Summary
यहां प्रस्तुत वास्तविक सीटू पर्यावरणीय तापमान और प्रकाश स्थितियों के तहत माइक्रोबियल मैट की प्राथमिक उत्पादकता को मापने के लिए एक लागत प्रभावी और परिवहन योग्य विधि / सुविधा है। प्रायोगिक सेटअप व्यापक रूप से उपलब्ध सामग्रियों पर आधारित है और प्रयोगशाला-आधारित मॉडल के फायदे प्रदान करते हुए विभिन्न परिस्थितियों में उपयोग किया जा सकता है।
Abstract
बढ़ते मौसम ढाल के दौरान पेरिफाइटन की सीटू प्राथमिक उत्पादकता को मापना प्राथमिक उत्पादकता पर पर्यावरणीय ड्राइवरों (मुख्य रूप से फास्फोरस एकाग्रता और प्रकाश तीव्रता) और प्रजातियों की संरचना के मात्रात्मक प्रभाव को स्पष्ट कर सकता है। प्राथमिक उत्पादकता मुख्य रूप से प्रकाश तीव्रता, तापमान, पोषक तत्वों की उपलब्धता और यूफोटिक क्षेत्र की संबंधित गहराई में कार्बोनेट प्रणाली की आयनिक प्रजातियों के वितरण से प्रेरित होती है। यह एक जटिल प्रणाली है जिसे प्रयोगशाला में अनुकरण करना बहुत मुश्किल है। यह सस्ता, परिवहन योग्य और आसानी से निर्मित फ्लोटिंग बार्ज प्राथमिक उत्पादकता को सटीक रूप से मापने की अनुमति देता है- सीधे वास्तविक प्राकृतिक परिस्थितियों में। कार्यप्रणाली कसकर सील किए गए ग्लास जार में एकीकृत गैर-आक्रामक ऑक्सीजन सेंसर का उपयोग करके वास्तविक समय में प्राथमिक उत्पादकता को मापने पर आधारित है, जिससे ऑनलाइन ऑक्सीजन फ्लक्स निगरानी सक्षम हो जाती है और चयापचय गतिविधियों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान होती है। माइक्रोबियल मैट (या अन्य बेंटिक जीवों) की सकल प्राथमिक उत्पादकता के विस्तृत मौसमी सीटू माप लेंटिक पानी में प्राथमिक उत्पादकता गतिशीलता को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाओं के वर्तमान ज्ञान में सुधार कर सकते हैं।
Introduction
प्राथमिक उत्पादकता जलीय प्रणालियों में ऑटोकॉन्थोनस कार्बन का एकमात्र प्रवेश है जो पूरे सिस्टम फूड वेब1 का निर्माण करता है। इसलिए, प्राथमिक उत्पादकता का सटीक अनुमान जलीय पारिस्थितिक तंत्र के कामकाज को समझने की दिशा में एक आवश्यक कदम है। तटीय क्षेत्र उच्च प्राथमिक उत्पादकता और जैव विविधता के क्षेत्र हैं। फाइटोप्लांकटन के अलावा, पेरिफाइटन (इसके बाद माइक्रोबियल मैट के रूप में जाना जाता है) और मैक्रोशैवाल को तटीयक्षेत्रों 2 में प्राथमिक उत्पादकता में महत्वपूर्ण योगदान देने के लिए माना जाता है। उनकी सुस्त जीवन शैली और महत्वपूर्ण स्थानिक विषमता के कारण, प्राथमिक उत्पादकता का परिमाणीकरण तुच्छ नहीं है।
प्राथमिक उत्पादकता मुख्य रूप से प्रकाश तीव्रता, तापमान, पोषक तत्वों की उपलब्धता और यूफोटिकक्षेत्रों 3,4 की संबंधित गहराई में कार्बोनेट प्रणाली की आयनिक प्रजातियों के वितरण से प्रेरित होती है। गहराई स्पष्ट रूप से माइक्रोबियल मैट के स्थानिक वितरण को प्रभावित करती है। माइक्रोबियल समुदायों को उथली गहराई में और अधिक गहराई पर कम प्रकाश तीव्रता के साथ उच्च विकिरण और स्पष्ट मौसमी तापमान भिन्नताओं के प्रतिकूल प्रभावों का सामना करना चाहिए। गहराई ढाल के अलावा, गतिशील ट्रॉफिक इंटरैक्शन विभिन्न पैमानों पर कई और जटिल स्थानिक पैटर्न उत्पन्न करतेहैं। यह जटिल प्रणाली प्रयोगशाला में अनुकरण करने के लिए जटिल है। तटीय क्षेत्रों से व्यक्तिगत प्राथमिक उत्पादकों की चयापचय गतिविधि का अनुमान लगाने का सबसे सटीक तरीका सीटू प्रयोगों में स्थापित करना है।
इस पेपर में पेश की गई पद्धति पारंपरिक चैंबर विधि 2,6,7 पर आधारित है, साथ में एक परिवहन योग्य और आसानी से निर्मित कम लागत वाली फ्लोटिंग बार्ज के साथ। यह प्राकृतिक प्रकाश स्पेक्ट्रम, तापमान और गहराई के साथ कार्बोनेट प्रणाली की आयनिक प्रजातियों के विभिन्न वितरण के तहत विभिन्न गहराई पर प्राथमिक उत्पादकता के माप की अनुमति देता है। विधि प्रकाश बनाम अंधेरे बोतल ऑक्सीजन के सिद्धांत पर आधारित है, जिसे पहली बार फाइटोप्लांकटन प्रकाश संश्लेषण6 को मापने के लिए नियोजित किया गया था और अभी भी आमतौर पर 6,7 का उपयोग किया जाता है। यह प्रकाश में रखी बोतलों (जिसमें प्राथमिक उत्पादकता और श्वसन के प्रभाव शामिल हैं) में ऑक्सीजन में परिवर्तन की दर की तुलना अंधेरे (केवल श्वसन) में रखी गई बोतलों के साथ करता है। विधि प्राथमिक उत्पादकता के लिए प्रॉक्सी के रूप में ऑक्सीजन विकास (प्रकाश संश्लेषण) का उपयोग करती है। मापा चर शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (एनईपी, प्रकाश की स्थिति में समय के साथ ओ2 एकाग्रता में परिवर्तन के रूप में) और पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन (आरई, अंधेरे में समय के साथ ओ2 एकाग्रता में परिवर्तन के रूप में) हैं। सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (जीईपी) दोनों के बीच अंतर की गणना है (तालिका 1)। "पारिस्थितिकी तंत्र" शब्द का उपयोग यहां यह दर्शाने के लिए किया जाता है कि पेरिफाइटन ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक जीवों से बना है। इस पारंपरिक कक्ष विधि का सबसे महत्वपूर्ण सुधार गैर-आक्रामक ऑक्सीजन ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग करना और पेरिफाइटिक प्राथमिक उत्पादकता को मापने के लिए इस मुख्य रूप से प्लवक विधि का अनुकूलन है।
तकनीक को चेक गणराज्य-मिलाडा, मोस्ट और मेडार में नई उभरी पोस्ट-माइनिंग झीलों के तटीय क्षेत्र में माइक्रोबियल मैट को मापने के उदाहरण में वर्णित किया गया है। माइक्रोबियल मैट की चयापचय गतिविधि को विशिष्ट गहराई पर सीधे किए गए ओ2 फ्लक्स के प्रत्यक्ष सीटू माप का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है, जहां अध्ययन किए गए समुदाय स्वाभाविक रूप से होते हैं। हेटरोट्रोफिक और फोटोट्रोफिक गतिविधि को नॉनइनवेसिव ऑप्टिकल ऑक्सीजन सेंसर से लैस बंद कांच की बोतलों में मापा जाता है। ये सेंसर प्रकाश-संवेदनशील रंगों के प्रतिदीप्ति का उपयोग करके ऑक्सीजन के आंशिक दबाव का पता लगाते हैं। माइक्रोबियल मैट वाली बोतलों को निलंबित कर दिया जाता है और उचित गहराई पर एक फ्लोटिंग डिवाइस पर इनक्यूबेट किया जाता है। छोटी नाव से दिन के उजाले की अवधि के दौरान बोतलों के अंदर ऑक्सीजन एकाग्रता को लगातार मापा गया था।
बरकरार माइक्रोबियल मैट के नमूने एकत्र किए जाते हैं और स्कूबा गोताखोरों द्वारा निर्दिष्ट गहराई पर गैस-तंग इनक्यूबेशन की बोतलों में रखे जाते हैं। प्रत्येक बोतल एक नॉनइनवेसिव ऑप्टिकल ऑक्सीजन माइक्रोसेंसर से लैस है, जो समय के साथ ओ2 उत्पादकता / खपत की निगरानी करता है। सभी माप प्रत्येक गहराई में पांच प्रतिकृति अंधेरे / प्रकाश जोड़े में किए जाते हैं। तापमान और प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएचएआर) तीव्रता को पूरे इनक्यूबेशन में संबंधित गहराई पर मापा जाता है। सीटू इनक्यूबेशन (दिन के उजाले के घंटों) में 6 घंटे के बाद, माइक्रोबियल मैट को बोतलों से काटा जाता है और सुखाया जाता है। ओ2 फ्लक्स को माइक्रोबियल बायोमास में सामान्यीकृत किया जाता है। एक नियंत्रण के रूप में, फ्लक्स को अलग-अलग प्रकाश और गहरे गैस-तंग बोतलों (रिक्त नियंत्रण) में ओ 2 एकाग्रता में परिवर्तन के लिए सही किया जाता है जिसमें माइक्रोबियल मैट बायोमास के बिना झील का पानी होता है। नीचे फ्लोटिंग बार्ज बनाने और चरण-दर-चरण पूरे प्रयोग को करने के लिए विस्तृत निर्देश दिए गए हैं। यह पेपर दो गहराई (1 मीटर और 2 मीटर) पर माइक्रोबियल मैट के माप से प्रतिनिधि परिणाम भी प्रस्तुत करता है, जिसमें प्रत्येक गहराई पर पांच प्रतिकृतियां होती हैं। डेटालॉगर्स का उपयोग करके पूरे प्रयोग के दौरान वास्तविक तापमान और प्रकाश की तीव्रता को मापा गया था।
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Protocol
नोट: नमूनाकरण से पहले, समग्र परियोजना की जरूरतों, सांख्यिकीय डिजाइन, या नमूना परिवर्तनशीलता की अपेक्षित मात्रा के आधार पर प्रतिकृति की डिग्री निर्धारित करें। सटीक सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए और संभावित नमूना हानि या टूटने के लिए प्रकाश और अंधेरे इनक्यूबेशन की बोतलों के पांच प्रतिकृति जोड़े सुझाए गए हैं। वर्णित फ्लोटिंग प्रयोगात्मक बार्ज को पांच प्रतिकृतियां और रिक्त नियंत्रण की एक जोड़ी ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है; प्रयोगात्मक बजरा के तकनीकी ड्राइंग के लिए चित्रा 1 देखें।
चित्र 1: प्रयोगात्मक बजरा और साइड फ्लोट के तकनीकी चित्र। (ए) शीर्ष दृश्य: बजरा के फ्रेम में चार एल्यूमीनियम कोण एल प्रोफाइल टुकड़े (नीले) होते हैं जो चार एल्यूमीनियम फ्लैट सलाखों (ग्रे) द्वारा एक साथ जुड़े होते हैं। एक्सपीएस फ्लोट्स (गुलाबी) को दो बिंदुओं पर फ्रेम पर रखा जाता है, प्रत्येक समानांतर एल्यूमीनियम के टुकड़ों पर। इनक्यूबेशन बोतलों के लिए चेन को दोनों तरफ फ्रेम से जोड़ा जाता है, जिसमें प्रीड्रिल्ड छेद (लाल तीर) में स्नैप हुक का उपयोग किया जाता है, जिसके बीच 550 मिमी का पृथक्करण होता है। बोतल अनुलग्नक के लिए 1 मीटर और 2 मीटर की दूरी पर चेन प्रदान इनक्यूबेशन किए गए थे (प्रयोगात्मक गहराई के अनुसार स्नैप-हुक की स्थिति चुनें)। कंक्रीट लंगर को बजरा के धनुष पर सुरक्षित किया जाता है, जहां 25 मिमी का ओवरहैंग दो प्रीड्रिल्ड छेद (पीले तीर) के लिए एंकर की श्रृंखला और अनुसंधान पोत के लिए एक अनुलग्नक बिंदु के रूप में काम करने की अनुमति देता है। फ्रेम को चार एल्यूमीनियम कोण टुकड़ों (हरे तीर के निशान) के बीच समानांतर जोड़ों के माध्यम से आसानी से इकट्ठा या अलग किया जाता है। (बी) साइड व्यू लटकती हुई इनक्यूबेशन बोतलों और कंक्रीट एंकर (भूरे वर्ग) के साथ निलंबित जंजीरों को दर्शाता है। (सी) साइड एक्सपीएस फ्लोट: समानांतर एल्यूमीनियम कोण एल टुकड़े (नीले) ऊर्ध्वाधर एल्यूमीनियम फ्लैट सलाखों (ग्रे) से जुड़े होते हैं। क्रॉसबार अनुभाग के नीचे, एक्सपीएस फ्लोट (गुलाबी) को इंगित किए गए आवश्यक छेद आकार (4 मिमी) के साथ लगाया गया है। निलंबित चेन 8 मिमी छेद (लाल तीर) में स्नैप हुक के साथ जुड़े हुए हैं। बार्ज के धनुष पर, दो 8 मिमी छेद ों को ओवरहैंगिंग एल्यूमीनियम में ड्रिल किया जाता है, एक बार्ज (पीले तीर) के लंगर को सुरक्षित करने के लिए और दूसरा अनुसंधान पोत को बार्ज (नीला) में घुमाने के लिए। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
1. प्रयोगात्मक बार्ज का निर्माण
नोट: फ्लोटिंग बार्ज में दो समान खंड होते हैं, जो आसान असेंबली / विघटन की अनुमति देते हैं। सभी उपयोग किए गए भागों को किसी भी शौक बाजार या निर्माण सामग्री बेचने वाले स्टोर में खरीदा जा सकता है।
- सबसे पहले, चार एल्यूमीनियम कोण एल प्रोफाइल टुकड़ों (40 मिमी x 40 मिमी x 3 मिमी; 2,000 मिमी की लंबाई) को एक साथ जोड़कर बार्ज के फ्रेम को इकट्ठा करें, चार एल्यूमीनियम फ्लैट सलाखों (40 मिमी x 3 मिमी x 350 मिमी), 16 स्क्रू (हेक्सागोनल नट्स के साथ 4 मिमी x 15 मिमी), और 32 वॉशर (4 मिमी x 10 मिमी)।
नोट: फ्लैट सलाखों की दूरी और स्थिति चित्रा 1 ए में तकनीकी ड्राइंग में दिखाई गई है। साइड फ्लैट सलाखों के लिए फ्लोट्स का विस्तृत लगाव चित्रा 1 बी में दिखाया गया है। - फ्रेम के दो समान वर्गों को जोड़ने के लिए, विंग नट्स के साथ चार 4 मिमी x 15 मिमी स्क्रू और आठ 4 मिमी x 10 मिमी वॉशर का उपयोग करें ताकि एल्यूमीनियम कोण एल प्रोफाइल को सिरों पर एक साथ पेंच किया जा सके (चित्रा 1 ए, हरे तीर)।
- एक्सट्रूडेड पॉलीस्टाइनिन (एक्सपीएस) सामग्री (500 मिमी x 200 मिमी x 150 मिमी), हेक्सागोनल नट्स के साथ दस 10 मिमी x 170 मिमी स्क्रू, और बीस 10 मिमी x 50 मिमी वॉशर के पांच टुकड़ों का उपयोग करके पांच एक्सट्रूडेड पॉलीस्टाइनिन फ्लोट्स (500 मिमी x 200 मिमी x 150 मिमी प्रत्येक) तैयार करें। तकनीकी ड्राइंग (चित्रा 1 ए) में दिखाए गए पांच बिंदुओं पर फ्लोट्स को फ्रेम से संलग्न करें।
- फ्रेम में छेद ड्रिल करें ( चित्र 1 ए में लाल तीर देखें जो श्रृंखलाओं के लिए छेद की स्थिति और दूरी को चिह्नित करते हैं)। स्टील कैराबिन हुक (50 मिमी x 5 मिमी) का उपयोग करके फ्रेम में छेद के लिए इनक्यूबेशन बोतलों के लिए 12 मीटर स्टील चेन (3 मिमी का तार व्यास, 5.5 मिमी x 26 मिमी का अंदर लिंक) संलग्न करें। प्रयोगात्मक डिजाइन के अनुसार वांछित गहराई तक इनक्यूबेशन बोतलों को स्थापित करने के लिए प्रत्येक श्रृंखला को स्नैप हुक (50 मिमी x 5 मिमी) के जोड़े प्रदान करें। इस मामले में, वे 1 मीटर और 2 मीटर गहराई पर बैठे थे।
- एंकर के लिए, कंक्रीट के साथ 15 एल बाल्टी भरें। कंक्रीट में एक आंख बोल्ट डालें और इसे अबाधित सूखने दें। हुक पर 5 मीटर स्टील श्रृंखला बांधें। लंगर को बार्ज के धनुष पर प्रीड्रिल्ड छेद तक सुरक्षित करें (चित्र 1 ए, बी में पीले तीर द्वारा चिह्नित)।
नोट: असेंबली विवरण के साथ तकनीकी चित्र चित्रा 1 ए-सी में दिखाए गए हैं। चित्रा 2 इकट्ठे प्रयोगात्मक बार्ज की तस्वीर दिखाता है। चित्र 3 श्रृंखला में इनक्यूबेशन बोतलों के लगाव को दर्शाता है।
चित्र 2: इकट्ठे प्रयोगात्मक बार्ज। इकट्ठे प्रयोगात्मक बजरा की तस्वीर। लाल तीर की इनक्यूबेशन की बोतलों के साथ जंजीरों के लगाव के लिए छेद दिखाते हैं। हरे तीर के निशान इंगित करते हैं कि फ्लोट के दो हिस्से एक साथ कहां जुड़े हुए हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्र 3: इनक्यूबेशन बोतलें। 1 मीटर की गहराई पर लटकी हुई गहरे और हल्के इनक्यूबेशन बोतलों के दो जोड़े की तस्वीर। बोतलों की एक जोड़ी में बरकरार माइक्रोबियल मैट का नमूना होता है जो अभी भी पत्थर (लाल तीर) पर बढ़ रहा है। दूसरा एक खाली बोतल है जिसमें संबंधित गहराई से झील का पानी है। एक पीला तीर इनक्यूबेशन की बोतल की आंतरिक दीवार से जुड़े ऑक्सीजन सेंसर स्पॉट को इंगित करता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
2. फ़ील्ड में स्थापना
- बजरा प्लेसमेंट और प्रयोगों के संचालन के लिए एक इन्फ्लेटेबल कश्ती का उपयोग करने का सुझाव दिया जाता है क्योंकि यह आसानी से परिवहन योग्य है।
- फ्लोट को लंगर देने के लिए एक आदर्श गहराई के साथ एक जगह का चयन करें। गहराई चुनें ताकि निचली इनक्यूबेशन की बोतलें तल से कम से कम 2 मीटर ऊपर हों ताकि इनक्यूबेशन बोतलों के आसपास पानी के स्तंभ में तलछट को परेशान करने से बचा जा सके।
- नाव के कठोर के पीछे इकट्ठे बजरा को संलग्न करें। नाव के किनारे लंगर को सावधानीपूर्वक नीचे करें और इसे संरेखित करें ताकि यह पानी की सतह से थोड़ा नीचे लटक जाए ताकि फ्लोट को लंगर के साथ आवश्यक गहराई के साथ स्थान पर आसानी से खींचा जा सके।
- नाव से लंगर को हटा दें, इसे नीचे की ओर झुकाएं, और बजरा को लंगर श्रृंखला में सुरक्षित करें।
- इनक्यूबेशन बोतलों को बार्ज से जोड़ने के लिए जंजीरों को सुरक्षित करें।
3. इनक्यूबेशन बोतल तैयार करना
- गैस-तंग सील के साथ पारदर्शी चौड़ी गर्दन वाली 0.5 एल बोतलों का उपयोग करें।
नोट: बोतलों के आकार को समायोजित करना संभव है लेकिन अधिक पॉलीस्टाइनिन शीट के साथ बार्ज के फ्लोटेशन को बढ़ाना याद रखें। यहां वर्णित बजरा विश्वसनीय रूप से 24 0.5 एल कांच की बोतलें ले जा सकता है। - प्रत्येक बोतल की आंतरिक दीवार पर ऑक्सीजन ऑप्टिकल सेंसर स्पॉट संलग्न करें।
- काले विद्युत टेप के साथ लपेटकर अंधेरे उपचार की बोतलों में एक अपारदर्शी परत जोड़ें।
- ऑप्टिकल सेंसर के साथ स्पॉट में एक छोटा सा छेद काटें। प्रकाश को बोतल में प्रवेश करने से रोकने के लिए, छेद को सेंसर के व्यास से थोड़ा छोटा बनाएं।
नोट: कोई भी अपारदर्शी परत जो प्रकाश को बोतल में प्रवेश करने से रोकती है, वह भी काम करेगी। काले विद्युत टेप का लाभ यह है कि यह घर्षण का प्रतिरोध करता है और पानी में छीलता नहीं है।
4. नमूना संग्रह और हैंडलिंग
नोट: गोताखोर गहरे पानी में नमूनों का मैनुअल संग्रह करते हैं। उथले पानी में, यह स्नॉर्कलिंग या वाडिंग द्वारा किया जा सकता है।
- पोर्टेबल बॉक्स में इनक्यूबेशन बोतलें रखें।
- बॉक्स के साथ संबंधित गहराई तक गोता लगाएं। आसपास के पानी में तलछट को परेशान करने से बचें।
- नमूने के साथ इनक्यूबेशन बोतलों को सावधानी से भरें। नमूने के बायोमास को जितना संभव हो उतना परेशान करने की कोशिश करें, उदाहरण के लिए, लंबे चिमटी का उपयोग करके। यदि माइक्रोबियल मैट एक ठोस सतह पर बढ़ते हैं, जैसे कि एक छोटा पत्थर, तो बोतल में बरकरार बायोमास के साथ पूरे पत्थर को सावधानीपूर्वक स्थानांतरित करें।
नोट: जब नमूने मैट पत्थरों पर बढ़ते हैं तो बड़े पत्थरों को इकट्ठा करने से बचें- कांच की बोतलों को आगे हेरफेर के दौरान तोड़ा जा सकता है। - रिक्त नियंत्रण के रूप में सेवा करने के लिए संबंधित गहराई से साफ पानी के साथ प्रकाश / अंधेरे बोतलों की एक जोड़ी भरें।
नोट: पेरिफाइटन नमूने के बिना बोतलें परिवेशी जल जीवों के ऑक्सीजन उत्पादन / खपत को निर्धारित करने वाले नियंत्रण के रूप में काम करती हैं। यह सुनिश्चित करता है कि पेरिफाइटन की गणना शुद्ध या सकल प्राथमिक उत्पादकता निष्पक्ष है। - सुनिश्चित करें कि सभी इनक्यूबेशन बोतलों में पानी साफ है और इसमें कोई परेशान तलछट नहीं है।
- बोतलों को बंद करें और उन्हें तैरते हुए बजरा पर लंगर डाले हुए नाव पर लाएं।
5. प्राथमिक उत्पादकता को मापना
नोट: नाव में बैठा व्यक्ति गोताखोर से बॉक्स लेता है और निम्नलिखित चरणों का प्रदर्शन करता है।
- इनक्यूबेशन बोतलों के पहले दो जोड़े को पहली श्रृंखला पर स्नैप-हुक से संलग्न करें।
- फाइबर ऑप्टिक ऑक्सीजन मीटर का उपयोग करके प्रत्येक बोतल में प्रारंभिक ऑक्सीजन एकाग्रता को मापें। मीटर के ऑप्टिकल केबल को बोतल के अंदर लगे ऑक्सीजन सेंसर से जोड़ें और तुरंत (कुछ सेकंड के भीतर) ओ2 एकाग्रता संपर्क रहित (बोतल की दीवार के माध्यम से) पढ़ें। मापा मान रिकॉर्ड करें।
नोट: हैंडलिंग समय कम है; गोताखोरों से बोतलों को प्रारंभिक सेटिंग तक संबंधित गहराई तक ले जाने से, इसमें कुछ ही मिनट लगते हैं। - तुरंत बाद, संलग्न बोतलों के साथ श्रृंखला को सावधानीपूर्वक पानी में वापस उतारें। सुनिश्चित करें कि इनक्यूबेशन की बोतलों को उसी गहराई पर रखा गया है जितना कि उनमें रखे गए बायोमास का नमूना लिया गया था।
- 1 घंटे के बाद जहाज से एक और माप करें (नीचे नोट देखें)। बोतलों के साथ प्रत्येक श्रृंखला को नाव में सावधानीपूर्वक खींचें, ऑप्टिकल केबल को सेंसर से जोड़कर ऑक्सीजन मूल्य पढ़ें, और नमूनों को फिर से पानी में कम करें।
नोट: बोतलों की अतिसंतृप्ति से बचने के लिए नमूनों की ओ2 उत्पादकता / खपत की तीव्रता के अनुसार इनक्यूबेशन के दौरान व्यक्तिगत माप के बीच समय समायोजित करें। - बोतलों के सभी जोड़े के साथ इस प्रक्रिया को कम से कम चार या पांच बार दोहराएं।
नोट: क्षेत्र में प्रयोग का पूरा सेटअप चित्रा 4 में दिखाया गया है।
चित्रा 4: क्षेत्र में प्रयोगात्मक सेटअप की स्कीमा। झील की सतह पर लंगर डाले गए प्रयोगात्मक बजरा का चित्रण। माइक्रोबियल मैट बायोमास के साथ इनक्यूबेशन बोतलें (0.5 एल) दो अलग-अलग गहराई (1 मीटर और 2 मीटर) पर लटका दी जाती हैं। गोताखोरों ने उचित गहराई पर इनक्यूबेशन की बोतलों में सीधे माइक्रोबियल मैट के नमूने एकत्र किए। व्यक्तिगत बोतलों में ऑक्सीजन एकाग्रता जहाज से मापा जाता है। बोतलों को पानी से बाहर निकाला जाता है। ऑक्सीजन सांद्रता मूल्य ऑक्सीजन सेंसर से ऑप्टिकल केबल जोड़कर कुछ सेकंड में मापा जाता है। बोतलों को फिर सावधानीपूर्वक पानी में वापस उतारा जाता है। दो गहराई से इनक्यूबेशन की बोतलों के दो जोड़े को मापने की पूरी प्रक्रिया में ~ 2 मिनट लगते हैं। कृपया इस आंकड़े के बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।
6. नमूना विश्लेषण
- माप के अंत के बाद, बोतलों से सीधे नमूने लें, और माइक्रोबियल मैट के बायोमास को छोटे प्लास्टिक फ्लास्क में स्थानांतरित करें। यदि मैट ठोस सब्सट्रेट्स (जैसे, पत्थरों) पर बढ़ते हैं, तो उन्हें टूथब्रश या एक छोटे चाकू से स्क्रब करें।
- प्रयोगशाला में, सूखे वजन9 को निर्धारित करने के लिए पूर्व-वजन वाले ग्लास फाइबर फिल्टर के माध्यम से प्रत्येक प्रतिकृति को फ़िल्टर करें।
7. डेटा विश्लेषण
- इनक्यूबेशन अवधि के दौरान, प्रकाश और अंधेरे बोतलों में ऑक्सीजन एकाग्रता को मापें और बोतलों के भरने पर पानी के स्तंभ में ऑक्सीजन एकाग्रता के साथ इसकी तुलना करें।
नोट: समय के साथ प्रकाश की बोतल में ऑक्सीजन में परिवर्तन बोतल में सभी जीवों द्वारा सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (जीईपी) और श्वसन का संयुक्त परिणाम है (परिवेश के पानी और पेरिफाइटिक समुदाय से ऑटोट्रॉफ़ और हेटरोट्रॉफ़्स)। अंधेरे बोतल में ऑक्सीजन में कमी ऑटोट्रॉफ़ और हेटरोट्रॉफ़ दोनों के श्वसन नुकसान को मापती है। नियंत्रण में ऑक्सीजन एकाग्रता में परिवर्तन (यानी, पेरिफाइटन के बिना बोतलें) केवल परिवेश के पानी में हेटरोट्रोफिक या ऑटोट्रोफिक जीवों का उत्पाद है। पेरिफाइटन उत्पादकता और श्वसन का अनुमान खाली इनक्यूबेशन की बोतलों में मापा गया परिवेशी जल उत्पादकता और श्वसन को घटाकर लगाया गया था। - प्रतिशत ऑक्सीजन संतृप्ति में ओ2 एकाग्रता को नोट करें (यानी, ऑक्सीजन सेंसर को 0% और 100% ऑक्सीजन संतृप्ति तक कैलिब्रेट करें)। प्राथमिक उत्पादकता का अनुमान लगाने से पहले, कच्चे डेटा (
) को कुछ उचित इकाई में परिवर्तित करें।
नोट: बेन्सन और क्रूस10 के अनुसार, इस अध्ययन में, डेटा को शुष्क वजन के आधार पर पेरिफाइटन द्रव्यमान के कार्बनिक पदार्थ (ओएम) के ओ2 प्रति ग्राम के एममोल में परिवर्तित किया जाता है।- समीकरण (1) का उपयोग करके रूपांतरण की गणना करें:
(1)
जहां Cp पानी मेंO2 सांद्रता (mg (O2) L-1) है, जब यह O2 द्वारा पूरी तरह से संतृप्त होता है, Vबोतल mL में बोतल की मात्रा है, Vस्टोन्स mL में पत्थर द्वारा कब्जा की गई मात्रा है, g में पेरिफाइटन द्रव्यमान का वजन है, और 32 O2 का दाढ़ वजन है। - समीकरण (2) का उपयोग करके Cp की गणना करें:
(2)
जहां Cs मानकO2 सांद्रता है, P झील की सतह पर वायुमंडलीय दबाव है, Pw झील की सतह पर जल वाष्प का आंशिक दबाव है, और 3 जल घनत्व है। - पहले से परिभाषित अनुभवजन्य समीकरणों (3-6) से C s, 3, P, और Pw की गणना करें जब झील की ऊंचाई (किमी में h) और झील की सतह पर पानी का तापमान (डिग्री C में t) ज्ञात है:
(3)
(4)
(5)
(6)
नोट: समीकरणों (1-6) से, यह स्पष्ट है कि उथली गहराई के लिए गणना की गईO2 एकाग्रता सबसे सटीक है। जैसे-जैसे गहराई बढ़ती है, गणना की गई एकाग्रता पूर्ण एकाग्रता के मामले में अधिक पक्षपातपूर्ण हो जाती है। यह इष्टतम है जब गहराई के साथ ऑक्सीजन एकाग्रता के परिवर्तन की दर प्रत्येक झील के लिए जानी जाती है ताकि यदि आवश्यक हो तो पूर्ण ओ2 एकाग्रता को ठीक किया जा सके। एक बार जब ओ2 एकाग्रता की गणना की जाती है, तो समय के साथ इसके परिवर्तन का उपयोग दो अलग-अलग स्थितियों में ओ2 के दो अलग-अलग फ्लक्स की गणना करने के लिए किया जा सकता है। प्रकाश परिस्थितियों में, शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (एनईपी) समय के साथ ओ2 एकाग्रता में परिवर्तन के सीधे आनुपातिक है (नीचे देखें)। "पारिस्थितिकी तंत्र" शब्द का उपयोग यहां यह दर्शाने के लिए किया जाता है कि पेरिफाइटन ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक जीवों से बना है। अंधेरे में, समय के साथ ओ2 एकाग्रता में परिवर्तन ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक जीवों के श्वसन नुकसान के योग के समानुपाती होता है, इस प्रकार पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन (आरई) को परिभाषित करता है। एनईपी और आरई के बीच का अंतर सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (जीईपी) को परिभाषित करता है। यदि समुदाय के हेटरोट्रोफिक हिस्से के श्वसन नुकसान नगण्य हैं, तो जीईपी सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता के बराबर हो जाता है।
- समीकरण (1) का उपयोग करके रूपांतरण की गणना करें:
- समीकरण (7) में दिखाए गए अनुसार, तीसरे डिग्री बहुपद प्रतिगमन द्वारा समय के साथ ओ2 एकाग्रता के परिवर्तन की दर निर्धारित करें।
(7)
जहां A0 समय शून्य पर O2 एकाग्रता है और A1-A 2 बहुपद प्रतिगमन के गुणांक हैं।
नोट: बहुपद फ़ंक्शन का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह किसी भी अंतर समीकरण के सन्निकटन के रूप में काम कर सकता है। इस प्रकार, ओ2 एकाग्रता और समय के बीच सटीक कार्यात्मक संबंध जानना आवश्यक नहीं है। इसलिए, कार्यात्मक संबंध (जैसे, रैखिकता) से जुड़ी किसी भी धारणा को नियंत्रित करने की आवश्यकता नहीं है। परिभाषा के अनुसार, बहुपद प्रतिगमन का दूसरा पद, ए1 समय शून्य (यानी, तत्काल दर) पर ओ2 एकाग्रता के परिवर्तन की दर को परिभाषित करता है, जो ए0 से स्वतंत्र है और इस प्रकार, समय शून्य पर पूर्ण ओ2 एकाग्रता है। उस कारण से, ओ2 फ्लक्स का अनुमान गहराई ढाल में दबाव परिवर्तन के कारण पूर्ण ओ2 एकाग्रता गणना में पूर्वाग्रह से प्रभावित नहीं होता है। ए1 में प्रति समय (इस अध्ययन में 1 घंटे) इकाइयाँ O2 (mmol g(OM)-1) हैं।- ए1 की गणना करें, प्रकाश के संपर्क में आने और बिना बोतलों के लिए अलग-अलग गणना की जाती है और माइक्रोबियल मैट बायोमास (यानी, वीस्टोन्स > 0) और प्रकाश के संपर्क में आने और बिना नियंत्रण बोतलों के लिए और इसमें मुक्त पानी होता है (यानी, वीस्टोन्स = 0)।
नोट: इन विभिन्न प्रतिगमन गुणांक संकेतन
, , और 
, को असाइन करते हुए, उत्पादकता जीईपी गणना के लिए समीकरण (8) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(8.1)
(8.2)
(8.3)
यह शब्द
शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता को परिभाषित करता है (चित्रा 5 ए; यानी, शुद्ध ऑक्सीजन उत्पादकता), और यह शब्द 
ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक श्वसन के योग का प्रतिनिधित्व करता है (चित्रा 5 बी; चित्र 5 बी) आरई, यानी, मानते हुए कि दोनों श्वसन अंधेरे और प्रकाश स्थितियों में समान हैं)। - जीईपी प्राप्त करने के लिए एनईपी से आर घटाएं (चित्रा 5 सी)।
नोट: समीकरण (8) स्पष्ट रूप से मानता है कि और दोनों सकारात्मक हैं, और दोनों नकारात्मक हैं। यदि सकारात्मक है, तो आउटलायर्स के लिए कच्चे डेटा को ध्यान से जांचें। सैद्धांतिक रूप से नकारात्मक हो सकता है क्योंकि हेटरोट्रोफिक गतिविधि के कारण श्वसन हानि प्रकाश संश्लेषक गतिविधि से अधिक हो सकती है।
- ए1 की गणना करें, प्रकाश के संपर्क में आने और बिना बोतलों के लिए अलग-अलग गणना की जाती है और माइक्रोबियल मैट बायोमास (यानी, वीस्टोन्स > 0) और प्रकाश के संपर्क में आने और बिना नियंत्रण बोतलों के लिए और इसमें मुक्त पानी होता है (यानी, वीस्टोन्स = 0)।
) को कुछ उचित इकाई में परिवर्तित करें।
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
, , और 
, को असाइन करते हुए, उत्पादकता जीईपी गणना के लिए समीकरण (8) को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(8.1)
(8.2)
(8.3)
शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता को परिभाषित करता है (चित्रा 5 ए; यानी, शुद्ध ऑक्सीजन उत्पादकता), और यह शब्द 
ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक श्वसन के योग का प्रतिनिधित्व करता है (चित्रा 5 बी; चित्र 5 बी) आरई, यानी, मानते हुए कि दोनों श्वसन अंधेरे और प्रकाश स्थितियों में समान हैं)।Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
चित्रा 5: दिन के उजाले के दौरान माइक्रोबियल मैट की शुद्ध और सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता। (ए) लाइट बॉटल-नेट इकोसिस्टम उत्पादकता: हल्की बोतलों से माइक्रोबियल मैट की शुद्ध ऑक्सीजन उत्पादकता का टाइम कोर्स डेटा। इनक्यूबेशन बोतलों में ऑक्सीजन एकाग्रता परिवर्तन को दिन के उजाले के दौरान 1 घंटे के बाद मापा गया था। ग्रे सर्कल: माइक्रोबियल मैट के नमूनों के साथ बोतलें। सफेद घेरे: केवल झील के पानी के साथ खाली बोतलें। (बी) डार्क बॉटल-श्वसन: अंधेरे बोतलों से ऑटोट्रोफिक और हेटरोट्रोफिक श्वसन का योग। इनक्यूबेशन बोतलों में ऑक्सीजन एकाग्रता में परिवर्तन को दिन के उजाले की अवधि के दौरान 1 घंटे के बाद मापा गया था। ग्रे सर्कल: माइक्रोबियल मैट के नमूनों के साथ बोतलें। सफेद घेरे: केवल झील के पानी के साथ खाली बोतलें। (सी) शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता, श्वसन और सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता की तुलना: शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता दरों से श्वसन दर को घटाने से माइक्रोबियल मैट बायोमास की सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता होती है। संक्षेप: एनईपी = शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता; आरई = श्वसन; जीईपी = सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
प्रायोगिक फ्लोटिंग बार्ज और इनक्यूबेशन बोतलों के सेटअप के लिए एक योजनाबद्ध चित्रा 1, चित्रा 2 और चित्रा 3 में दिखाया गया है। चित्रा 4 दर्शाता है कि प्रयोग को क्षेत्र में कैसे स्थापित किया जा सकता है। चित्रा 5 अंतिम शुद्ध और सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रतिनिधि डेटा सेट को दर्शाता है। चित्रा 5 ए में, समय के साथ ओ2 एकाग्रता (यानी, एममोल (ओ2) जी (ओएम) -1 में पुन: गणना की गई) में परिवर्तन को बोतलों के लिए दिखाया गया है ("नमूना" के रूप में चिह्नित) या बिना ("नियंत्रण" के रूप में चिह्नित) माइक्रोबियल मैट जो प्रकाश के संपर्क में थे। ओ2 एकाग्रता में वृद्धि नियंत्रण के साथ-साथ नमूने में भी स्पष्ट है। फिर भी, माइक्रोबियल मैट वाली बोतलों में वृद्धि की ढलान काफी अधिक है। यह दिखाता है कि माइक्रोबियल मैट गतिविधि का संकेत पृष्ठभूमि के खिलाफ पता लगाने योग्य है।
अंधेरे में रखी बोतलों के डेटा पर भी यही लागू होता है, जिसे चित्रा 5 बी में दिखाया गया है। इस मामले में, हालांकि, नियंत्रण में समय के साथ ओ 2 एकाग्रता परिवर्तन का ढलान शून्य से काफी अलग नहीं है। चित्रा 5 सी क्रमशः चित्रा 5 ए, बी, शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (एनईपी) और श्वसन (आरई) में दिखाए गए डेटा के उत्पादों को दर्शाता है। परिभाषा के अनुसार, पहला सकारात्मक और बाद में नकारात्मक होना चाहिए। डेटा परिभाषा का अच्छी तरह से अनुपालन करता है। एनपीपी और आरई का योग तब सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (जीईपी) है। ध्यान दें कि जीईपी की त्रुटि बढ़ जाती है क्योंकि यह एनईपी और आरई के लिए गणना की गई त्रुटियों के वर्ग योग का वर्ग मूल है। प्रत्येक माप घटना निगरानी की गई इनक्यूबेशन बोतलों में से प्रत्येक के लिए दिन के उजाले के समय में ओ2 सांद्रता की एक श्रृंखला का उत्पादन करती है, जो शुद्ध और सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता का अनुमान लगाने का आधार है। चित्रा 5 ए प्रकाश की बोतलों से माइक्रोबियल मैट की शुद्ध ऑक्सीजन उत्पादकता (प्रकाश संश्लेषण और श्वसन) के समय पाठ्यक्रम डेटा को दर्शाता है। चित्रा 5 बी अंधेरे बोतलों से माइक्रोबियल मैट के श्वसन के समय पाठ्यक्रम डेटा को दर्शाता है। शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता से श्वसन दरों को घटाने से सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता की दरें उत्पन्न होती हैं (चित्रा 5 सी)। चित्रा 6 क्षेत्र में विधि के व्यावहारिक अनुप्रयोग से प्राप्त परिणामों को दर्शाता है। पेरीफाइटिक समुदाय की सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता को वनस्पति मौसम के दौरान चेक गणराज्य में तीन पोस्ट-माइनिंग झीलों में मापा गया था।
चित्र 6. तीन पोस्ट-माइनिंग झीलों में पेरिफाइटन की सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता। चेक गणराज्य में तीन पोस्ट-माइनिंग झीलों (मिलाडा, मोस्ट, मेडार्ड) में पेरिफाइटन बायोमास के सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (जीईपी) की मौसमी भिन्नता का उदाहरण। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
| अनुमान | |||
| प्रायोगिक इकाई | O2 फ्लक्स प्रॉक्सी | μmol O2 g OM-1 h-1 | एसई |
| हल्की बोतल | निवल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (एनईपी) | 38.6 | 1.98 |
| गहरे रंग की बोतल | पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन (आरई) | -18.1 | 2.3 |
| सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता (GEP) | 53.8 | 13.6 | |
तालिका 1: परिणामों की एक सारांश तालिका। रैखिक प्रतिगमन के परिणामों की गणना माध्य और मानक त्रुटि के रूप में की जाती है। डार्क और लाइट इनक्यूबेशन बोतलों की पांच प्रतिकृतियों से औसत आकलन मान। एसई = मानक त्रुटि।
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Discussion
इस पेपर में वर्णित पद्धति ऑप्टिकल ऑक्सीजन सेंसर का उपयोग करके ओ2 एकाग्रता को मापने की गैर-आक्रामक तकनीक के संयोजन में प्रकाश और अंधेरे बोतल ऑक्सीजन तकनीक के सिद्धांत पर आधारित है। यह प्रणाली विभिन्न इनक्यूबेशन सेटिंग्स के समानांतर माप की अनुमति देती है क्योंकि ओ2 को मापने के लिए ऑप्टिकल फाइबर को बोतल से बोतल में जल्दी से स्थानांतरित किया जा सकता है। विभिन्न गहराई से बेंटिक समुदाय टैक्सोनोमिक संरचना और उत्पादकता में भिन्न हो सकते हैं; साथ ही उन्हें समानांतर तरीके से मापने से समय की बचत हो सकती है और परिणाम अधिक सटीक हो सकते हैं, जिससे पूरे गहराई वाले प्रोफाइल की गणना सक्षम हो सकती है जहां पेरिफाइटन बढ़ता है। शेक फ्लास्क में एकीकृत गैर-इनवेसिव ऑक्सीजन सेंसर वास्तविक समय ऑक्सीजन फ्लक्स निगरानी को सक्षम करते हैं।
डिज़ाइन किया गया प्रयोगात्मक सेटअप संबंधित गहराई पर माइक्रोबियल समुदायों की प्राथमिक उत्पादकता को मापने की अनुमति देता है जहां समुदाय स्वाभाविक रूप से होते हैं, जो प्रयोगशाला में अनुकरण करना मुश्किल है (उचित दबाव, तापमान के दैनिक पाठ्यक्रम और सीटू में प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन को ट्रैक करना, विभिन्न पोषक तत्वों की उपलब्धता)। प्रस्तावित विधि में प्रमुख सुधार गैर-आक्रामकता, लागत-प्रभावशीलता और नमूना संग्रह के स्थान के पास एक ही समन्वय स्थान पर कई एक साथ माप की संभावना है। विधि पर्यावरण के अनुकूल है क्योंकि सभी सामग्रियों का बार-बार उपयोग किया जा सकता है। यह अतिरिक्त खर्चों के बिना बड़े डेटासेट के संग्रह को भी सक्षम बनाता है। अत्यधिक संवेदनशील ओ2 जांच (यानी, पहचान सीमा 15 पीपीबी, 0.04 मिलीग्राम ओ2 एल -1 का रिज़ॉल्यूशन 0.1%) की शुरूआत भी विधि के उपयोग को कम उत्पादक जलीय वातावरण में बदल देती है।
फिर भी, प्रस्तावित विधि की सीमाएं भी हैं जो प्रयोगात्मक व्यवस्था की प्रकृति से जुड़ी हैं। पहली सीमा बंद बोतलों के ओ2 सुपरसेप्शन की संभावना है। यह विशेष रूप से धूप के दिनों के दौरान होता है यदि अत्यधिक उत्पादक बायोमास को इनक्यूबेट किया जाता है। इसके परिणामस्वरूप पानी 7 में ओ2 के अपूर्ण विघटन के कारण प्रकाश संश्लेषण का कम आकलन हो सकताहै। ओ2 की उच्च सांद्रता भी पीएसआईआई11 को निष्क्रिय कर सकती है। सुपरसेप्शन से बचने के लिए, बायोमास राशि अनुकूलन पर केंद्रित प्रारंभिक प्रयोगों की दृढ़ता से सिफारिश की जाती है। दूसरा, उत्पादित गैसों का आदान-प्रदान पेरिफाइटिक मैट की मोटी सीमा परत द्वारा सीमित किया जा सकता है। इनक्यूबेशन बोतलों के भीतर स्थिर परिस्थितियों के साथ, यह उत्पादकता को कम कर सकता है। हालांकि, वर्णित पद्धति के ढांचे के भीतर, इनक्यूबेशन बोतलों को मापने के समय के दौरान पानी से बाहर निकालने पर हर घंटे हेरफेर किया जाता है और तब वापस उतार दिया जाता है। इनक्यूबेशन दौरान, स्वपोषी समुदाय विघटित अकार्बनिक कार्बन (डीआईसी) द्वारा भी सीमित हो सकता है, जिससे उत्पादन में मंदी आ सकती है। इसलिए, ओ2 में वृद्धि पूरे इनक्यूबेशन समय में रैखिक नहीं है। आमतौर पर, दर गणना के लिए ओ2 से समय संबंध के केवल रैखिक क्षेत्र का चयन करके समस्या को हल किया जाता है। यहां, हमने एक तृतीय-डिग्री बहुपद प्रतिगमन का उपयोग किया, जो समय के साथ ओ2 के परिवर्तन की दर को परिभाषित करने वाले किसी भी अलग-अलग फ़ंक्शन के सन्निकटन के रूप में कार्य करता है। यह समय शून्य पर परिवर्तन की दर की गणना के लिए अनुमति देता है; इसलिए, समुदाय अभी तक समय शून्य पर डीआईसी द्वारा सीमित नहीं है।
अध्ययनों से पता चला है कि पेरिफाइटिक मैट और ओवरलाइंग पानी के बीच गैसों के समरूपीकरण के लिए न्यूनतमआंदोलन आवश्यक है। लेंटिक वातावरण में, तटीय क्षेत्रों की हाइड्रोडायनामिक्स वैसे भी मजबूत नहीं होती है, इसलिए व्यक्तिगत माप के दौरान इनक्यूबेशन बोतल के भीतर पानी को मिलाना प्राकृतिक समरूपीकरण प्रक्रियाओं के लिए पर्याप्त समझौता हो सकता है। एक और समस्याग्रस्त कदम नीचे के भौतिक संदर्भ से पेरिफाइटिक नमूने को बाहर निकाल रहा है, जिससे चटाई में प्रकाश जोखिम और गैस प्रवेश में परिवर्तन हो सकता है। पेरिफाइटन की रोशनी की मात्रा को थोड़ा संशोधित किया जा सकता है, खासकर एकत्रित मैट के किनारों पर। हालांकि, प्रकाश संश्लेषक जीव स्वाभाविक रूप से प्रकाश तीव्रता में उतार-चढ़ाव का सामना करते हैं, इसलिए उन्हें इस तरह केपरिवर्तनों को बनाए रखने के लिए अनुकूलित किया जाता है। गड़बड़ी की अधिक डिग्री से बचने के लिए, इनक्यूबेशन के लिए पेरिफाइटिक मैट के एक कॉम्पैक्ट टुकड़े का सावधानीपूर्वक नमूना लेने की सिफारिश की जाती है। माप के दौरान पानी से बाहर निकाले जाने पर नमूने अधिक तीव्र विकिरण के संपर्क में आ सकते हैं। फिर भी, संबंधित गहराई में बोतलों का इनक्यूबेशन समय ओ2 एकाग्रता रीडिंग का संचालन करने के लिए आवश्यक समय से बहुत बड़ा है। इनक्यूबेशन समय 4 घंटे है, और एक रीडिंग में लगभग 30 सेकंड लगते हैं।
प्रस्तुत विधि का आविष्कार लेंटिक जल पारिस्थितिक तंत्र के लिए किया गया था। इसका उपयोग बहते पानी में भी किया जा सकता है, लेकिन कुछ मामूली तकनीकी समस्याओं को हल किया जाना चाहिए। बहते पानी में, बोतलों इनक्यूबेशन को अधिक आसानी से तोड़ा जा सकता है और पूरे सिस्टम को लंगर डालना प्रवाह में चुनौतीपूर्ण होगा। फिर भी, स्थिर पानी में भी, बोतलों इनक्यूबेशन सावधानी से संभाला जाना चाहिए ताकि वे हेरफेर के दौरान एक-दूसरे को न तोड़ें। विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए यदि इनक्यूबेशन बोतलों में पत्थरों पर उगने वाले माइक्रोबियल मैट शामिल हैं। कांच की बोतलों को तोड़ने से बचने के लिए बड़े पत्थरों का नमूना नहीं लेना महत्वपूर्ण है।
जैसा कि प्रोटोकॉल अनुभाग 7 में उल्लेख किया गया है, वर्णित विधि शुद्ध पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता, पारिस्थितिकी तंत्र श्वसन दर और उनके उत्पाद-सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता का अनुमान प्रदान करती है। इस विधि में, माइक्रोबियल समुदाय के हेटरोट्रोफिक और ऑटोट्रोफिक भागों की श्वसन दर को अलग नहीं किया जा सकता है। इसलिए, सकल पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता हेटरोट्रोफिक श्वसन के बराबर दर से सकल प्राथमिक उत्पादकता से कम है। इसलिए, यह विधि सीधे 14 सी आइसोटोप लेबलिंग 15,16,17 द्वारा प्राथमिक उत्पादकता आकलन की अक्सर उपयोग की जाने वाली विधि से तुलनीय नहीं है। यह विधि ज्ञात घुलित अकार्बनिक सी एकाग्रता18 के पानी से भरी बोतलों में लेबल 14सी-सीओ2 की ज्ञात मात्रा को पेश करने इनक्यूबेशन आधारित है। समय के साथ रेडियोधर्मिता हानि दर सीधे सकल प्राथमिक उत्पादकता के समानुपाती होती है। प्रस्तावित विधि, वास्तव में, रेडियोलेबलिंग विधि का पूरक है क्योंकि दोनों विधियों का संयोजन सैद्धांतिक रूप से हेटरोट्रोफिक और ऑटोट्रोफिक श्वसन सहित सभी कार्बन फ्लक्स को अलग करने की अनुमति देता है। हालांकि, रेडियोलेबलिंग विधि की भी कई सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, यह पेरिफाइटिक मैट19 में लेबल किए गए तत्व के तेजी से और सजातीय समावेश की धारणा पर निर्भर करता है, जो आमतौर पर पेरिफाइटिन मैट्रिक्स के यांत्रिक व्यवधान के बिना संभव नहीं है। सटीक दैनिक अनुमान प्राप्त करने के लिए, नमूने पूरे दिन में कई बार एकत्र, इनक्यूबेट और नमूना लिया जाना चाहिए, और रेडियोधर्मीसंदूषण से बचने के लिए विधि को प्रयोगशाला स्थितियों के तहत चलाया जाना चाहिए। निरंतर और गैर-आक्रामक माप संभव नहीं है।
जलीय पारिस्थितिक तंत्र में प्राथमिक उत्पादकता का अनुमान लगाने के लिए अन्य आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले तरीकों में एक ही प्रयोगात्मक डिजाइन है, लेकिन इसमें विभिन्न प्रकार के ऑक्सीजन जांच शामिल हैं, जो कम सुविधाजनक हैं, खासकर पेरिफाइटन20 की प्राथमिक उत्पादकता का अनुमान लगाने के लिए। कुछ प्रकार के ऑक्सीजन जांच का उपयोग पेरिफाइटिक मैट के भीतर वास्तविक ऑक्सीजन एकाग्रता का पता लगाने में मदद कर सकता है, लेकिन समय के साथ परिवर्तन की दर का अनुमान नहीं लगा सकता है जब तक कि बंद प्रणाली में सील न हो। ऑक्सीजन जांच को सील करने से नॉनइनवेसिव ऑप्टिकल सेंसर की तुलना में रिसाव का खतरा अधिक होता है। वायर्ड कनेक्शन की उनकी आवश्यकता के कारण, अन्य बोतल-आधारित चयापचय विधियां अधिक गहराई पर ऑक्सीजन सांद्रता के माप की अनुमति नहीं देती हैं। यह प्रस्तावित विधि को बनाता है, जिसे वायर्ड कनेक्शन की आवश्यकता नहीं होती है, गहरे पानी के बेंटिक चयापचय के सटीक अनुमान प्रदान करने में अधिक सक्षम है। चूंकि प्रत्येक ऑप्टिकल सेंसर एक स्वतंत्र इकाई है, इसलिए एक ही समन्वय स्थान पर कई गहराई पर समय के साथ ऑक्सीजन एकाग्रता में परिवर्तन को एक साथ मापना संभव है। नतीजतन, विधि एक मजबूत डेटासेट प्रदान कर सकती है जो आवश्यक होने पर पूरे जल निकाय को ऊपर उठाने की अनुमति भी देती है। उदाहरण के लिए, रिमोट सेंसिंग तकनीक समान रूप से लागू नहीं है क्योंकि इस विधि का उपयोग सतह के नीचे अलग-अलग गहराई पर नहीं किया जा सकता है।
पेरिफाइटन (या अन्य बेंटिक जीवों) की सकल उत्पादकता के विस्तृत मौसमी सीटू माप लेंटिक पानी में प्राथमिक उत्पादकता गतिशीलता को नियंत्रित करने वाली प्रक्रियाओं के वर्तमान ज्ञान में सुधार कर सकते हैं। प्रत्येक झील के तटीय क्षेत्र में कुल प्राथमिक उत्पादकता का अनुमान लगाने से पूरे झील कार्बन चयापचय के लिए इसके सापेक्ष महत्व का बेहतर विचार मिल सकता है। हालांकि, यह विधि ऑलिगोट्रोफिक पानी में प्लवक प्राथमिक उत्पादकता को मापने के लिए अनुपयुक्त है। बेंटिक समुदायों की तुलना में, खुले पानी में प्लवक बायोमास बहुत कम है। इस प्रकार, ओ2 एकाग्रता में परिवर्तन बेंटिक बायोमास के साथ प्रयोग के दौरान एक साथ पता लगाने के लिए बहुत धीमा होगा। इस मामले में, प्लवक की चयापचय गतिविधि को 14सी-बाइकार्बोनेट विधि का उपयोग करके मापा जा सकता है जैसा कि एक ही नमूना समय में सिमेक एट अल .21 द्वारा वर्णित है। यूट्रोफिक पानी में, प्लवक की प्राथमिक उत्पादकता को मापने के लिए भी इस विधि का उपयोग करना संभव है। ऊपर उल्लिखित प्राथमिक उत्पादकता को मापने के लिए प्रत्येक तकनीक के फायदे और नुकसान हैं, जिन पर चर्चा की गई है। जांच किए जा रहे वैज्ञानिक प्रश्नों के अनुसार सबसे अच्छी तकनीक का चयन किया जाना चाहिए। इसके अलावा, विधि को जितना संभव हो उतना अध्ययन किए गए पारिस्थितिक तंत्र के पारिस्थितिक मापदंडों की नकल करनी चाहिए।
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Disclosures
लेखक पुष्टि करते हैं कि उनके पास खुलासा करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।
Acknowledgments
इस अध्ययन को चेक साइंस फाउंडेशन (जीएसीआर 19-05791 एस), आरवीओ 67985939 और सीएएस द्वारा रणनीति एवी 21, लैंड सेव एंड रिकवरी के कार्यक्रम के भीतर समर्थित किया गया था। मैदान में शॉट्स लेने के लिए ओंदसेज सिहेल्सकी के लिए बहुत धन्यवाद - उनके बिना, फिल्मांकन पूरी तरह से नरक होता। यह परियोजना कंपनियों के साथ कड़े सहयोग के बिना संभव नहीं होगी, पालिवोवी कोम्बिनाट ओस्टी एसपी और सोकोलोव्स्की उहेलना, जिन्होंने अध्ययन किए गए इलाकों तक पहुंच प्रदान की।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum angle L profile 40 x 40 mm x 3 mm, length 2,000 mm | |||
| Aluminum flat bar 40 x 3 x 350 mm | |||
| Bucket 15 L with concrete infill | |||
| Carabine hook with screw lock 50 x 5 mm | |||
| electric tape black | |||
| Extruded polystyrene (XPS) material 500 x 200 x 150 mm | |||
| Fibox 3 LCD trace | PreSens Precision Sensing GmbH | stand-alone fiber optic oxygen meter | |
| Hondex PS-7 Portable Depth Sounder | Hondex - Honda Electronics | to measures distances through water - to bottom depth measurement; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e | |
| KORKEN - glass tight-seal jar 0.5 L | IKEA | incubation bottles; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/ | |
| metal hook | |||
| Oxygen Sensor Spot SP-PSt3-NAU-D5 | PreSens Precision Sensing GmbH | non-invasive optical oxygen sensor for measurements under Real Conditions | |
| SCOUT infantable canoe | GUMOTEX | https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C | |
| Screw 10 x 170 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with wing nuts | |||
| Snap hooks 50 x 5 mm | |||
| Steel Carabine hook 50 x 5 mm | |||
| Steel chain with wire diameter 3 mm, inside link 5.5 x 26 mm | |||
| Steel chain, 5 m | |||
| toothbrush | |||
| tweezer | |||
| Washer 10 x 50 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm |
References
- Blachart, J. L., et al. Potential consequences of climate change for primary production and fish production in large marine ecosystems. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1605), 2979-2989 (2012).
- Howarth, R. W., Michaels, A. F. The Measurement of primary production in aquatic ecosystems. Methods in Ecosystem Science. Sala, O. E., Jackson, R. B., Mooney, H. A., Howarth, R. W. , Springer. New York, NY. 72-85 (2000).
- Vadenbecouer, Y. E. G., Peterson, M. J., Vander, Z., Kalff, J. Benthic algal production across lake size gradients: Interactions among morphometry, nutrients, and light. Ecology. 89 (9), 2542-2552 (2008).
- Reimer, A., Landmann, G., Kempe, S. Lake Van, eastern Anatolia, hydrochemistry and history. Aquatic Geochemistry. 15 (1), 195-222 (2009).
- Cantonati, M., Lowe, R. L. Lake benthic algae: toward an understanding of their ecology. Freshwater Sciences. 33 (2), 475-486 (2014).
- Gaarder, T., Gran, H. H. Investigation of the production of plankton in the Oslo Fjord. Rapports et Proces-verbaux des Réunions. Conseil International pour l'Éxploration de la Mer. 42, 1-48 (1927).
- Hall, R. O., Thomas, S., Gaiser, E. E. Measuring Freshwater Primary Productivity and Respiration. Principles and Standards for Measuring Primary Productivity. Fahey, T. J., Knapp, A. K. , Oxford Academic. New York. The Long-Term Ecological Research Network Series (2007).
- Howart, R., Michaels, A. Chapter 6 The Measurement of Primary Production in Aquatic Ecosystems. Springer Science and Business Media LLC. , (2000).
- Kopáček, J., Hejzlar, J. Semi-micro determination of total phosphorus in soils, sediments, and organic materials: a simplified perchloric acid digestion procedure. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (11-12), 1935-1946 (1995).
- Benson, B. B., Krause, D. The concentration and isotopic fractionation of oxygen dissolved in freshwater and seawater in equilibrium with the atmosphere1. Limnology and Oceanography. 29 (3), 620-632 (1984).
- Dodds, W. K., Biggs, B. J., Lowe, R. L. Photosynthesis-irradiance patterns in benthic microalgae: variations as a function of assemblage thickness and community structure. Journal of Phycology. 35 (1), 42-53 (1999).
- Bott, T. L., et al. An evaluation of techniques for measuring periphyton metabolism in chambers. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (3), 715-725 (1997).
- Blankenship, R. E. Structural and functional dynamics of photosynthetic antenna complexes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (45), 13751-13752 (2015).
- Hawes, I., Schwartz, A. -M. Photosynthesis in an extreme shade environment, benthic microbial mats from Lake Hoare, a permanently ice-covered Antarctic lake. Journal of Phycology. 35 (3), 448-459 (1999).
- Aristegui, J., et al. Planktonic primary production and microbial respiration measured by 14C assimilation and dissolved oxygen changes in coastal waters of the Antarctic peninsula during austral summer: Implications for carbon flux studies. Marine Ecology-Progress Series. 132, 191-201 (1996).
- Steemann-Nielsen, C. The use of radioactive carbon (14C) for measuring organic production in the sea. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 18 (2), 117-140 (1952).
- Sanz-Martín, M., et al. Relationship between carbon-and oxygen-based primary productivity in the Arctic Ocean, svalbard archipelago. Frontiers in Marine Science. 6, 468 (2019).
- Nielsen, E. S. Measurement of the production of organic matter in the sea by means of carbon-14. Nature. 167 (4252), 684-685 (1951).
- Jönsson, B. A 14C-incubation technique for measuring microphytobenthic primary productivity in intact sediment cores. Limnology and Oceanography. 36 (7), 1485-1492 (1991).
- Bender, M. L., et al. A comparison of four methods for determining planktonic community production. Limnology and Oceanography. 32 (5), 1085-1098 (1987).
- Šimek, K., et al. Spatio-temporal patterns of bacterioplankton productivity and community composition related to phytoplankton composition and protistan bacterivory in a dam reservoir. Aquatic Microbial Ecology. 51 (3), 249-262 (2008).
