Waiting
Login processing...

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

Environment

Sayesinde Organik Madde biyojeokimya Çözünmüş Anlamak doi: 10.3791/54704 Published: October 29, 2016

Summary

Çözünmüş organik madde, enerji ve ekosistemler akarsu besin önemli bir kaynak sağlar. Burada kolayca tekrarlanabilir besin darbeleri ile yerinde çözünmüş organik maddenin ortam havuzu işlemek için bir alan bazlı yöntemi göstermektedir.

Introduction

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

Çözünmüş organik madde (DOM) ekosistemlerin tatlı su, önemli bir enerji ve besin kaynağı sağlar ve 0.7 um'lik bir filtreden geçer organik madde olarak tanımlanır. Sucul ekosistemlerde içinde, DOM da hafif zayıflama ve metal komplekslenmeyi etkileyebilir. DOM çeşitli işlevsel gruplar ile organik bileşikler, yanı sıra, azot (N) ve fosfor (P) ve temel besin oldukça çeşitli ve heterojen bir karışımıdır. şekliyle "DOM" C-, n ve p bileşenleri de dahil olmak üzere tüm havuzun açıklanmış olsa da, konsantrasyonu çözünmüş organik karbon (DOC) olarak ölçülür. DOM havuzunun doğal moleküler karmaşıklığı ancak, onun çalışmaya zorluklar yaratır. Örneğin, çözünmüş organik azot (DON) ve çözünmüş organik fosfor (DOP) gibi organik besin oluşan toplam DOM havuzunun kısmını ölçmek için doğrudan bir yol yoktur. Bunun yerine, organik besin konsantrasyonu farkı ile tespit edilmelidir (

Bir dere gerçekçi bir DOM değişikliği ekleme nedeniyle ortam DOM havuzu çeşitliliği zordur. Önceki çalışmalar tek karbon kaynakları ekledik (örneğin glikoz, üre 1) veya yaprak çöp sızıntı suyu 2 gibi belirli bir kaynak alanında konsantrasyonlarını işlemek için. Ancak, bu kaynaklar ortam DOM havuzu özellikle temsilcisi değildir. Rafine ya da sonraki deneyler için ortam DOM de işlem sırasında bazı fraksiyonların (örneğin yüksek kararsız bileşenler) kaybı da dahil olmak üzere zorluklarla dövme olduğunu konsantre çalışılıyor. Sonuç olarak, biz şu anda doğrudan ortam DOM havuzu işlemek için herhangi bir yöntem sahip olmayan gibi ortam DOM havuzu kontrolleri anlamak zordur. Ancak, DOM biyojeokimya (genellikle ortamında bulunan besin bağlantılı olduğundan örneğin sirkeoranı [NO 3 -] 3), biz ekosistemleri akarsu ve bu manipülasyonları DOM havuzun tepkisini ölçmek için diğer çözünen maddeleri ekleyebilirsiniz. DOM havuz biz DOM çevre koşullarına dalgalanan nasıl tepki daha iyi fikir edinmek için umut deneysel dayatılan besin konsantrasyonları geniş bir yelpazede nasıl tepki vereceğini inceleyerek.

yaygın akış Biyojeokimya kullanılan bir yöntem, bir besin ilavesi yöntemidir. Besin ilave deneyler geleneksel alım kinetik veya ilave çözünen 4,5,6,7 kaderini anlamak için kullanılmıştır. Besin eklemeler birden yıl 8 boyunca günlük ölçeğinde 4 veya daha uzun vadeli manipülasyonlar hr 6 kısa vadeli olabilir. Besin eklemeler de izotopik besinleri etiketli dahil (örneğin 15 N-NO 3 -) biyokimyasal reaksiyonlar yoluyla eklenen besin izlemek için. Ancak, izotop tabanlı çalışmalar genellikle expe vardırnsive ve izotopik olarak etiketlenmiş besinler tutulabilir birden bentik bölümlerinde zorlu analizleri (örneğin hazım) gerektirir. Son deneme yerinde biyokimyasal reaksiyonlarda gerçek zamanlı incelemek için yeni bir yol ortaya gibi DOM 9,10 olarak olmayan ilave edilir ve ortam çözünenlerin kontrolleri aydınlatmak için kısa vadeli besin bakliyat programını ortaya koymuştur. Burada tarif ve çok çeşitli DOM havuzunda C ve N ve özellikle kontrollerin birleştiğinde biyojeokimya anlamak amacı ile kısa süreli besin darbeleri iletken anahtar metodolojik adımları göstermektedir. Bu kolayca tekrarlanabilir bir yöntem deneysel akışı ulaşamayacağı bir besin darbe ekleme ve manipüle çözünenin ve ilgi yanıt değişkeni (örneğin DOC, DON, DOP) hem konsantrasyon değişiklikleri ölçerek içerir. Doğrudan yerinde besin konsantrasyonları manipüle ederek dolaylı olarak DOM değiştirmek mümkünHavuz ve incelemek nasıl besin konsantrasyonları 10 dinamik aralığında DOM konsantrasyon değişir.

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. Tanımlama ve İdeal Deneysel Akış Erişim karakterize

  1. Deneysel akışı ulaşır çözünen 11 ve biyolojik alımı oluşabilir nerede yeterince uzun tam karışmasını desteklemek için yeterince uzun olduğundan emin olun. Reach uzunlukları akarsu ve deneyler arasında değişebilir. Küçük birinci dereceden akarsular ise, (sistem gerektiriyorsa veya daha uzun) uzunluğu deşarj ve derenin diğer fiziksel özelliklerine bağlı olarak 20-150 m arasında değişebilir ulaşır.
    1. Onlar çözünenlerin minimal akım bölümleri ve ekledi çözüm seyreltik kollarından aşağı hareketini geciktirir olarak, deneysel ulaşır büyük havuzlar hariç. yüksek deşarj uzun bir erişim gerektirebilir ise düşük deşarj Times ulaşmak kısalması gerekebilir.
    2. katma çözünenlerin karışmasını kolaylaştırmak için bir riffle yukarıdaki deney akışı ulaşamayacağı üstünde bir konum belirlemek. Bu ilave site olacak. Deneysel akımının alt kısmındaulaşmak akışı (Şekil 1) sıkıştırılır ve toplam akışın yaklaşık% 90 için temsili bir konumu tanımlar. Bu örnek toplama sitesi olacak.

Şekil 1
Şekil 1:. Akışının çoğunluğu dar ve akarsu yatağı ve benthos bozulma olmadan kolayca erişilebilir olduğu Mansap Örnekleme Sitesi örneği ideal örnekleme sitesidir. İşte ahşap enkaz düşmüş bir parça küçük bir birinci dereceden Headwater akışında bu örnekleme noktası yaratmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

  1. Manip için gerekli eriyiklerin kütlesini hesaplamak için, deneylerden önce ilgi eriyiklerin deşarj ölçümü ve arka plan besin konsantrasyonları eldeulations. Adım 2.2.1 hesaplamalar bakınız.
    1. Manipülasyon hedef çözünen için arka plan konsantrasyon verileri elde (örneğin NO 3 -) ve klor (Cl -) genellikle muhafazakar izleyici olarak kullanılır. Örnekleme istasyonunda besin palsının varış ve darbe geçmekte olduğu oranını göstermektedir iletkenlik değişiklikleri izlemek için, bu deneyler bağlamında konservatif tracer kullanın. İletkenlik, ya da belirli iletken konservatif tracer konsantrasyonda yerinde değişiklikler için bir vekil.
    2. Böyle erişim genişliği ve derinliği, sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijen gibi yardımcı veri toplayarak deneysel ulaşamayacağı fizyo-kimyasal özelliklerini karakterize.
      1. Önce veya hemen herhangi bir bentik o en aza indirmek için deneyden sonra çevre prob (örneğin, genişlik ve derinlik), gün kullanımı ile yapılamaz ölçümleri yerineakarsu kanalı içinde r kimyasal rahatsızlık. Eşit uzaklıkta transekt deneysel erişimi (örneğin her 10 m) genişlik ve en az 3 derinlik ölçümleri değerlendirilebilir (örn sağ banka, talveg ve sol banka) bölün. Bu veriler biyokimyasal ölçümlere bir akarsuyun fiziksel özelliklerini bağlamak için değerlidir ve araştırmacılar da besin alımı kinetik ve parametreleri 6 hesaplanmasında ilgilenen varsa.

Deney için 2. Hazırlık

  1. aşağıda verilen denklem kullanılarak manipülasyon için gerekli olan çözünmüş madde kütlesinin (kg) belirler.
    Not: Aşağıdaki örnek HAYIR 3 ile nitrat tabanlı deney için geçerlidir - sodyum nitrat formunda (NaNO 3) ve arka plan üzerinde 3x hedeflenen artış varsayar (denklemler Kilpatrick ve Cobb 12 olanlar dayanmaktadır). Bu örnekte aşağıdaki varsayımlar res ile yapılmıştırArka plan koşullarına pect: deşarj = 10 L / sn; [CI] 10 mg / L =; [NO 3 -] 50 ug N / L =. deneyler arasında varyasyon nedeniyle, gerekli giriş verileri ayarlayın.
    1. Hedeflenen artış (Denklem 1) hesaplayın:
      Hedeflenen [NO 3 - mikrogram N / L] artışı = beklenen plan [NO 3 - mikrogram N / L] * hedeflenen artış
      150 mikrogram N / L = 50 ug N / L * 3
    2. toplam atom kütlesi akı (Denklem 2) hesaplayın:
      Toplam atomik kütle akışı - [- mikrogram N / L NO 3] artışı (NO 3 ug K) 30 dakika * 60 sn * S (L / sn) * hedeflenen =
      Çözünen zirve 12 kabul süresi Nerede 30 dakika ve Q deşarj
      2 700 000 mikrogram N = 30 dakika * 60 sn * 10 L / s * 150 mikrogram N / L
    3. toplam moleküler kütle akışı (Denklem 3) hesaplayın:
      Toplam moleküler kütle akışı (NO 3 - ug N) = toplam atomik kütle akışı (NO 3 - ug K) / atomik kütle (14) * moleküler bizight (85)
      Burada atomik kütle N anlamına gelir ve molekül ağırlığı NaNO 3 anlamına gelir.
      16,392,857.14 mikrogram N = 2700000 mikrogram N / (14 * 85)
    4. (Denklem 4) eklemek için kütlesi hesaplayın:
      (- Ug N NO 3) / 1.000.000 g / mg kütle = (g) toplam moleküler kütle akışı eklemek için
      16.39 gr nano 3 = 16,392,857.14 ug K / 1,000,000 g / ug
      Not: muhafazakar izleyicinin (örneğin sodyum klorür) dahil olmak üzere diğer çözünenlerin için yukarıdaki hesaplamaları izleyin. ilgi çözünen için atomik ve moleküler kitleleri ayarlamak için emin olun.
  2. tarla denemeleri için bir gün önce tüm çözünen maddeleri hazırlayın. Biyolojik izleyici ve muhafazakar izleyici hem de arka plan üzerinde üç kez (veya istenilen miktarda) ortam konsantrasyonunu artırmak için yeterli çözünenlerin tartılır. Ekledi çözünen miktarı aw oluşturmak için yeterli arka plan konsantrasyonun üzerinde ölçülebilir bir değişikliğe neden önemlidirkatma besin konsantrasyon ide dinamik aralık.
    1. analitik terazi kullanarak çözünen maddeleri tartmak ve daha sonra uygun etiketleri ile temiz asitle yıkanmış yüksek yoğunluklu polietilen şişelerde saklayın. Biyolojik izleyiciler örnekleri şunlardır: NO 3: - sodyum nitrat (Nano 3); NH4 +: amonyum klorid (NH4CI); PO4 3: potasyum fosfat (K 2 HPO 4). Ancak, biyolojik izleyicinin seçimi biyojeokimyasal sorunun bir fonksiyonu isteniyor olacaktır. Konservatif izleyiciler için seçenekler, sodyum klorür (NaCI) ve sodyum bromür (NaBr) içerir.
  3. Alan kitap, etiketleme bant ve kalem alan ölçme bandı, soğutucu, iletkenlik ölçer, ~ 20 L kova ve büyük karıştırma çubuğu (örneğin bira kürek, inşaat demiri, büyük sopa), yaklaşık 50 temiz ve asitle yıkanmış 125 ml yüksek: Kalan malzemeleri toplayın -density polietilen şişeler. 125 ml şişeleri # 1-50 etiketleyin.
    Not: L50 örneklerden daha esini deney başına alınabilir ve arka plan örnekleri 50 toplam şişelerde yer almaktadır.
  4. İsteğe bağlı: saha personelinin sayıları bağlı olarak, bünyesindeki örnek filtrelemesi (bkz # 5). Bu seçenek seçilirse, alana 50 temiz, etiketli önceden ve asitle yıkanmış 60 ml yüksek yoğunluklu polietilen şişe getir. 125 ml toplama şişeleri maç için 60 ml şişeleri # 1-50 etiketleyin.

Set Up 3. Gün

  1. toplama yerinde saha iletkenlik ölçer dağıtın. yukarı enstrüman örnekleri enstrüman okumaları ile karışmaz, böylece numune toplama alınacak nerede (yaklaşık 0.5-1.0 m) yerleştirin. metre deney boyunca yerinde kalır. örnekleme oranını belirlemek için gerekli olan gerçek zamanlı iletkenlik ölçümleri sunar gibi bir alan iletkenlik ölçer ve en iyi filtrasyon ve analiz düzeni (5.3 ve 6.1 adımları) (adım 5.2).
  2. 125 ml arka plan sampl toplayınilave edilen bölgede üç kopya halinde çözeltiye ilave edilmeden önce deney ulaşma toplama yerinde es. Bu veriler, ortam konsantrasyon gün doğrulamak için ve dere ulaşılabilecek boyunca çözünen konsantrasyon değişimini belirlemek için kullanılır. Bu veriler aynı zamanda ortam akışı kimyasını bağlamak için değerlidir: - ilgi biyojeokimyasal ölçümlerine (örneğin DOC NO 3 oranları 13.).
  3. Toplanan arka plan örneklerinin zaman ve iletkenliği kaydedin.
  4. önceki çözümlere ilavesinden akımının zemin iletkenliğini kaydedin.

4. Ekleme Çözünen

  1. Büyük bir kabın içine tüm reaktifler (16.39 g NaNO 3 ve 1483 g NaCl) (örneğin 20 L kova) dökün ve tamamen çözünen maddeleri eritmek için yeterli akım su ekleyin. Ek dere suyu ile üç kez reaktif damarları durulayın ve çözüm kabın içine durulayın dökün. eklenen su miktarının takip edin.
    1. Örneğin, kap içine akışı su dökmek için 500 ml'lik bir şişe kullanın. Tüm reaktifler tamamen çözününceye edilene kadar çözelti karıştırılır.
  2. ilaveli çözeltisi 60 ml'lik bir şişe toplayın. Çapraz kontaminasyonu en aza indirmek için tüm diğer örneklerden bu son derece konsantre bir örnek ayrı (örneğin zip-lock torba) tutun. Bu örnekler çözünen tam kütle ilave belirlemek için kullanılabilir olarak hesaplanması besin alımı kinetiği 6 araştırma projesinin ek hedefi ise bu tür örnekler önemlidir.
  3. ilave siteye çözüm dökün. eklenen reaktif miktarını azaltabilecek seyahat gecikme süresini ve sıçramasına en aza indirmek için bir sorunsuz ve hızlı bir hareketle çözüm dökerek bunu yapın. kap ve karıştırma hemen tüm reaktifler akımına ilave edilmiştir garanti altına almak için ilave edildikten sonra akışta üç kez sopa durulayın.
    1. çözeltisi ilave edildi zamanı kaydedin: hr: min: sn.
    2. katma izleyicilerin kitleleri kaydedin(Nano 3 ve NaCI).
    3. Çözelti eklendikten sonra, akımı rahatsız yoktur. dere boyunca tüm seyahat akışı benthos ve çözüm kendisi rahatsız edilmemesini sağlamak için bankaların oluşur emin olun.

5. Saha Örnekleme

  1. Örnekleme konuma gelmesi çözüm beklerken küçükten büyüğe örnekleme şişeleri sipariş edin. Seyahat boşaltımdan bir fonksiyonu olabilir ve uzunluk ulaşmak ve vaktinden önce belirlenebilir olacaktır (tek bir gün önce) ya bir NaCI sadece enjeksiyon veya (seyahat süresi 14 oluşturmak için kullanılabilir) rodamin boya.
    Not: Bir DON temalı proje üzerinde çalışırken, bu DON türüdür olarak rodamin boya kullanmaktan kaçının ve bu nedenle ortam DON havuzu değiştirecek eğer çalışma ulaşılabilecek herhangi bir kalıntı.

şekil 2
Şekil 2:Çözünen madde Etkileme Eğrisi Örnek şematik (BTC). Bir BTC zamanla çözünen konsantrasyonu değişimini ifade etmektedir ve bir dere içinde bir izleyici transit ve biyokimyasal bisiklet açıklamak için kullanılabilir. Kepçe örnekleri artan ve BTC inen bacaklarda hem eşit temsilini veren bir frekans ile BTC üzerinden alınmalıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

  1. Örnek koleksiyon
    Not: Aşırı arching numune toplama amacı, yeterince eğrisi (BTC) (Şekil 2) ile ara yükselen ve düşen bacaklarda hem boyunca çözünen konsantrasyonu değişiklikleri temsil etmektir.
    1. (Iletkenliğin artması ile tespit) solüsyonu Girişte, numuneleme noktasında ana su akış halinde 125 ml'lik bir şişe tutarak BTC boyunca 125 ml şişe örnekleri toplamak. Hızlıly dere suyu ile şişeyi çalkalayın ve aşağı durulama atmak ve daha sonra örnek almak. soğutucu içine kapak örneği ve yer.
    2. Bir saha kitap (Tablo 1) BTC boyunca alınmış her bir numunenin ve iletkenlik (sn: dk saat) zamanını kaydedin.
    3. (Örneğin 1 dakika aralıklarla) zamana dayalı veya hızında iletkenlik değişimleri dayalı örnekleri toplamak. Örneğin, iletkenlik hızla değişiyor ise, zaman örnekleri her 5-10 dk alınabilir hangi iletkenlik yavaş değişiklikler, kadar her 30-60 sn örnek. iletkenlik dayalı aralıklarla, iletkenlik değişiyor hızına bağlı olarak her 15-30 ünite numune almak.
    4. arka ya da arka plan koşullarının 5 mS / cm içinde iletkenlik dönene kadar örnek. Numune toplama aralıkları sürece BTC de elle alınan örneklerin temsil gibi deney sırasında ayarlanabilir.
Şişe # özgül İletkenlik Zaman notlar
1 sa: dk: sn Örneğin arka plan (aşağı)
2 Örneğin arka plan (aşağı)
3
4
5 zirve iletkenlik de örneğin örnek
.
.
.
En yüksek Şişe #

Tablo 1PFieldkitap: Örnek Sayfa Lab Kitap ve Gerekli Bilgiler gelen

  1. örnek Filtreleme
    Not: Örneklerin Filtreleme alanında veya laboratuvara döndükten sonra da gerçekleşebilir.
    1. Belirli iletkenlik zirve kadar belirli iletkenlik artan sırasına yükselen ekstremite Filtre örnekleri. Deney spesifik iletkenlik küçükten büyüğe düşen lime bitecek ve filtre örnekleri için (yani son numune ile başlar ve zirve spesifik iletkenlik doğru geriye doğru çalışır) bekleyin.
      Not: Bu numune düzeni örnekleri arasında çapraz kontaminasyonu en aza indirir ve uygun (bakınız aşamalar her bir numune arasında durulanır filtre, bir şırınga ve filtre tutucunun sürece kullanılacak aynı filtre, bir şırınga ve filtre tutucunun sağlar 5.3.2- 5.3.4).
    2. 60 ml'lik şırınga ve daha sonra yakın stop-horoz pistonu çıkartın. şırınganın içine numune ~ 10 ml dökün ve şırıngaya pistonu geri dönün. Bu numunenin böylece şırınga sallayınşırınganın iç duvarları durular. Ekli şırınga filtre tutucu ve açık stop-horoz için. Filtre tutucu ile örnek itin ve durulayın atın.
    3. piston ve yakın stop-horoz çıkarın. şırınganın içine numune ~ 30 ml dökün ve şırıngaya pistonu geri dönün. Açık stok-horoz ve ~ 10 ml filtre tutucu yoluyla ve 60 ml örnekleme şişeye sınırdışı. , Şişe Cap süzüntü ile girdap ve atın. 3 durulama toplam için bu adımı tekrarlayın. Bu, herhangi bir yabancı madde 60 ml örnek şişeden çıkarıldı ve duvarlar numune ile kaplanır sağlayacaktır.
    4. piston ve yakın stop-horoz çıkarın. şırıngaya numunenin ~ 60 ml dökün ve şırınga pistonu geri döner. Filtre tutucu ile ve 60 ml numune şişe içine örnek itin. donmuş zaman şişe çatlamasını önlemek için omzuna şişe kadar doldurun. soğutucu içine kapak şişe ve yer.
    5. Kalan tüm örnekler için adımları yineleyin 5.3.2-5.3.4. yükselen ve kirlenmeyi en aza indirmek için bacak örnekleri düşen arasındaki filtresini değiştirin. geri aynı gün ve buz üzerinde laboratuara Taşıma örnekleri.

Laboratuvar Analiz 6. Hazırlık

  1. Numunelerin filtreleme laboratuvarda meydana ise bölüm 5.3.1 de belirtildiği gibi, protokol izleyin. artan ve iletkenliği artırmak amacıyla BTC uzuvlarını inen hem de filtre örnekleri. uzuv yükselen ve düşen bacak örnekleri arasındaki filtresini değiştirin.
  2. analize kadar -20 ° C'de filtre edildi örnekleri dondurun.
  3. analitik tesisler yüksek konsantrasyonlu örnekleri işlemek için donanımlı emin olun.
    Not: Bazı laboratuarlar yüksek düzeyde konsantre örnekleri çalıştırmak için donatılmıştır ve bu nedenle dikkatli davranılması değildir. yakalayan hazırlanan standartlar dahil beklenen çözünen konsantrasyonlarının yüksek sonunda söyledi. Yüksek konsantrasyon standartları manipüle çözünen konsantrasyonlarının beklenen dizi yakalar standart bir eğri sağlamak için yardımcı olur.
  4. numunelerin analizDüşük gelen tüm analitik enstrümanlar yüksek iletkenlik. yüksek özgül iletkenliği düşük örnekler sipariş yüksek tuz / besin örneklerinde düşük tuz / besin örneklerinin kirlenmesini önler. Bu yükselen ve düşen bacaklarda örnekler sekansına göre karıştırılabilir anlamına gelir.
    1. Çözünen analizinin tam kombinasyonu araştırma sorusunun bir fonksiyonu olacaktır, ancak, toplam çözünmüş organik karbon, toplam çözünmüş azot, nitrat ve amonyum için örnekleri analiz (örneğin Wymore ve ark., 10 bakınız).

7. Veri analizi

  1. Basit lineer regresyon kullanarak verileri analiz edin. Bağımsız değişken eklenen besin konsantrasyonları ve bağımlı değişken ya DOC veya DON olarak DOM konsantrasyonu. şekil üzerindeki her nokta atılım eğrisi ve bu numunenin besin ve DOC / DON konsantrasyonuna itibaren bir kapmak örneğini temsil eder.

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

Şekil 3,
Şekil 3:. Nitrat Örnek Sonuçları (NO 3 -) Tepki değişken olarak çözünmüş organik Azot (DON) ile ilaveler Analizleri lineer regresyon vardır. Yıldız a = 0.05 istatistiksel anlamlılık temsil etmektedir. Besin darbe yöntemi ile elde edildi konsantrasyon - NO 3 dinamik aralık unutmayın. Farklı panelleri ay ve siteler arasında farklı deneyler temsil etmektedir. Site kısaltmalar üç deney akışları 10 bakın. negatif korelasyon bir enerji kaynağı olarak DON rolünü yansıtacak şekilde yorumlanır ise pozitif korelasyon, bir besin kaynağı olarak DON rolünü yansıtacak şekilde yorumlanır. Anlamlı bir ilişki sonuçlandı deneyler olmayan bir yanıt DON havuz yansıtmak için iki olarak yorumlanır (yani yüksek recalcitrant) ya da besin tabanlı süreçler ve enerji tabanlı süreç off-ayar olduğunu. Wymore ark bakın. 10 Sonuçların ek tartışmalar için. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4:. Nitrat Örnek Sonuçları (NO 3 -) Tepki değişken olarak çözünmüş organik karbon (DOC) ile ilaveler Analizleri lineer regresyon vardır. Yıldız a = 0.05 istatistiksel anlamlılık temsil etmektedir. Farklı panelleri ay ve siteler arasında farklı deneyler temsil etmektedir. Site kısaltmalar üç deney akışları 10 bakın. deneylerin çoğunluğu karşısında ortam DOC havuzunda önemli bir değişiklik gözlenmedi. Olumsuz sonuçlar ortaya olabilirbutik biyokimyasal süreçlerini birleştiğinde. Wymore ark bakın. 10 Sonuçların ek tartışmalar için. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

NO 3 in situ manipülasyon doğrudan aracılığıyla -., Biz NO 3 arasındaki etkileşimi incelendiği bir çalışmada 3 gösterileri sonuçları Şekil dolaylı ortam DOM havuzu biyokimyasal kontroller içgörü sağlayarak DOM havuz konsantrasyonlarını değiştirmek başardık - ve DON 10. (Nedeniyle arka plan çözünen konsantrasyonu değişime) deneyler arasında farklılık çözünen artışı tam büyüklüğü NO 3 yeterince büyük gradyanlar rağmen - besin ilavesi yaklaşımı ile oluşturulmuştur. New Hampsh üç havzaların genelinde bu deney seti,ire, ABD, biz akarsular DON ekolojik rolü hakkında çıkarımlar yapmak mümkün. organik bir besleyici olarak, DON bir enerji kaynağı (karbon) veya bir azot kaynağı olarak ya olarak hizmet edebilir. Bu düşük NO 3 - akarsu, biz bir besin kaynağı olarak kullanımını yansıtmak için DON konsantrasyon artışı yorumlanır. NO 3 olarak N son derece müsait form ile mikrobiyal topluluklar sağlayarak - topluluk bu yeni kullanılabilir forma DON kaymıştır. Bu, daha önce DON sürüm hipotez 15 olarak anılır olmuştur. Buna karşılık, bu nitrat manipülasyonlar sırasında gözlenen negatif korelasyon bir enerji kaynağı olarak DON kullanımını yansıtacak şekilde yorumlanır. Bu heterotrofik süreç pasif-karbon araç hipotezini 1,15 olarak adlandırılmıştır. büyüme mevsimi boyunca DON oldukça değişken tepki DON ekledi besin nasıl tepki güçlü mevsimsellik göstermektedir. Bu veriler bazı sağlamakDON dere ekosistemleri içinde hizmet veren ekolojik rolüne ilişkin ilk alan bazlı deney sonuçları.

Bu ekosistem manipülasyonları olumsuz sonuçları da biyokimyasal süreçler üzerinde kontrollere göre ortaya koymaktadır. Örneğin, Şekil 4, No 3 ilavesinden ortam DOC havuzunda ölçülebilir yanıtını gösterir -. Bu DOC ortam havuzu (bioreactive değil yani) son derece inatçı olduğunu göstermektedir. besin bakliyat defalarca örneğin büyüme mevsimi boyunca yapıldığında, biz nasıl ve ne zaman DOM havuzunun farklı fraksiyonları su mikrobiyal topluluklar tarafından kullanılan ilgili çıkarımlarda ve sonuçlar yapabilirsiniz. Bu manipülatif ekosistem ölçekli deneyler aracılığıyla katma besin dinamik aralığında DOM havuzunun belirli fraksiyonları arasındaki etkileşimi ayırt başardık. Özellikle bu sonuçlar, N-zengin fraksiyonve bağımsız DOM havuz döngüsünün C-zengin fraksiyon ve ekolojik ve biyokimyasal kontroller 16,17 kendi benzersiz kümesi olabilir. Bu besin ilavesi yöntemini kullanarak biz güçlü kanıt ve sadece daha önce laboratuvar inkubasyon 18,19 gözlenmiş DON labilite kalıplarına destek sağlamaktadır manipülatif alan bazlı veri sağlamak mümkün olmuştur.

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

besin darbe yönteminin amacı, burada sunulduğu gibi, karakterize ve ilave bir inorganik besin dinamik aralığında ortam akarsu su DOM oldukça çeşitli havuz tepkisini ölçmek için olduğunu. katma çözünen yeterince reaktif çözünen konsantrasyonu artarsa, büyük bir çıkarımsal uzay DOM biyojeokimyasal bisiklet besin konsantrasyonları ile nasıl bağlantılı olduğunu anlamak için oluşturulabilir. Bu plato tarzı ilavesi ile ilişkili makinelerin hiçbiri (örneğin peristaltik pompa) içerir ve pahalı izotop teknikleri içermeyen bu besin darbe yaklaşım idealdir. Bu manipülasyonlar, kolayca üretilebilir ve birçok deney, tek bir gün boyunca gerçekleştirilebilir. Tek bir akış ulaşılabilecek aynı gün deney çoğaltma durumunda, ilave birkaç saat ile ayrılmış olduğu bakiye çözünen yeterli yıkanması için izin vermek için Bununla birlikte önerilir.

these ekosistem manipülasyonlar biz besinlerin yanı sıra tepki olarak DOM ortam havuzunda konsantrasyonu değişiklikleri ölçmek mümkün. Ancak, bu yaklaşım ile bu yorum yapmak mümkün değil ki aslında DON ve DOC konsantrasyonundaki değişiklikler ötesinde azalmış veya artmış DOM havuz bileşeni üzerinde. Örneğin DON belli bir şekli ise Biz tercihen NO 3 eklenerek tüketilir, ayırt edemez -. Değişiklikler genel konsantrasyon değiştirme için yeterince değiştirilmiş DON yüksek bol ve şekilleri (örneğin, amino asit) bağlı olabilir. Ancak, bu alan bazlı yaklaşım kolayca bileşen veya moleküllerin sınıfları doğrudan deneysel manipülasyon yanıt ne belirlemek için (örneğin floresan spektroskopisi, Fourier iyonsiklotron rezonans kütle spektroskopisi dönüşümü) yüksek çözünürlüklü analitik kimya yöntemleri ile eşleştirilmiş olabilir.

DOM che ek olarakmistry, diğer biyolojik ve çevresel faktörler eklenen besin için DOM yanıtı etkileyebilir. diğer alan verileri diğer önemli değişkenleri incelemek için toplanan olabilir bu çok faktörlü etkileşimi anlamak için. Nitrat (Şekil 3A-3F) DON yanıt yönünde zamansal değişimler heterotrofiktir hakim süreçler vs autotrophic yansıtıyor olabilir. Örneğin, Şekil 3A olumlu ilişki, ototrofik organizmaların aktivitesini yansıtabilir. Mayıs ayında orada akışı ulaşan yeterli fotosentetik olarak aktif radyasyon (kıyıdaş gölgelik kapatılması öncesinde) hala ve gözlenen desen NO 3 DON kayıyor, bu organizmaların yansıtır olasıdır - DON artışa neden azot onların kaynağı olarak konsantrasyonu. Sezon (örneğin Şekil 3E) daha sonra gözlenen negatif bir ilişki, büyük olasılıkla D madencilik olan heterotrofik mikroorganizmaların faaliyet gösterenenerji içeriği için AÇIK. biyolojik temelli hipotez bu tür test etmek için, gelecekteki araştırma örneğin autotrophic ayakta stokunun eşzamanlı ölçümler, mikrobiyal aktivite düzeylerini veya enzimler konsantrasyonlarını, dahil olabilir. çözünmüş oksijen ve sıcaklık gibi diğer çevresel geçişlerini, karşısında incelenmesi DOM-nitrat etkileşimleri, DOM ve nitrat birleştiğinde biyojeokimya sürüş diğer fizyo-kimyasal parametrelerin rolünü aydınlatmak için yardımcı olabilir.

Düşük NO 3 seçimi - akışları bu deneylerin başarısı için çok önemlidir ve DON havuzda değişiklikleri ölçmek için yeteneği korumak için. TDN havuzun% 50'den az yapar - NO 3 arasındaki etkileşimi inceleyen Çalışmaları - NO 3 nerede örneğin ve DON, akarsularda meydana gelmelidir. Çok büyük bir kısmını katkıda - çıkarma yoluyla DON ölçme hassasiyeti büyük ölçüde NO 3 ne zaman azalırVe NH 4 + - TDN, NO 3 analizinden sonuçlanan DON ölçümleri çevreleyen bir çarpımsal hata terimini olduğundan TDN havuzu. Bu gibi alt-optimal koşulların olumsuz DON konsantrasyonlara neden olabilir. Bu tür nehir ağızlarında olarak - ve böylece bu teknik ağır NO 3 tarafından bozulmaktadır sistemlerde sınırlı olabilir.

Büyük dere ve nehirler zorluklar kendi set mevcut olmasına rağmen, bu yöntem üst düzey sistemlere uygulanabilir. Örneğin, Tank ve ark. 5 göl, toprak veya yeraltı ya benzer deneyler gerçekleştirmek için yollar olabilir çözünmüş inorganik N. alımı kinetiği incelemek için Wyoming Üst Snake River mertebeden 7 inci bir besin darbe deney gerçekleştirdi. Ancak, bu tür deneyler nedeniyle bu küçük şekillerde deneysel birimleri besin konsantrasyonlarının degrade için bir sistem açığa veya içeren ilişkili zorlukları zordurMize bozulma ve deneysel eserler. Bu yönlendirici deneyler bu tip akış ekosistemlerin kullanılmasının avantajlarından biridir. Biz N farklı formlarda kıyı sularında ötrofikasyon ve toksik alg çoğalmaları sürücü yollarını anlamaya başladıkça Bununla birlikte, diğer ekosistemler için benzer yöntemlerle, aşırı N yükleme (örneğin haliç) tarafından bozulmuş, özellikle sistemlerinin geliştirilmesi önemli bir yönetim etkileri olabilir .

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).
Sayesinde Organik Madde biyojeokimya Çözünmüş Anlamak<em&gt; In Situ</em&gt; Akış Ekosistemlerde Besin manipülasyonları
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