPE 125 ml bottles Any Any
60 ml HDPE bottles Any Any
20 L bucket Any Any
Field measuring tape Any Any
Lab labeling tape Any Any
Stir stick Any Any
Cooler Any Any
Sharpie pen Any Any
Field notebook Any Any
Tweezers Any Any
Zip-lock bags Any Any

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

Wymore, A. S., Rodríguez-Cardona, B., McDowell, W. H. Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems. J. Vis. Exp. (116), e54704, doi:10.3791/54704 (2016).More

Wymore, A. S., Rodríguez-Cardona, B., McDowell, W. H. Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems. J. Vis. Exp. (116), e54704, doi:10.3791/54704 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter