Summary
该方法利用乙炔抑制技术和累积的 n-o 的微传感器测量, 估计沉积物岩心中的沉积物反硝化率。该协议描述了收集核心、校准传感器、抑制乙炔、测量 n 2o 积累和计算反硝化率的程序。
Abstract
脱氮是从生物圈中去除活性氮的主要生物地球化学过程。对这一过程的定量评价对于评估人类年龄改变的全球氮循环和温室气体 (即n2o) 的排放尤其重要。有几种方法可用于测量反硝化, 但都不能完全令人满意。现有方法的问题包括灵敏度不足, 以及需要使用扰动样品修改基板水平或改变工艺的物理配置。本工作介绍了一种估算沉积物反硝化率的方法, 该方法结合了取心、乙炔抑制和累积的 n-o 的微传感器测量。该方法的主要优点是对沉积物结构的干扰较小, 并收集了 n2o积累的连续记录;这些使可靠的反硝化率的估计, 最小值高达 0.4μmoln 2o-2-1. 操纵关键因素的能力是获得实验洞察的另一个优势。该协议描述了收集核心、校准传感器、抑制乙炔、测量 n 2o 积累和计算反硝化率的程序。该方法适用于估算任何具有可回收沉积物岩心的水生系统的反硝化率。如果 n2o浓度高于传感器的检测极限, 则可以省略乙炔抑制步骤来估计 n2o排放量, 而不是反硝化。我们展示了如何通过增加硝酸盐的可用性以及过程的温度依赖性来估计实际和潜在的反硝化率。阐述了利用山湖沉积物的工艺, 并讨论了该技术与其他方法相比的优缺点。此方法可以为特定目的进行修改;例如, 它可以与15个n 个示踪剂结合起来, 以评估硝化和反硝化或现场的反硝化率测量。
Introduction
氮循环的人为改变是地球系统1最具挑战性的问题之一。人类活动使生物圈2的活性氮水平至少增加了一倍。然而, 在如何评价全球 n 周期方面仍然存在很大的不确定性。一些通量估计已被量化, 误差小于±20%, 许多具有±50% 和更大的 3倍的不确定性。这些不确定因素表明, 需要准确估计整个生态系统的反硝化率, 并了解潜在的变化机制。脱氮是一种微生物活性, 通过这种活性, 氧化氮, 主要是硝酸盐和亚硝酸盐, 还原为二氮、n2o 和 n24.该途径与活性氮的生物圈供应高度相关, 因为它是去除5的主要过程.n2o 是一种温室气体, 其升温潜能值是100年来二氧化碳的近 300倍, 是目前平流层臭氧消耗的主要原因, 其排放量为6,7.
在下面, 我们提出了一个协议, 用于估计沉积物反硝化率使用岩心和n 2o 微传感器实验 (图 1)。反硝化率是使用乙炔抑制方法8、9和测量在规定时间段内积累的氮2o(图 2和图 3)。我们通过将其应用于山湖沉积物来证明该方法。本案例研究突出了在对沉积物物理结构干扰最小的情况下检测相对较低速率的方法的性能。
反硝化特别难以测量10。有几种替代方法和方法, 每种方法都有优点和缺点。对现有方法的缺点包括使用昂贵的资源、灵敏度不足以及需要使用受干扰的样本修改基板水平或改变过程的物理配置10.测量n2 的一个更根本的挑战是它在环境中的背景水平升高10。乙炔 (c2h2)8、9抑制了 n2o至n2 的还原.因此, 反硝化可以通过测量在 c2h2 存在下的累积 n2o来量化, 这是可行的, 因为环境氮2o 水平较低。
大约40年前 11年, 利用 c2h2 测量沉积物中的反硝化率, 12年后大约12年后, 氮-2o传感器的加入发生. 应用最广泛的乙炔方法是 "静态核心"。在将 c2h2 添加到密封沉积物岩心10的头部空间后, 在长达 24小时的潜伏期内测量累积的氮2o.此处描述的方法遵循此过程和一些创新。我们通过在核心的水相中冒泡气体几分钟来加入 c2h2, 然后用微传感器测量 n2o的积累, 然后用样品水填充所有的头部空间.我们还包括一个搅拌系统, 防止在不重新悬浮沉积物的情况下对水进行分层。该程序量化了每个沉积物表面积的反硝化率 (例如, μmoln 2o-2 h-1 ).
反硝化的高时空变化给反硝化的准确量化带来了另一个困难10。通常情况下, 在孵化过程中采集的前空间样品的气相色谱法可按顺序测量 n 2o 积累。所述方法改进了对 n2o积累的时间变化的监测, 因为微传感器提供了一个连续的信号。微传感器万用表是一种数字微传感器放大器 (皮安计), 与传感器和计算机接口 (图 1a)。万用表允许同时使用多个n2o 微传感器。例如, 可以同时测量同一研究地点最多四个沉积物岩心, 以考虑到空间的变异性。
与其他一些方法 (如泥浆) 相比, 岩心方法几乎不会干扰沉积物结构。如果改变沉积物的完整性, 这将导致不现实的反硝化率 13,这只足以进行相对比较。与岩心方法14相比, 浆料法总是得到较高的速率, 因为后者保留了基板扩散15反硝化的局限性。泥浆措施不能被视为就地率16的代表;它们为与完全相同的程序进行比较提供了相对的措施。
所述方法适用于估算任何可以被岩心的沉积物类型的反硝化速率。我们特别推荐一些驱动因素的实验操作方法。例如, 根据估计反硝化17的能量活化 (e a) 所需的需要修改硝酸盐的可用性和温度的实验 (图 2).
图 1: 实验设置.(a) 利用岩心和 n2o 微传感器估计沉积物反硝化率的一般实验设置。孵化器可确保黑暗和控制温度 (±0.3°c) 的条件。五个完整的沉积物岩心可以使用各自的 n2o传感器同时处理。(b)n2o传感器校准室。我们用橡胶塞子和注射器将其与 n2o水混合 (参见协议步骤 3.4.3)。有一个温度计来控制水温。(c) 将沉积物芯样品特写, 将传感器插入 pvc 盖的中央孔, 用胶带密封接头。搅拌器悬挂在水中, 电磁铁靠近它, 并固定在丙烯酸管的外部部分。(d) 由金属片保护的 n2o微传感器尖端的特写镜头。(e) 刚刚回收的沉积物岩心。它是从深湖中的一条船上取样的;核心的丙烯酸管仍然固定在送声机适应的重力取样器19上。有关执行此方法所需的所有项, 请参阅材料表。请点击这里查看此图的较大版本.
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Protocol
1. 准备工作
注: 在进行测量的前一天开始此操作。
- 组装测量设置 (图 1a, 见材料表)。
注: 为确保恒定和高质量的电源, 测量设备通过不间断电源 (ups ) 连接到手柄, 该电源也可用作备用电源。在长时间断电的情况下, 汽车电池可作为额外的电源。 - 启动传感器的软件, 并应用-0.8 v 电压来极化 n 2o 微传感器。信号显示快速下降和随后的上升, 然后最终下降, 直到它是低和稳定的。
注: 微传感器制造商建议至少在一夜 (或更长时间内) 进行极化, 以确保传感器信号的稳定性。另一个建议是, 如果计划在多天或连续几天进行测量, 则应保持传感器极化。 - 打开孵化器并调整实验条件(例如, 选定的光关闭和温度设置为类似于现场的预期)。将装有去离子水的容器放置在室内, 以便以后在测量温度下可以使用水对传感器进行校准。
注: 此步骤可以在计划测量的同一天完成, 在出发前收集内核。对于标准测量, 建议使用黑暗条件。 - 封装现场核心收集材料: 取样器装置、取样管、橡胶塞子、聚氯乙烯 (pvc) 水龙头、螺丝刀、全球定位系统 (gps) 单元、温度计、手持发声器、涉水机和充气船 (见材料)。使用检查表以确保包括所有材料。
2. 沉积物芯系列
- 根据水深的不同, 请遵循2.1.1 或2.1.2。
-
适用于深水体
- 使用来自船或平台的受信使适应的重力取样器19 (图 1e)。
- 用螺丝刀将取样管 (丙烯酸, 6.35 厘米, 长度≥50厘米) 固定在取样器上。
- 根据调查目的选择采样点。记下位置 (例如, 使用 gps 坐标) 和测量深度 (例如, 使用手持发声器)。如果从船上取样, 请使用锚 (例如, 带石头的袋子), 以避免在收集核心过程中漂流。
- 部署取心系统, 直到取样管距离沉积物约1米。使用带有固定标记的绳子 (例如, 1 米的间隔) 来控制取样设备的深度位置。
- 稳定取样设备 60秒 (例如, 最大限度地减少船的移动)。这将确保正确的沉积物渗透和恢复一个缺乏扰动的沉积物岩心。
- 释放 ~ 1 米更多的绳子, 使取样管穿透沉积物。请注意, 如果取样管渗透太多, 可能会干扰水/沉积物界面。
- 释放信使, 同时试图保持在绳子的张力, 使取样器保持固定和在垂直的位置。当信使撞击取样器时, 绳子的张力会有很小的不同。此时, 关闭取样器以产生真空, 从而恢复沉积物的核心。
- 通过不断和轻轻地拉绳子来恢复取样器。
- 一旦核心接近表面, 但仍然完全淹没 (包括确保真空的取样器的橡胶部分), 在取样管底部放置一个橡胶塞子。检查水/沉积物界面;它应该是明确的, 而不是明显的干扰 (图 1e)。如果不是这种情况, 请丢弃核心, 清洁管道, 并重复步骤 2.1.1.4-9。
- 将整个取心系统从水中提升。从取样器上松开取样管, 并在顶部放置一个 pvc 盖。用胶带把它封起来。避免形成空气空间。
-
适用于沿海生境和浅水水体
- 穿上涉水器, 在非常浅的水域 (lt;0.6 米) 取样。
- 使用浮潜或潜水装备进行更深入的采样 (高达3米)。
- 根据调查目的选择采样点。记下位置 (例如, gps 坐标)。手动将取样管 (例如, 丙烯酸, 6.35 厘米) 插入沉积物中。
- 在取样管的顶部放置橡胶塞子, 以获得真空。
- 从沉积物中取出岩心, 并在管底快速引入另一个橡胶塞子。
注: 有必要在任何时候与水下的管工作;在非常浅的地方, 我们建议将试管缩短到20厘米。有时, 当管道从沉积物床中取出时, 沉积物的含水量很高, 会排出排水沟。在这种情况下, 有必要引入底部塞子, 而不提升沉积物外的岩心。要做到这一点, 手动将塞子浸入管周围的沉积物中, 并小心地将其放入, 以关闭管的底部。 - 出水外, 用 pvc 盖代替顶面橡胶塞子, 并用胶带密封接合处。
-
适用于深水体
- 在将核心转移到实验室的过程中, 通过最大限度地减少旋转和晃动来保护其核心。
3. 一氧化二氮 (n2o) 微传感器的校准
- 使用计算机 (条形图、传感器软件), 检查传感器的信号是否稳定和低 (& lt;20 mv)。
- 创建一个新文件 (例如, 包含日期和采样站点 (130903_Redon_Lake)), 以记录校准值和传感器信号。
注: 传感器信号对温度敏感 (图 4)。对测量和传感器校准使用相同的温度。传感器的响应线性在 0%-2.5% n2o20 之间.因此, 两点校准就足够了18。 - 有关一氧化二氮为零的校准值, 请阅读传感器信号, 使传感器尖端浸入 n2无氧水 (去电离)。
- 用 n2o水在所需浓度下校准。
注: 准备具有定义的n2o浓度的水, 这将略高于孵育期间预期的最大浓度。我们使用 ~ 25μm n2 o 作为校准值。请注意, 传感器的最大范围浓度不超过 500 n 2oμm.- 通过在去离子水中冒泡 n 2o 获得 n2o 饱和水.
注: n2o水溶性取决于温度和盐度21;请参阅传感器手册18 附录中的表格。 - 在去离子水中加入一定体积的饱和 n2o 水, 稀释n2o 饱和水。例如, 在20°c 时, 将浓度为 28.7 mn2 o 的饱和 n2o 水添加 0.3 ml, 加入375毫升的水, 以获得 22.9μm n2o 浓度.请注意, 375 毫升是校准室的总体积 (图 1b)。
- 在校准容器中将n2o 饱和水与去离子水轻轻混合以将其稀释到所需浓度后, 在传感器信号不变时读取传感器信号。此读数是x μmn2o 水的校准值。混合溶液时, 请注意不要产生气泡, 因为这将消除校准溶液中的 n2o。
注意: 请注意, 水中的 n2o会慢慢逃入空气中;因此, 准备好的校准解决方案只能使用几分钟。
- 通过在去离子水中冒泡 n 2o 获得 n2o 饱和水.
4. 核心制备和乙炔抑制
- 将位于每个沉积物芯顶部的 pvc 盖更换为另一个盖, 其中一个孔位于中心, 并配有悬挂磁力搅拌器。用胶带重新密封接合处。
- 将每个样品的水相降低到大约12厘米 (体积约380毫升)。为此, 首先在中心孔中插入硅胶管。然后, 将沉积物芯放入气缸中, 推动底部塞子产生压力。塞子和沉积物样本上升, 多余的水通过管道。收集接收容器中的水。
注: 在此步骤中, 粗粒度的示例可能会出现问题。在塞子和管之间放置的沉积颗粒会使塞子变形, 并打开一个孔, 气泡通过这个孔可以通过这个孔通过, 干扰样品。为了避免这个问题, 把气缸放在底部塞子的中心, 并尝试用恒定的力推动。用于排出多余水的硅胶管与 pvc 盖之间的接头由插入硅胶管的固体部分 (例如, 没有最窄端的5毫升移液器尖端) 组成。 - 在核心的水相中,用乙炔气体冒泡进行约10分钟的乙炔抑制。避免重新悬浮沉淀物。
注: 作为对该方法的可能修改, 在形成乙炔之前, 通过浓缩液体介质添加基板 (硝酸盐), 以便进行潜在的反硝化测量 (例如 , 如图 3b, c所示)。
5. 反硝化 (n2o 累积措施)
- 用以前剩下的水填充样品中的所有空气空间。将传感器放置在沉积物岩心中, 穿过顶部 pvc 盖的中心孔。传感器的尖端应位于搅拌器上方的水相中 (图 1c)。
注: 丙烯酸取样管的所有接头必须密封, 以避免测量过程中气体和水泄漏 (图 1a, c)。在管的底部, 橡胶塞子就足够了。密封顶部部分比较困难。pvc 盖必须调整。它必须用手电筒加热;然后, 当材料变得灵活, 但没有烧焦, 盖被放置在管, 以便其形状可以成型。冷却后, 盖需要更多的修改 (除了用于将样品按步骤2.1.1.10 或2.1.2.6 的步骤输送到实验室的盖板除外)。必须入传感器的中心孔。搅拌器可以用钓鱼线固定, 然后用胶水粘在盖子的内侧, 使搅拌器挂在水中的钓鱼线上 (图 1c)。此外, 所有接头 (pvc 盖管和 pvc 盖传感器) 都用胶带密封。放置弹性胶带以调整传感器的直径, 以便密封 pvc 盖的中心孔和传感器之间的接触面 (图 1c)。 - 打开作为搅拌系统一部分的电磁脉冲电路。
注: 搅拌系统可防止水相分层, 而不会干扰 (重新悬浮) 沉积物。搅拌系统由一个电路组成, 该电路将电磁铁的电磁铁释放出磁力搅拌器 (详见材料表)。 - 将电磁铁移动到丙烯酸管的外部部分, 直到搅拌器连续移动, 然后使用胶带将其固定到位 (图 1c)。
- 关闭孵化器以确保温度恒定 (例如, ±0.3°c 的变化)。
- 按下记录按钮 (传感器软件)开始记录传感器信号。读数通常每5分钟记录一次。
- 在测量周期结束时按下停止按钮。
6. 最终测量步骤
- 在读取零 n-o 校准措施的信号之前, 请等待至少约 10分钟, 将传感器的尖端淹没在自由的 n2o 水 (去电离) 中.
- 执行最终的传感器校准。为此, 请按照第3节重复传感器校准, 但从步骤3.3 开始。
- 保存文件 (传感器软件)。
7. 反硝化率计算
- 从传感器软件生成的表格输出文件开始, 该文件包含 mv 和μm n-o 中的传感器信号记录以及校准数据。
- 根据时间绘制传感器信号, 以可视化 n 2o 积累趋势 (例如,图 2a).
- 仅使用具有线性累积的时间范围, 不包括由于基板限制而导致的样品的初始适应周期和可能的最终饱和度 (例如 , 图 2b)。随着时间的推移 (h), 创建传感器信号 (μm) 的线性模型。
注: 斜率是反硝化率 (μm n2 o-1), 如果除以核心面积(r2), 则转化为μm n2o-2小时-1的速率, 如果乘以水体积 (r 2 h,其中 h 为水相的高度, r 为丙烯酸管的内部半径,在这种情况下分别为 0.12 m 和 0.03175 m) 转换为μmol n2o-m-2中的速率h-1。
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Representative Results
2013-2014年期间, 使用上述议定书估计, 在 pyrenean 山区湖泊的沉积物中, 共估计了468个反硝化率。我们展示了其中的一些结果来说明这个过程 (图 2和图 3)。一般情况下, n2o浓度与时间之间的线性模型具有良好的相关性 ( r 2≥0.9)。关系的斜率提供了反硝化率的估计 (步骤 7.3;例如,图 2d)。如果反硝化活性很低, 传感器的电子噪声就会变得更加重要, 拟合的优度也会下降 (例如 , 图 2b和图 3a中的传感器4和 5)。虽然 n2o的基线检测极限是水22中的 ~ 0.1μm, 这是替代方法23的中间值,但积累数千个连续测量来过滤噪声的可能性允许以相对较低的反硝化率进行估计, 最高可达 ~1μmol n2o-2-1 ( 图 2和 图3)。通过将核心样品的水相缩小到8厘米的高度, 可以估计较低的速率 (即~ 0.4μmol n 2 o-2---1) (见议定书步骤 4.2)。
图 2: 温度依赖实验中的脱氮率计算.显示了实际 (a和b) 和潜在的反硝化测量值 (c-f)。当测量温度降低 (c) 时, 样品首先冷却, 传感器信号 (与温度有关) 下降。(a) 在实际反硝化测量中, 在孵育开始时也发生类似事件;相对于孵化条件的较温暖的实验室环境会产生样品的冷却, 同时传感器信号也会下降。(e) 当温度升高时, 首先样品温暖, 传感器信号呈指数级增加, 而不是线性增加。当样品达到恒温时, 传感器信号会像往常一样线性增加。在所有情况下, 只要使用线性 n-o累积周期 (b、 d和 f) 就可以计算反硝化率。(b) 不显示非活动样本3。请点击这里查看此图的较大版本.
图 3: 反硝化率计算的示例.估计了实际 (a) 和潜在 (b和c) 反硝化率。我们只使用具有线性 n-o累积的时间范围来计算反硝化率 (线性模型的斜率)。然而, 在 (a) 中, 为了教育目的, 我们展示了所有的测量 (模型), 取得了越来越多的成功;由于氮-2o积累中的饱和度, 传感器和样品2的高度不稳定性, 我们将丢弃样品3。(a) 分别为0.5 和 0.7μmol n2m-2 h-1 的样品 4 和 5是接近该方法检测极限的测量案例.请点击这里查看此图的较大版本.
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Discussion
该方法的主要优点是使用了最小扰动沉积岩心样品和连续记录 n2o积累。这样就可以估计相对较低的反硝化率, 这可能与就地发生的反硝化率相似。尽管如此, 还是讨论了有关取心、传感器性能和潜在改进的一些方面。
该方法的一个明显简单但关键的步骤是良好的核心恢复。沉积物/水界面必须满足三个标准: (一) 不改变其化学或组成成分, (二) 不改变含水量或孔隙率,(三) 不构造周蚀24。在整个协议过程中, 样品受到的干扰越少, 测量到的反硝化率就越真实, 离现场条件越近。沉积物岩心采集技术有几种, 其选择取决于水深。我们使用消息器适应重力取样器 19深样本 (图 1e), 因为它是一个相当轻的设备, 可以快速恢复短岩心 25 (核心沉积物≥10厘米的长度是足以涵盖沉积物中的氧和反硝化层 26,27,28)。在核心行话中, "感觉" 通常被称为知道取样器位置的能力 (不管是在水柱中还是已经在沉积物中), 以及取样器是开放的还是封闭的25。对于中间水深 (5-50 米), 通常没有感觉上的困难。感觉的损失发生在更深的水 (& gt;50 米), 因为水柱的运动可能掩盖了取样器25的位置.由于侧向漂移和波浪作用25, 浅水 (& lt;3 米) 也可能失去感觉;这就是为什么我们在浅水中使用不同的方法, 要么通过潜水直接手动取心, 要么穿上涉水者。有了这个系统, 进行取样的人可以看到沉积物, 在取心前选择确切的位置;这允许,例如, 取样的沉积物核心, 其中包含一个大型植物。取样后, 研究人员必须继续仔细工作, 以尽量减少干扰沉积物核心样品在协议的其余部分, 特别是当执行乙炔抑制通过冒泡。
使用 n2o 微传感器时,必须考虑一些细节。传感器软件提供传感器信号 (1000 hz 的背景频率) 29 的连续可视化 (条形图).这些原始数据和条形图 (例如 , 图 2a) 可以保存。有必要检查传感器在偏振后的正确行为 (例如, 在步骤4之前从字段集合返回时)。特别是, 当它被淹没在 n2无氧水中时, 预计会有一个低 (和 lt;20 mv) 和恒定的基本信号。开始使用后, 对传感器进行不久 (~ 2小时) 的重新校准;如果已经使用了几天, 间隔可以延长 (~ 24小时)18。为了最大限度地减少重新校准, 请保持传感器偏振, 除非在几天内不使用它18。随着时间的推移, 传感器信号可能会发生变化, 在几个月内最多达到 50%, 这是由于其膜18 的渗透率不同。实验室中的电子干扰越低, 传感器信号就越稳定和稳定。从这个意义上说, 使用 ups 可以通过过滤电压波动来提高到达测量设备的电能的质量。在 "记录器" 选项卡中选择的采样间隔与背景频率不同。每个注册点都是根据许多测量值的平均值生成的。采样间隔 (最多 10秒) 表示记录数据点的频率。平均值中使用的每单位时间的测量次数由背景频率29 定义。例如, 如果我们设置采样频率为 5秒, 背景频率为每秒500次测量, 则数据点每5秒记录一次, 并且在前5秒内测量每秒500个样本的平均值。我们每5分钟记录一次传感器信号 (采样间隔), 并将背景频率设置为每秒1000次测量。必须知道研究系统能够选择正确的采样间隔, 而不 "平均" 预期的波动。在高度活跃的系统中, 建议使用较短的采样间隔, 而较长的采样间隔允许优化计算机的内存29。某些可能的干扰物质 (h2s、no 和 co2) 会影响 n2o传感器的信号22.传感器用去离子水进行校准, 但样品可以包含干扰物质, 并修改传感器的参考信号。这种情况可以解释为什么负值分别出现在图 2b和图3a 中的样本2和5中.但是, 当目标是估计反硝化率时,n2o的确切水平并不是关键参数。关键是线性模型的斜率 (证明了 n2o的线性积累)。最后, 由于 n2o传感器的响应随温度的变化而变化, 因此有必要在固定温度下工作 (图 4)。
对协议的简单修改或补充还使 (i) 能够对控制测量反硝化率的环境条件进行表征, (ii) 通过模拟对驾驶的反应来估计潜在的反硝化率梯度 (例如硝酸盐) 和 (iii) 通过跳过 c2h2 抑制来估计沉积物 n-2o排放率根据研究目标, 可以进行以下几种补充测量: (i) 在恢复核心,就地条件,如温度;(ii) 在测量前, 水相的样本,例如[第3号-];(iii) 在测量后, 按照 p. t. schwing 等人解释的程序, 以不同的分辨率 (mm-cm) 25, 30 挤压和切割.30岁.
如 c. palacin-lizarbe、l. camarero 和 j. catalan 17 所述, 为了测量潜在的反硝化率, 在岩心的水相中添加硝酸盐 (例如图 2和图 3).如果这样做, 在 c2h2 抑制之前添加硝酸盐 (步骤 4.3)。此外, 如果添加硝酸盐, 最好也添加碳 (c;例如, 醋酸盐) 和磷 (p) 保持 c、n 和 p 的原位化学计量比例 (例如, 在表层沉积物中)。这将防止这些元素31、32对反硝化的限制, 也将保持可以影响硝酸盐消费过程 (即反硝化) 优势的 c/n 比与不类似的硝酸盐还原为铵 (dnra)) 4。在硝酸盐加入后, 通过将 n2-co2混合物起泡几分钟即可固定, 以防止氧干扰反硝化;然而, 请注意, 这导致硝化的堵塞。若要计算沉积物n2o 排放率, 请省略c2h2 抑制 (步骤 4.3).但是, 请记住, 就目前在水生生态系统中已知的氮-2o 排放量而言, 氮-2o排放量与n2排放量 (0%-4.3%)相比, 比例较低, 因此累积的 n2o量可能低于检测限制。如果是这种情况, 一个选项是添加硝酸盐以增加排放的 n2o, 计算潜在的 n2o 排放量.
该方法的主要弱点是 c2h210,34抑制硝化。在孵育过程中, 这种硝化抑制和不完全抑制不完全抑制不符合2o 还原可能会变得明显, 因为两者都非常依赖于时间。例如, 开始的 n-o积累率必须揭示实际反硝化速率, 并随着硝酸盐可用性的下降和 n 2o 扩散到无硝酸盐区逐渐衰减, 在那里它减少了 35。因此, 只有当读数显示 n2o10的线性累积时, 估计反硝化率才能被认为是有效的。
该方法描述了将整个沉积物活动结合起来的每个区域的反硝化率。在这方面, 在样品的水相中起泡时, 乙炔抑制的作用半径存在一定的不确定性。假定至少会抑制沉积物的表层, 这是反硝化率最高的一个 26,27。
这种方法的可能改进是它的结合使用与15n 示踪剂和修改, 可以在现场测量反硝化。15n 示踪剂方法可用于确定样品36中发生的硝化-反硝化耦合的比例, 它还可以考虑除反硝化外的其他 n 通量过程 (例如, 胺和异化)将硝酸盐还原为铵 (dnra)13,37。然而, 这些方法的缺点是改变基板浓度10。a. behrendt、d. de beer 和 p. stief 26 采用 n-o微传感器、c2h2 抑制和 15n示踪剂相结合的方法, 分析了脱对硝酸盐还原的垂直活性分布沉积物中的过程 (反硝化和 dnra)。他们用传感器穿透沉积物, 在沉积物中进行垂直剖面分析。现场测量反硝化的主要困难是处理非恒定温度环境的能力。在反硝化速率计算过程中, 有必要同时记录 n 2o 的积累和温度, 然后通过温度依赖性来校正 n 2o 传感器的信号.这种校正需要对每个传感器的 n2o信号的温度依赖性进行事先分析。传感器是手工制作的, 每个传感器对温度的响应方式不同 (例如, 传感器1显示出比图 2c (e) 中的其他传感器更高的温度依赖性。
图 4: n2o微传感器响应的温度依赖性.传感器信号线性模型的斜率与每个 n2o浓度的温度不同, 显示了温度对传感器信号的影响。请点击这里查看此图的较大版本.
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
西班牙政府通过教育部长司向 c. p-l. (FPU12-00644) 提供资金, 并向经济和竞争事务部长提供研究赠款: nitropir (cglap-19737)、lacus (cgl2013-45提48-p), 调动 (cglp2016-80121-c2-p)。reptim 项目 (inre-interreg 方案)。欧盟-欧盟。efa05615) 支持协议的最终编写。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Messenger-adapted gravity corer | - | - | Reference in the manuscript. Made by Glew, J. |
| Sampling tube | - | - | Acrylic. Dimensions: 100 cm (h) × 6.35 cm (d) × 6.50 cm (D). Sharpen the edge of the sampling tube that penetrates into the sediment to minimize the disturbance in the recovered sediment core sample. |
| Handheld sounder | Plastimo | 38074 | Echotest II Depth Sounder. |
| Rubber stopper | VWR | DENE1012114 | With two holes, used to mix the N2O-water in the calibration chamber. Dimensions: 20 mm (h) × 14 mm (d) × 18 mm (D) (3 mm hole (D)). |
| Rubber stopper | VWR | 217-0125 | To seal the bottom part of the methacrylate tube and to sample in shallow water bodies. Dimensions: 45 mm (h) × 56 mm (d) × 65 mm (D). |
| Rubber stopper | VWR | 217-0126 | Place the rubber stopper in the top side of the sampling tube to obtain a vacuum for sampling in littoral zones and shallow water bodies. Dimensions: 50 mm (h) x 60 mm (d) x 70 mm (D). |
| PVC cover | - | - | To seal the top side part of the acrylic tube. Dimensions: 45 mm (h) × 56 mm (d) × 65 mm (D). Dimensions: 65 mm (D). |
| Adhesive tape | - | - | Waterproof. To ensure all joints (PVC cover sampling tube and PVC cover sensor) and to avoid water leaks. |
| Thermometer | - | - | Portable and waterproof, to measure the temperature in the water overlying the sediment just after sampling the cores. |
| GPS | - | - | To save the location of a new sampling site or to arrive at a previous site. |
| Wader | - | - | For littoral or shallow site samplings. |
| Boat | - | - | An inflatable boat is the best option for its lightness if the sampling site is not accessible by car. |
| Rope | - | - | Rope with marks showing its length (e.g., marked with a color code to distinguish each meter). |
| N2O gas bottle and pressure reducer | Abelló Linde | 32768-100 | Gas bottle reference. |
| C2H2 gas bottle and pressure reducer | Abelló Linde | 32468-100 | Gas bottle reference. |
| Tube used to evacuate the excess of water | - | - | Consists of a solid part (e.g., a 5 ml pipette tip without its narrowest end) inserted in a silicone tube. |
| Nitrous Oxide Minisensor w/ Cap | Unisense | N2O-R | We use 4 sensors at a time. |
| Microsensor multimeter 4 Ch. 4 pA channels | Unisense | Multimeter | Picoammeter logged to a laptop. The standard device allows for 2 sensor picoammeter connections (e.g., N2O sensor), one pH/mV and a thermometer. We ordered a device with four picoammeter connections, allowing the use of 4 N2O sensors simultaneously. |
| SensorTrace Basic 3.0 Windows software | Unisense | Sensor data acquisition software. | |
| Calibration Chamber incl. pump | Unisense | CAL300 | Calibration chamber. We tuned it with rubber stoppers and syringes to mix the N2O-water without making bubbles. |
| Incubation chamber | Ibercex | E-600-BV | Indispensable equipment for working at a constant temperature (±0.3 °C). It also allows control of the photoperiod. |
| Electric stirrer | - | - | Part of the stirring system. It hangs in the water, overlying the sediment subject, by a fishing line that is hooked to the PVC cover. |
| Electromagnet | - | - | Part of the stirring system. It is fixed to the outside of the acrylic tube, approximately at the same level as the stirrer. It is activated episodically (ca. 1 on-off per s) by a circuit, attracting the stirrer when it is on and releasing it when it is off, thereby generating the movement that agitates the water. |
| Electromagnetic pulse circuit | - | - | Part of the stirring system. It is connected by wires to the electromagnet and sends pulses of current that turn the electromagnet on and off. |
| Uninterruptible power supply (UPS) | - | - | It improves the quality of the electrical energy that reaches the measurement device, filtering the highs and low of the voltage, thereby ensuring a more constant and stable N2O sensor signal. |
References
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