Waiting
Login processing...

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

Environment

溶存有機物生物地球化学を理解します doi: 10.3791/54704 Published: October 29, 2016

Introduction

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

溶存有機物(DOM)は、生態系を淡水する重要なエネルギー及び栄養源を提供し、0.7μmのフィルターを通過する有機物として定義されます。水界生態系の中では、DOMは、光の減衰と金属錯体形成に影響を与えることができます。 DOMは、種々の官能基を有する有機化合物、並びに窒素(N)とリン(P)などの必須栄養素の非常に多様かつ不均一な混合物です。用語「DOM」はそのC、NおよびP成分を含むプール全体を説明しているが、その濃度は、溶存有機炭素(DOC)として測定されます。 DOMプールの固有の分子の複雑さは、しかし、その研究への挑戦を作成します。例えば、このような溶存有機態窒素(DON)と溶存有機リン(DOP)などの有機栄養素からなる総DOMプールの割合を測定する直接的な方法はありません。代わりに、有機栄養素の濃度の差によって決定されなければなりません(

ストリームに現実的なDOMの修正を追加することは、周囲のDOMプールの多様性のために困難です。以前の研究では、単一の炭素源( 例えば、グルコース、尿素1)を追加しました または落葉浸出液2のような特定のソースは、フィールド中の濃度を操作することができます。しかし、これらのソースは、周囲のDOMプールの特に代表的なものではありません。その後の実験のために周囲のDOMを絞り込むか、集中しようとすると、処理中の特定の画分( 例えば 、高度に不安定な部品)の損失を含む困難に細工されています。その結果、我々は、現在、直接周囲DOMプールを操作する任意の方法を持たないように、周囲のDOMプールのコントロールを理解することは困難です。しかし、DOMの生物地球化学は、 例えば 、NIT(一般的な環境で見つかった栄養素にリンクされているので、レート[NO 3 - ] 3)、私たちは生態系をストリーミングし、これらの操作にDOMプールの応答を測定する他の溶質を追加することができます。 DOMプールは、我々はDOMは環境条件の変動にどのように応答するかをより深い洞察を得るために願って実験的に課せられた栄養広範囲の濃度にどのように応答するかを調べることによって。

一般的にストリームの生物地球化学に使用される1つの方法は、栄養添加方法です。栄養添加実験は、伝統的に取り込み速度または添加溶質4,5,6,7-の運命を理解するために使用されてきました。栄養添加物は、複数年8にわたって日スケール4、または長期的な操作に時間6に短期的であることができます。生物地球化学反応を介して追加された栄養素をトレースする-栄養添加物はまた、同位体標識された栄養素( 例えば、15 N-NO 3)を含むことができます。しかし、同位体ベースの研究は、多くの場合、EXPEですnsiveと同位体で標識された栄養素を保持することができる複数の底生区画の挑戦的な分析( 例えば消化)が必要です。最近の実験はその場生物地球化学的反応リアルタイムに検討することにより、新しい方法を明らかにし、そのようなDOM 9,10-などの非添加し、周囲の溶質上のコントロールを解明する短期的な栄養パルスの有用性を明らかにしました。ここでは説明し、非常に多様なDOMプールでCとNと特異的にコントロールの結合された生物地球化学を理解することを目的とした短期的な栄養パルスを実施するための鍵の方法論の手順を示しています。この簡単に再現性のある方法は、実験的なストリームリーチに栄養パルスを追加し、操作溶質と関心の応答変数( 例えば DOC、DON、DOP)の両方の濃度の変化を測定することを含みます。直接その場で栄養濃度を操作することによって、我々は間接的にDOMを変更することができます栄養濃度10のダイナミックレンジ全体でどのようにDOMの濃度変化をプールし、検討します。

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).
溶存有機物生物地球化学を理解します<em&gt;その場で</em&gt;ストリーム生態系における栄養操作を
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