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Environment

을 통해 유기 물질 생지 화학을 용해의 이해 doi: 10.3791/54704 Published: October 29, 2016

Summary

용존 유기 물질은 에너지와 생태계를 스트리밍 할 영양소의 중요한 소스를 제공합니다. 여기에서 우리는 쉽게 복제 영양 펄스를 통해 현장의 용존 유기 물질의 주변 풀을 조작 할 수있는 필드 기반 방법을 보여줍니다.

Introduction

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용존 유기물 (DOM)은 생태계 민물 중요한 에너지와 영양소 소스를 제공하고 0.7 μm의 필터를 통과 유기 물질로 정의된다. 수중 생태계 내에서, DOM은 광 감쇠 및 금속 착물에 영향을 미칠 수있다. DOM이 다양한 관능기를 가진 유기 화합물뿐만 아니라, 질소 (N)와 인 (P) 등의 필수 영양소가 매우 다양하고 균질 혼합물이다. 용어 "DOM은"자사의 C, N과 P 구성 요소를 포함하여 전체 풀을 설명하는 동안, 그 농도는 용존 유기 탄소 (DOC)로 측정된다. DOM을 풀의 고유 분자 복잡하지만, 그 연구에 어려움을 만듭니다. 예를 들어, 용해 된 유기 질소 (DON) 및 용해 된 유기 인 (DOP) 등의 유기 영양소 구성된 전체 DOM 풀의 비율을 측정 할 수는 없습니다. 대신, 유기 영양분의 농도 차이에 의해 결정되어야한다 (

스트림에 현실적인 DOM의 개정을 추가로 인해 주변 DOM 풀의 다양성 어렵다. 이전의 연구는 하나의 탄소 소스를 추가 한 (예를 들어 포도당, 요소 1) 또는 잎 쓰레기 침출수 2와 같은 특정 소스 분야의 농도를 조작합니다. 그러나 이러한 소스는 주변 DOM 풀 특히 대표하지 않습니다. 수정 또는 후속 실험을위한 주변 DOM도 처리 중에 특정 분수 (예를 들어, 매우 불안정한 구성 요소)의 손실을 포함하여 어려움을 가공한다 집중하려고합니다. 그 결과, 우리는 현재 직접 주변 DOM 풀을 조작하는 임의의 방법을 가지고 있지 않기 때문에 주변 DOM 풀 컨트롤을 이해하는 것은 곤란하다. 그러나, DOM의 생지 화학은 (일반적으로 환경에있는 영양소에 연결되어 있기 때문에 예를 들면 니트속도 [NO 3 - 3), 우리는 생태계를 스트리밍 이러한 조작에 DOM 풀의 반응을 측정하는 다른 용질을 추가 할 수 있습니다. DOM을 풀 우리가 DOM은 환경 조건 변동에 반응하는 방식에 더 나은 통찰력을 얻을 수 있도록 노력하겠습니다 실험적으로 부과 영양소 농도의 넓은 범위에 응답하는 방법을 검토하여.

일반적으로 스트림 생지 화학에 사용되는 한 가지 방법은 영양소 부가 방법이다. 보조제 이외에 실험 전통적 흡수 동력학 또는 첨가 용질 -4,5,6,7-의 거동을 이해하는 데 사용되어왔다. 영양 추가는 여러 년 (8)의 과정을 통해 일 규모 4 또는 장기 조작에 시간 6 일 단기 될 수 있습니다. 영양 추가는 동위 원소 영양분을 표지 포함 할 수있다 (예를 들어 15 N-NO 3 -) 생지 화학적 반응을 통해 추가 영양분을 추적. 그러나, 동위 원소 기반 연구는 종종 EXPE 있습니다nsive 및 동위 원소 표지 된 영양분이 유지 될 수있는 다수의 저서 구획의 도전적인 분석 (예 : digestions)이 필요합니다. 최근의 실험은 현장 생지 화학 반응에서 실시간으로 검사하는 의해 새로운 방법을 공개, 이러한 DOM 9,10와 같은 비 첨가하고, 주변 용질의 컨트롤을 규명하기 위해 단기 영양 펄스의 유틸리티를 밝혔다. 여기에 우리가 설명하고 매우 다양한 DOM 풀에 C와 N 특히 컨트롤의 결합 생지 화학을 이해하는 목적으로 단기 영양 펄스를 수행의 핵심 방법론적인 단계를 보여줍니다. 이 쉽게 재현 방법은 실험 스트림 도달하는 영양소 펄스를 추가하고 조작 용질 관심 응답 변수 (예 DOC, DON, DOP) 모두의 농도의 변화를 측정하는 것을 포함한다. 직접 현장에서 영양소 농도를 조작함으로써 우리는 간접적으로 DOM을 변경 할 수 있습니다수영장과 검사 방법 영양소 농도 (10)의 동적 범위에 걸쳐 DOM 농도 변화.

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Protocol

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1. 식별 및 이상적인 실험 스트림 도달 특성화

  1. 실험 스트림에 도달은 용질 (11)과 생물학적 이해가 발생할 수있는 충분한 길이의 완전한 혼합을 촉진하기에 충분히 긴 있는지 확인합니다. 리치 길이는 스트림과 실험에 따라 다를 수 있습니다. 작은 일차 상류 스트림에서 (시스템을 필요로하는 경우 또는 그 이상) 길이가 방전 스트림의 다른 물리적 특성에 따라 20-150m 다를 수 있습니다 도달한다.
    1. 그들은 용질 최소 유량 부와 첨가 액을 희석 지류의 전방 이동을 지연과 같은 실험으로부터 도달 큰 풀을 제외. 높은 방전이 더 긴 범위를 요구할 수 있습니다 동안 낮은 방전 시간은 범위의 길이를 단축이 필요할 수 있습니다.
    2. 추가 된 용질의 혼합을 용이하게하기 위해 리플 위의 실험 스트림 범위의 상단에 위치를 확인합니다. 이것은 또한 사이트 될 것입니다. 실험 스트림의 맨 아래도달 흐름 (도 1)을 수축하고, 총 유량의 약 90 %를 나타내는 위치를 식별한다. 이는 시료 채취 부위 일 것이다.

그림 1
그림 1 :. 흐름의 대부분이 수축과 스트림 채널 및 저서 생물의 방해없이 쉽게 접근 할 경우 다운 스트림 샘플링 사이트의 예 이상적인 샘플링 사이트입니다. 여기에 나무 부스러기의 타락 한 조각이 작은 일차 상류 스트림이 샘플링 포인트를 만들었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. manip 필요한 용질의 질량을 계산하기 위해 이전의 실험에 관심있는 용질의 방전 측정 및 배경 영양소 농도를 구하는ulations. 단계 2.2.1에서 계산을 참조하십시오.
    1. 조작의 대상 용질에 대한 배경 농도 데이터를 얻습니다 (예 : NO 3 -)과 염소 (CL -) 종종 보수적 인 추적자로 사용됩니다. 샘플링 역 영양소 펄스의 도달 펄스가 통과하는 속도를 나타내는 전도도의 변화를 추적하기 위해,이 실험의 맥락에서 보수 트레이서를 사용한다. 전도도, 또는 특정 전도, 보수적 인 추적자의 농도에서 현장의 변화에 대한 대리입니다.
    2. 이러한 도달 폭과 깊이, 온도, pH 및 용해 된 산소와 같은 보조 데이터를 수집하여 실험 도달 물리 치료사의 화학적 성질을 특성화.
      1. 전 또는 즉시 저서 O를 최소화하기 위해 실험 후 환경 프로브 (예, 폭, 깊이), 하루의 사용으로 제조 될 수없는 측정을 수행스트림 채널 내 R 화학 방해. 등거리 횡단의 실험 범위 (예 : 매 10m) 폭과 최소 3 깊이 측정 평가 될 수있다 (예를 들어 오른쪽 은행, thalweg, 왼쪽 은행)를 나눕니다. 이러한 데이터는 생지 화학 측정에 스트림의 물리적 특성을 연결하는 가치와 연구진은 또한 영양 흡수 동역학 및 매개 변수 (6)을 계산에 관심이 있다면.

실험 2. 준비

  1. 아래의 설명 방정식을 사용하여 조작에 필요한 용질의 질량 (kg)을 결정합니다.
    참고 : 예를 아래 NO 3 질산염 기반 실험에 적용 - 질산 나트륨의 형태로 (에 NaNO 3)와 배경 위에 배의 타겟 증가를 가정 (방정식 킬 패트릭과 콥 (12)의 그 기반으로). 이 예제에서는 다음과 같은 가정은 입술로되었습니다배경 조건에 pect : 방전 = 10 L / 초; [CL]은 10 ㎎ / ℓ를 =; [NO 3 - 50 μg의 N / L를 =. 실험 중 변동으로 인해, 필요한 입력 데이터를 조정합니다.
    1. 대상 증가 (식 1)을 계산한다 :
      대상 [NO 3 - μg의 N / L] 증가 = 예상 배경 [NO 3 - μg의 N / L] * 대상 증가
      150 μg의 N / L = 50 μg의 N / L * 3
    2. 총 원자 질량 플럭스 (식 2)를 계산한다 :
      총 원자 질량 플럭스 - [- μg의 N / L NO 3] 증가 (NO 3 μg의의 N)는 30 분 * 60 초 * Q (L / 초) * 대상을 = 없음
      용질 피크 (12)의 추정 기간은 어디에서 30 분 및 Q는 방전입니다
      2 700 000 μg의 N = 30 분 * 60 초 * 10 L / s의 * 150 μg의의 N / L
    3. 전체 분자 질량 플럭스 (수학 식 3)을 계산한다 :
      총 분자량 플럭스 (NO 3 - μg의의 N) = 총 원자 질량 플럭스 (NO 3 - μg의의 N) / 원자 질량 (14) * 분자 우리ight (85)
      어디 원자 질량은 N을 참조하여 분자량 나노 3을 의미한다.
      16,392,857.14 μg의 N = 2,700,000 μg의 N / (14 * 85)
    4. (식 4)를 추가 질량을 계산한다 :
      (- μg의의 N NO 3) / 1백만g / μg의 질량 = (g) 총 분자량 플럭스를 추가하려면
      16.39 g 나노 3 = 16,392,857.14 μg의 N / 1,000,000그램 / μg의
      참고 : 보수적 인 추적 (예 : 염화 나트륨)을 포함하여 다른 용질에 대해 위의 계산을 수행합니다. 관심있는 용질의 원자와 분자 질량을 조정해야합니다.
  2. 현장 실험에 일일 전에 모든 용질을 준비합니다. 생물학적 추적 및 보수 추적 모두의 배경 위에 세 번 (또는 원하는 금액) 주변 농도를 높이기 위해 충분한 용질을 무게. 첨가 용질의 양 AW를 생성하기에 충분한 배경 ​​농도 이상의 측정 가능한 변화를 야기하는 것이 중요추가 영양소 농도 IDE 동적 범위.
    1. 분석 저울을 사용하여 용질의 무게를 측정하고 이후 적절한 레이블 깨끗한 산 세척 고밀도 폴리에틸렌 병에 보관합니다. 생물학적 추적자의 예는 다음과 같습니다 NO 3 - : 질산 나트륨을 (에 NaNO 3); NH 4 + : 염화 암모늄 (NH 4 CL); PO 4 -3 : 인산 칼륨 (K 2 HPO 4). 그러나 생물학적 추적자의 선택은 생지 화학 질문의 기능이 요구되는 것입니다. 보수 용 트레이서 옵션 염화나트륨 및 브롬화 나트륨 (NaBr은)을 포함한다.
  3. 필드 책, 라벨 테이프와 펜, 필드 측정 테이프, 쿨러, 전도성 미터, ~ 20 L 통 큰 교반로드 (예를 들어 맥주 패, 철근, 큰 스틱), 약 50 깨끗하고 산 세척 125 ml의 높은 : 남아있는 자료를 수집 -density 폴리에틸렌 병입니다. 125 ml의 병의 # 1-50 레이블.
    참고 : L50 샘플들보다 ESS 실험에 수행 될 수 있고, 배경 샘플은 총 50 병에 포함된다.
  4. 선택적 : 현장 직원의 수에 따라 현장 샘플 필터링을 수행 (섹션 번호 5). 이 옵션이 선택되면, 필드에 50 깨끗한 라벨이 미리 산 세척 60ml를 고밀도 폴리에틸렌 병을 가져온다. 125 ml의 수집 병을 일치하도록 60 ml의 병의 # 1-50 레이블.

세트 업의 3 일

  1. 컬렉션 사이트에서 필드 전도도 측정기를 배포합니다. 상류 악기 샘플을 계기 판독을 방해하지 않는 그래서 샘플 모음을 수행 할 위치의 (약 0.5-1.0 m)를 놓습니다. 미터는 실험을하는 동안 그대로 유지됩니다. 이 샘플링 레이트를 결정하는 데 필요한 실시간 전도도 측정을 제공하기 때문에 필드 전도도 측정기 최선 여과 및 분석 순서 (5.3 및 6.1 단계) (단계 5.2 참조).
  2. 125 ml의 배경 SAMPL를 수집첨가 부위 중으로의 용액을 첨가하기 전에 실험 도달 수집 사이트 ES. 이러한 데이터는 주위의 농도를 매일 확인하고 스트림을 따라 이동할 용질 농도의 변화를 결정하는 데 사용된다. 이 데이터는 주변 스트림 화학을 연결하는 중요한되지 않습니다 - 관심의 생지 화학적 측정에 (예 : DOC NO 3 비율 13.).
  3. 수집 된 배경 샘플의 시간과 도전성을 기록한다.
  4. 이전 솔루션의 추가에 스트림의 배경 전도도를 기록합니다.

4. 추가 용질

  1. 큰 용기에 모든 시약 (16.39 g에 NaNO 3, 1,483g의 NaCl) (예를 들어 20 L 버킷)을 붓고 완전히 용질을 용해하기에 충분한 스트림 물을 추가합니다. 추가 스트림 물을 세 번 시약 용기를 씻어 솔루션 용기에 씻어 붓는다. 첨가 된 물의 양을 추적합니다.
    1. 예를 들어, 용기에 스트림 물을 부어 500㎖의 병을 사용합니다. 모든 시약이 완전히 용해 될 때까지 용액을 저어.
  2. 추가 용액 60ml를 나누어를 수집합니다. 교차 오염을 최소화하기 위해 다른 모든 샘플에서이 고농도의 시료 분리 (예 : 지퍼 잠금 가방)을 유지합니다. 이들 샘플은 용질의 정확한 질량을 첨가 결정하는 데 사용될 수있는 연산 영양소 흡수 역학 (6) 연구 프로젝트의 추가적인 목표는 이러한 경우에 샘플은 중요하다.
  3. 또한 사이트에 솔루션을 붓는다. 추가 시약의 양을 줄일 수있는 여행 래그 타임과 튀는 것을 최소화하는 부드럽고 빠르게 움직이고 용액을 부어 이렇게. 용기 및 교반 즉시 모든 시약은 스트림에 추가 된 보장 첨가 후 스트림 세번 스틱 헹군다.
    1. 솔루션이 추가 된 시간을 기록 : 시간을 : 분 : 초.
    2. 추가 추적자의 질량을 기록(예를 들어에 NaNO 3, 염화나트륨).
    3. 용액을 첨가 한 후, 흐름을 방해하지 않는다. 스트림에 따라 모든 여행 스트림 저서 생물 및 솔루션 자체가 방해되지 않도록 은행에 발생하는 것을 확인하십시오.

5. 필드 샘플링

  1. 샘플링 위치에 도달하는 용액을 기다리는 동안 오름차순 샘플 병을 주문한다. 소요 시간은 방전의 함수일 수와 길이에 도달하여 미리 결정될 수있다 것 (하루 전) 중 어느 하나의 NaCl 전용 주사 또는 (소요 시간 (14)을 설정하는데 사용될 수있다) 로다 민 염료.
    참고 : DON 테마로 한 프로젝트에서 작업하는 경우가 DON의 일종이기 때문에 로다 민 염료를 사용하지 때문에 주변 DON 풀을 변경할 경우 연구 범위에있는 남아 있습니다.

그림 2
그림 2 :용질 돌파 곡선의 예를 도식 (BTC)은. BTC 시간 이상의 용질 농도의 변화를 나타내고, 스트림에 추적자 통과 생화학 사이클을 설명 할 수있다. 잡아 샘플 상승과 BTC의 하강 사지 모두에 동일한 표현을 제공하는 주파수와 BTC에 걸쳐주의해야한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 샘플 컬렉션
    참고 : 오버 활 모양 시료 채취의 목적을 적절하게 곡선 (BTC) (그림 2)을 통해 휴식의 상승 및 하강 사지 모두에 따른 용질 농도의 변화를 표현하는 것입니다.
    1. (전도도의 증가를 통해 검출) 솔루션의 도착에, 샘플링 지점에서 물의 주요 흐름으로 125 ㎖의 병을 들고하여 BTC에 걸쳐 125 ml의 병 샘플을 수집합니다. 빨리LY 스트림 물 병을 씻어 하류 씻어 버리고 다음 샘플을 채취. 쿨러에 모자 샘플과 장소.
    2. 필드 표 (표 1)에 BTC 따라 취한 각 샘플의 전도도 (초 : 분 시간을) 시간을 기록한다.
    3. (예를 들어, 1 분 간격) 시간에 따라 또는 속도로 전도도 변화에 따라 샘플을 수집합니다. 예를 들면, 도전성을 빠르게 변화되는 경우, 시간 샘플들이 매 50-10 분을 취할 수있는 도전 느린 변화까지 30-60 초마다 샘플링. 도전성에 기초한 간격 들어, 전도성 변화되는 속도에 따라 각 단위 15-30 샘플을 채취.
    4. 배경 또는 배경 조건의 5 μS / ㎝ 내 전도도가 반환 될 때까지 샘플. 샘플 수집 간격만큼 BTC 잘 잡아 샘플로 표현 된 바와 같이 실험 동안에 조정될 수있다.
병 # 특정 컨덕턴스 시각 노트
1 시간 : 분 : 초 예를 들어, 배경 (다운 스트림)
예를 들어, 배경 (다운 스트림)
4
(5) 피크 전도의 예를 들어 샘플
.
.
.
최고 병 #

표 1PField책 예제 ​​페이지 랩 도서 및 필수 정보에서

  1. 샘플 필터링
    참고 : 샘플의 필터링 현장에서 또는 실험실로 돌아에 하나 발생할 수 있습니다.
    1. 도도의 피크 때까지 특정 전도성을 오름차순의 순서로 상승 사지에서 필터 샘플. 실험은 비전 도도의 오름차순 떨어지는 사지에서 끝날 필터 샘플들에 대해 (즉, 마지막 샘플에서 시작하여 최고 도도 향해 뒤쪽 일) 기다린다.
      참고 : 샘플이 순서는 샘플 사이에 교차 오염을 최소화하고 적절하게 (단계를 참조 각 샘플 사이에 세척하는 필터 주사기 및 필터 홀더만큼 사용되는 동일한 필터 주사기 및 필터 홀더를 허용 5.3.2- 5.3.4).
    2. 60 ML의 주사기 후 가까운 스톱 콕에서 플런저를 제거합니다. 주사기에 샘플 ~ 10 ml에 붓고 주사기 플런저를 반환합니다. 그 샘플 있도록 주사기를 흔들어주사기의 내부 벽을 빨고. 첨부 주사기 - 필터 홀더와 오픈 스톱 콕합니다. 필터 홀더를 통해 샘플을 누르고 씻어 버린다.
    3. 플런저와 가까운 스톱 콕을 제거합니다. 주사기에 샘플 ~ 30 ml에 붓고 주사기 플런저를 반환합니다. 오픈 주식 수탉과 ~ 10 ml의 필터 홀더를 통해 60 ml의 샘플링 병에 추방. , 병 캡 여과 액과 소용돌이 버린다. 3 린스의 총에 대해이 단계를 반복합니다. 이것은 어떤 불순물이 60 ml의 샘플 병에서 제거하고 벽이 샘플로 코팅되어 있는지 확인합니다.
    4. 플런저와 가까운 스톱 콕을 제거합니다. 주사기에 샘플 ~ 60 ml에 붓고 주사기 플런저를 반환합니다. 필터 홀더를 통해 60 ml의 샘플 병에 샘플을 누릅니다. 냉동하면 병의 균열을 방지하기 위해 어깨에 병을 채 웁니다. 쿨러에 모자 병 및 장소.
    5. 나머지 모든 샘플에 대한 단계를 반복 5.3.2-5.3.4. 상승과 오염을 최소화하기 위해 사지 샘플 떨어지는 사이에 필터를 변경합니다. 다시 같은 날에 얼음에 실험실에 전송 샘플.

실험실 분석 6. 준비

  1. 샘플의 필터링이 실험실에서 발생하는 경우 섹션 5.3.1에 설명 된대로, 프로토콜을 따르십시오. 상승 및 전도성을 증가 위해 BTC의 사지를 내림차순 모두에서 필터 샘플. 사지를 상승 및 하강 사지 샘플 사이의 필터를 변경합니다.
  2. 분석 할 때까지 -20 ° C에서 필터링 된 샘플을 고정.
  3. 분석 시설은 고농도의 시료를 처리하기 위해 장착되어 있는지 확인합니다.
    참고 : 일부 실험실은 고도로 농축 된 샘플을 실행하려면 갖추고 있으므로주의해야한다 상관하지 않습니다. 캡처 준비 표준을 통합 예상 용질 농도의 높은 끝이. 고농도 표준 조작 용질 농도의 예상 범위를 포착하는 표준 곡선을 보장하는 것을 도울 것이다.
  4. 샘플 분석낮은 모든 분석 기기에 높은 전도성합니다. 높은 비 전도성 낮은에서 샘플을 주문하면 높은 소금 / 영양 샘플로 낮은 소금 / 영양 샘플의 오염을 방지 할 수 있습니다. 이것은 상승 및 하강 사지에서 샘플 시퀀스에 대해 혼합 의미한다.
    1. 용질 분석의 정확한 조합이 연구 문제의 함수일 것이다 비록 총 용존 유기 탄소, 총 용존 질소, 질산 암모늄을위한 샘플 분석 (예 Wymore 외. 10 참조).

7. 데이터 분석

  1. 단순한 선형 회귀를 사용하여 데이터를 분석한다. 독립 변수가 추가 영양분의 농도이며, 종속 변수 중 하나 또는 DOC DON로서 DOM 농도이다. 그림의 각 점은 획기적인 곡선과 그 샘플의 영양소와 DOC / DON 농도에서 하나 잡아 샘플을 나타냅니다.

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Representative Results

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그림 3
그림 3 :. 질산염에서 예 결과 (NO 3 -) 응답 변수로 용존 유기 질소 (DON)와 추가 분석은 선형 회귀이다. 별표 α = 0.05에서 통계적 유의성을 나타냅니다. 영양 펄스 방법으로 달성 된 농도 - NO 3의 동적 범위를합니다. 다른 패널 개월 사이트에서 다른 실험을 나타냅니다. 사이트 약어는 세 가지 실험 스트림 (10)을 참조하십시오. 음의 상관 관계가 에너지 원으로 DON의 역할을 반영하는 것으로 해석하면서 긍정적 상관 관계는 영양원으로서 DON의 역할을 반영하는 것으로 해석된다. 유의 한 관계 결과 실험이 아닌 응답 DON 풀을 반영하기 위해 중 하나로 해석됩니다 (즉, 높은 RECAlcitrant) 또는 영양소 기반 프로세스 및 에너지 기반의 프로세스 오프 설정되어있다. Wymore 등의 알을 참조하십시오. 10 결과의 추가 논의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4 :. 질산염에서 예 결과 (NO 3 -) 응답 변수로 용존 유기 탄소 (DOC)와 추가 분석은 선형 회귀이다. 별표 α = 0.05에서 통계적 유의성을 나타냅니다. 다른 패널 개월 사이트에서 다른 실험을 나타냅니다. 사이트 약어는 세 가지 실험 스트림 (10)을 참조하십시오. 실험의 대부분에 걸쳐 주변 DOC 풀에 유의 한 변화는 관찰되지 않았다. 부정적인 결과가를 공개 할 수있다한판 승부 생지 화학적 과정을 결합. Wymore 등의 알을 참조하십시오. 10 결과의 추가 논의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

NO 3의 현장 조작에 직접적인을 통해 -. 우리는 NO (3) 사이의 상호 작용을 조사 연구에서 3은 결과를 그림 간접적으로 주위 DOM 풀의 생지 화학적 컨트롤에 대한 통찰력을 제공하는 DOM 풀의 농도를 변경 할 수 있었다 - 그리고 DON 10. (때문에 배경 용질 농도의 변화에) 실험을 통해 변화하는 고용 증가의 정확한 크기 NO 3의 충분히 큰 기울기는하지만 - 영양뿐만 아니라 접근 방식을 통해 만들어졌습니다. 새로운 Hampsh 세 유역에서의 실험이 집합에서분노, 미국, 우리는 상류 스트림에 DON의 생태 학적 역할에 대해 추론을 할 수 있습니다. 유기 영양소로서, DON은 에너지 원 (탄소) 또는 질소 원으로서 하나로서 기능 할 수있다. 이러한 낮은 NO 3 - 스트림, 우리는 영양원으로서의 이용을 반영 DON 농도의 증가를 해석했다. NO 3과 N의 고 가용성 양식 미생물 커뮤니티를 제공함으로써 - 지역 사회는 새로 사용 가능한 형태로 DON에서 이동했다. 이것은 이전 DON 분리 가설 (15)로 지칭되고있다. 대조적으로, 우리는 이러한 질산 조작 동안 관찰 부정적 상관 관계는 에너지 원으로 DON 활용을 반영하는 것으로 해석된다. 이 종속 프로세스 패시브 탄소 차량 가설 1,15 지칭되었다. 성장시기에 걸쳐 DON의 높은 변수 응답은 DON 추가 영양소에 응답하는 방법에 성수기를 제안합니다. 이러한 데이터의 일부를 제공한다DON은 하천 생태계 내에서 제공하는 생태 학적 역할에 대한 첫 번째 필드 기반의 실험 결과.

이러한 생태계 조작에서 부정적인 결과는 생지 화학 과정에 대한 통제와 관련하여 공개된다. 예를 들어,도 4는 NO 3의 첨가에 주위 DOC 풀에서 측정 가능한 반응을 보이지 않는다 -. 이 DOC의 주변 풀 (bioreactive하지 예) 매우 완강히 저항하는 것을 의미한다. 영양 펄스 반복 예를 들어, 성장시기에 걸쳐 수행 될 때, 우리는 언제 어떻게 DOM 풀의 다른 분수는 수중 미생물 커뮤니티에서 사용하는 약 추론과 결론을 만들 수 있습니다. 이러한 조작 생태계 규모의 실험을 통해 우리는 추가 영양소의 동적 범위에 걸쳐 DOM 풀의 특정 분수 사이의 상호 작용을 식별 할 수 있었다. 특히, 이러한 결과는 제안 그 N - 풍부 분획독립적으로 DOM 풀 사이클의 C가 풍부한 분수와 생태 및 생지 화학 컨트롤 (16, 17)의 고유 한 설정을 가질 수있다. 영양소 첨가 방법을 사용하여, 우리는 강력한 증거만을 이전 실험실 배양 18,19 관찰되었다 DON의 불안정성의 패턴 지원 수기 필드 기반 데이터를 제공 할 수 있었다.

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Discussion

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영양소 펄스 방식의 목적은, 여기에서 제시된 바와 같이, 특징 및 부가 무기 양분의 동적 범위에 걸쳐 주변 스트림 물 DOM의 매우 다양 풀의 반응을 정량화한다. 첨가 용질 충분히 반응성 용질의 농도가 증가하면, 많은 추론 공간 DOM의 생화학 사이클이 양분 농도에 연결되는 방법을 이해하는 생성 될 수있다. 이 고원 스타일의 추가와 관련된 기계의 어느 것도 (예 : 연동 펌프)를 포함하지 않고 고가의 동위 원소 기술을 포함하지 않는이 영양소 펄스 방식은 이상적이다. 이러한 조작을 쉽게 재현 여러 실험 하루 동안 수행 될 수있다. 우리는 단일 스트림의 입지 조건을 같은 날에 실험을 복제하는 경우, 추가 몇 시간에 의해 분리되는 잔여 용질의 충분한 세척을 허용하는, 그러나 권장 않습니다.

일에서ESE 생태계 조작 우리는 영양분의 첨가에 응답하여 DOM의 주변 풀의 농도 변화를 측정 할 수있다. 그러나이 방법으로는 언급 할 수없는 어떤 실제로 DON과 DOC의 농도의 변화 이상 감소 또는 증가 DOM 풀의 구성 요소에. 이 예 DON의 특정 형태 인 경우, 우리는 우선적 NO 3의 추가로 소모되며, 식별 할 수있다 -. 변경 사항은 전체 농도를 변경하는만큼 변경 한 DON의 매우 풍부하고 사용 가능한 형태 (예 : 아미노산)에 의한 수 있습니다. 그러나,이 필드 기반 접근 용이 성분 또는 분자 클래스 직접 실험 조작에 대응하는지 결정하는 (예를 들어, 형광 분광법, 푸리에 변환 이온 사이클로트론 공진 질량 분광법) 고해상도의 화학 분석 방법과 쌍을 할 수있다.

DOM 체에 추가Mistry의는 다른 생물학적 환경 요인은 추가 영양분을 DOM의 응답에 영향을 미칠 수있다. 다른 필드 데이터는 다른 중요한 변수를 조사 수집되는 이러한 다단계 상호 작용을 이해한다. 질산 (도 3A-3F)에 DON 응답의 방향을 시간적으로 변화가 종속 지배 공정 대 독립 영양 반영 할 수있다. 예를 들어,도 3a에 양의 관계는, 독립 영양 생물의 활동을 반영 할 수있다. 월이 스트림 도달 충분한 광합성 활성 방사선 (수변 캐노피 폐쇄 이전에) 아직 상기 관찰 패턴 NO 3 DON에서 변속이 유기체 반영 가능성 - DON의 증가를 초래 질소 그들의 소스로서 집중. 시즌 (예를 들어 그림 3E)의 뒷부분에서 관찰 된 음의 관계는 가능성이 D 광업하는 종속 영양 미생물의 활동을 대표하는에너지 콘텐츠에 대한 ON. 생물학적 계 가설이 유형의 테스트하기 위해 앞으로의 연구는 예를 들어, 독립 영양 서 재고 동시 측정 미생물의 활동 수준 또는 효소의 농도를 포함 할 수있다. 용존 산소 및 온도를 포함하는 다른 환경 구배에 걸쳐 검사 DOM-질산 상호 작용은 DOM 질산염의 결합 생지 화학 구동 다른 물리 치료사 화학적 파라미터의 역할을 규명하는 데 도움이 있었다.

낮은 NO 3의 선택 - 스트림은이 실험의 성공에 필수적이며 DON 풀의 변화를 측정 할 수있는 능력을 유지. TDN은 풀의 50 % 미만을 차지한다 - NO 3 사이의 상호 작용 조사 연구 - NO 3 곳, 예를 들면 및 DON는 스트림에서 발생하지 않습니다. 의 너무 큰 분획 기여 - DON 감산을 통해 측정의 정밀도가 크게 NO 3 때 감소및 NH 4 + - TDN, NO 3의 분석 결과 DON 측정 주변 곱셈 오차항이 있기 때문에 TDN 풀. 이러한 하위 최적의 조건은 부정적인 DON 농도가 발생할 수 있습니다. 이러한 하구로 - 따라서이 기술은 크게 NO 3에 의해 손상되어 시스템에서 제한 될 수 있습니다.

큰 스트림 강 도전 자신의 세트를 제공하지만,이 방법은 고차 시스템에 적용 할 수있다. 예를 들어, 탱크 등. 5 호수, 토양 또는 지하수 중 하나에서 유사한 실험을 수행 할 수있는 방법이있을 수 있습니다 용존 무기 N.의 흡수 동력학을 검토 와이오밍 위 스네이크 리버 - 오더 7 일에 영양 펄스 실험을 수행 하였다. 그러나, 실험에 의한 저 미니 가지 실험 장치를 양분 농도 구배에 시스템을 노광하거나 함유 관련된 문제 어렵다숙지시키고 중단 및 실험 유물. 이 조작 실험 이러한 종류의 스트림 생태계를 사용하는 장점 중의 하나이다. 우리는 N의 다른 형태는 연안 해역의 부영양화 및 독성 조류 꽃을 구동하는 방식을 이해하기 시작 그럼에도 불구하고, 다른 생태계에 대한 유사한 방법, 과도한 N로드 (예를 들어 하구)에 의해 손상, 특히 시스템의 개발은 중요한 관리 영향을 미칠 수 .

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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

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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).
을 통해 유기 물질 생지 화학을 용해의 이해<em&gt; 현장에서</em&gt; 스트림 생태계에서 영양소 조작을
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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).

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