Method Article

O Bentik Değişim 2 K 2 ve Çözünmüş Besinler

DOI:

10.3791/54098

⸱

August 3rd, 2016

 , 
1Horn Point Laboratory, University of Maryland Center for Environmental Science

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, tortu-su gazı ölçümü ve çözünen madde değişimi için küçük çekirdek inkübasyonları sunuyoruz. Bunlar, sucul ekosistemlerdeki biyolojik ve biyojeokimyasal süreçleri etkilemede tortunun rolünü değerlendiren tortu-su değişiminin güvenilir ölçümlerini sağlayacaktır.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sucul çökeltilerdeki gazların ve çözünen maddelerin tortu-su değişiminin ölçümü, çökeltilerin besin ve gaz döngülerindeki rolünü anlamak için değerli veriler sağlar. Bozulmamış tortu-su arayüzlerine sahip karotlar toplandıktan sonra, inkübasyon tanklarına daldırılır ve yerinde sıcaklıklarda aerobik koşullar altında tutulur. Üstteki su kimyasının bir zaman seyrini başlatmak için, çekirdekler, asılı bir karıştırıcıya sahip bir üst kapak kullanılarak kabarcıklar olmadan kapatılır. Tortu suyu değişim oranını belirlemek için 4-7 numune noktasından oluşan zaman kursları kullanılır. Yapay aydınlatma, sığ fotosentetik çökeltiler için gündüz koşullarını simüle eder ve karanlık inkübasyonlarla birlikte günlük olarak net değişimler sağlayabilir. N2'nin net ölçümü, N2konsantrasyonlarını ölçmek için bir araç sağlayan N2: Ar oranlarının yüksek hassasiyetli kütle spektrometrik analizi ile çözünmüş gaz konsantrasyonlarının bir zaman seyrinin örneklenmesiyle mümkün olur. Bu yaklaşımı göllere, rezervuarlara, haliçlere, sulak alanlara ve yağmur suyu göletlerine başarıyla uyguladık ve bu yaklaşım özenle sucul ekosistemlerdeki biyojeokimyasal dengeler hakkında değerli bilgiler sağlıyor.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

besin ve kirletici önemli lavabo çökelleri genellikle sucul ekosistemlerin kritik biojeokimyasal bileşenleridir ve vardır. Göl çökelleri içinde besin, gaz ve geçiş metal Biyojeokimya öncü çalışmalar redoks koşullarını 1,2 değişen vardı örten su ile çözünen ve gazların sediment alışverişini ortaya çıkardı. Besin elementleri için, sedimanlar bir fosfor kaynağı ve organik madde remineralizasyon sonra sabit azot ve fotosentetik olmayan ortamlarda 3,4 oksijen bir lavabo olabilir. Batık makrofitlerin, makro ve bentik mikroalglerin Fotosentez sediment-su arayüzü 5,6 arasında çözünmüş maddelerin alışverişi derin etkilere sahip olabilir.

sediment-su arayüzü üzerinden çözünen ve gaz alışverişine ölçümleri mühendislik ve bilimsel wat kalibrasyonu da dahil olmak üzere, temel bilim ve uygulamalı bilim amaçlar için yapılırkalitesi modelleri 7,8 er. Bu yöntemlerin amacı, mümkün olduğunca, güvenilir ve doğru sediment-su döviz kurları sağlamaktır. yaklaşımlar çok çeşitli tortu su ara-yüzünde kimyasal değişimini değerlendirmek için kullanılmıştır. Tabakalı sistemlerde gaz ve çözünen maddelerin alt su birikimi 9 yararlı olabilir, ancak Termoklin veya pycnoclines üzerinde tortu su alışverişi için geçerli değildir olabilir. Eddy korelasyon dikey su hızlarının yüksek frekans ölçümü ile birlikte gazların, genellikle oksijen yüksek frekans ölçümleri gerektirir; Bu teknik yerinde kubbeleri ise. besin değişim çalışmaları için veri sağlayamaz şu anda muazzam sözü vardır ama ya odaları in situ sıcaklıkları, derin su basınçları ve ışık düzeyleri tortu daha geniş bir yüzey alanı kapsayan ve içinde sürdürülmesi avantajı ile, son derece tercih edilen bir yöntemdir 10. Uygulamada, bu geniş zaman gerektiren çok pahalı ölçümlerbüyük araştırma gemilerinde; uygulamaların çoğu kıyı bölgesi veya okyanus çökelleri derindir. Kararlı duruma ulaşması odaları aracılığıyla akışını kullanarak çekirdek inkübasyon teknikleri inkubasyon sırasında 11, oksijen içeren, nispeten sabit örten su kimyası korumak için mükemmel. oran içeri akan ve dışarı akan su ve su döviz kurları ile arasındaki konsantrasyon farklılıkları ile kararlı durumda belirlenir, çünkü bu ınkübasyonlar zaman önemli miktarda alabilir.

Laboratuvarımızda tarafından kullanılan zaman ders çekirdek kuluçka yaklaşımı Kuzey Amerika ve Avrupa'da farklı laboratuarlarda bir sayısına göre kullanılan yaklaşımlardan uyarlanmıştır ve bu genel yaklaşıma dayanan literatürün önemli bir miktardır. Biz sık sık denitrifikasyon olarak anılacaktır N 12 akılarında N2 ölçümü, bu yaklaşımı uyarlamış ve fotosentez ve fotosentetik olmayan tortu ortamlara bunu uygulamış, dahil estuaries 13, göller, rezervuarlar ve sulak 14. Bu çalışmalar sayesinde bizim genel yaklaşım iyi çalıştığı birçok ortamlar bulduk, bazıları da o değil. Bu süreç ekosistemlere azot önemli bir kaybı temsil ettiğinden denitrifikasyon ölçümü birçok farklı karasal ve sucul ortamlarda yapılmıştır. Çok sayıda yaklaşımlar denitrifikasyon ölçümleri, bazı doğrudan ve 15 bazı dolaylı yapmak için kullanılır olmuştur. Doğrudan N2 akışı ölçümler, yüksek atmosfer içeriği N2 ve su 16 içinde çözüldü daha sonra yüksek konsantrasyonlarda çok zordur. İki yaklaşım çevreyle ilgili oranları en iyi şekilde temsil sahip olarak ortaya çıkmıştır: N kullanarak izotop eşleştirme 17 ve N 2 izotoplar: laboratuvarda kullanılan Ar oranı. izotop eşleştirme yöntemi birçok ortamlarda başarıyla kullanılmaktadır ve düşük fiyatla yüksek hassasiyete sahip olmuştur. Biz N istihdam2: Ar oranı sadeliği nedeniyle yaklaşımı ve etkilenen ortamlarda yeterince hassas olduğu için biz sık sık çalışma.

Bu yazıda, biz gaz ve çözünenlerin sediment-su değişimi ölçümü yapmak için son yirmi yılda kullanmış teknik yaklaşımı açıklar. sediment-su değişimi, herhangi bir ölçüm dikkate tarla koşullarında ve deneysel parametrelerin bir dizi içine almak gerekir. Bu faktörler sıcaklık, aydınlık / karanlık koşullar 18, sediment-su arayüzünde 19 karıştırma / fiziksel akışı, çözünmüş oksijen konsantrasyonlarını 20, ve iyi ölçümler yaparak temel unsurlarıdır diğer faktörlerdir. Çekirdekler bentik mikroalglerin büyümesi için yeterli aydınlatma aldığınız alanlarda toplanan Örneğin, karanlık ve ışık koşullarına 21 ikisini de deneylerini gereklidir. Benzer bir şekilde, oksijen, üstteki suyun eklenmesi çekirdekleri anoksik içinAlan koşulları çoğaltma değil. Kaçınılmaz eserler 22 yol açabilir sucul ekosistemlerin herhangi bir bölümünün Deneysel muhafaza; Bir tortu su değişimi ölçüm programı 1'de kullanılan yaklaşımlar) her ekosistemde sediment-su değişimini kontrol eden faktörleri tanımak ve 2) deneysel manipülasyon türetilmiş eserler en aza indirmek önemlidir.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Not: örselenmemiş sediment-su arayüzleri ile çekirdek toplama değişimi iyi deneysel ölçümlerin yapılması esastır; yüksek rahatsız çekirdekler örten su ile gözenek su çözünen maddeleri alışverişi olasıdır ve (II) Fe oksidasyon ve düşük sülfür bileşikleri aracılığıyla oksijen alımını arttırmıştır. Bu yazıda, sediman örneklemesi teknikleri ve çözünen ve gazların kimyasal analizler sadece üstünkörü eklenmesi ile sedimanlar sediment kuluçka prosedürlerini vurgulamaktadır. örnekleme öncesinde, ya da ilk sonuçlara göre, genel proje ihtiyaçlarına istatistiksel tasarım ya da küçük ölçekli mekansal değişkenlik beklenen miktarına göre çoğaltma derecesini belirler. Yinelenen çekirdek birçok çalışma ve üç kez kullandığı minimum daha iyi bir istatistiksel analiz izin için yararlıdır.

1. Tortu Toplama ve Taşıma

Not: değişim deneyleri için sediment toplama çekirdekleri usi 1) manuel ekleme kullanılarak gerçekleştirilirtortuları tutmak için elle kapalı vana ile bir alüminyum kutup kullanarak karot, 2) kutup veya 3) kutu karot sığ yoluyla, dalgıçlar ya da sığ su veya sulak ng.

  1. her sitede, GPS kullanarak site konumunu kaydetmek bir su kalitesi sonda kullanılarak alt su oksijen, sıcaklık ve tuzluluk belirlemek ve PAR sensörü / metre kullanarak yüzey ve alt fotosentetik aktif radyasyon (PAR) belirler.
    1. sediment üzerinde 1 ~ m'ye sonda su kalitesini düşürebilir ve alt su özelliklerini (derinlik, sıcaklık, çözünmüş oksijen, sıcaklık ve tuzluluk / iletkenlik) kaydedin.
    2. Bir düşürücü çerçeve kullanarak sediment-su arayüzüne bir sualtı prob ile bir PAR sensörü indirin. ortam ışığı koşullarında ışık zayıflama tahmin etmek hemen hava-su arayüzü altında PAR okumalara tortu yüzeye yakın PAR okumaları karşılaştırın.
    3. Bunu düşürücü, tekne / gemi yan üzerinde bir kutu oyma bıçağı dağıtma yavaş yavaş bozuklukları en aza indirmek içinsediment nüfuz üzerine. Görünür rahatsızlık veya aşırı tabanda çekirdek kutusunu inceleyin.
      1. Bir kutu çekirdek birimi için, sediment içine çekirdek tüpleri yerleştirin ve çekirdeğin üstünü örtecek bir butil tıpa kullanın. akı deneyler için, çekirdek içinde ideal bir tortu / su dengesi daha az tortu derinliği toplama su 15 cm ve kaba sediment 15 cm ya da yüksek oranda sıkıştırılmış çökelleri ise kabul edilebilir bir sonuçtur. Oksijen tükenmesi oranları aşırı değilseniz, daha fazla su sütunu yüksekliği doğru denge kayması.
      2. Tipik olarak, derin su çalışmaları için ve bentik mikroalglerin veya büyük hayvan popülasyonlarının ile sedimanlar için 6.35 cm iç çapı çekirdek kullanmak 10 cm kimlik çekirdeği kullanın. Çekirdek büyüklüğü ana sınırı çekirdeğin alt kapak yeteneğidir.
      3. gömülü bir O-halkası içeren bir akrilik alt plaka ile alt kapak. Yeterli çoğaltır toplanana kadar bu işlemi tekrarlayın. kutup çekirdek birimi, ilk etapta çekirdek li akrilik alt plaka ilener, çekirdek birimi gelen çekirdek kaldırmak ve stoper ekleyin.
  2. siteden ortam su ile sular altında olduğunu uzun boylu yalıtımlı su soğutucusu yer çekirdekler; Bu yerinde sıcaklıklarda korumaya yardımcı olur. soğutucu dik kalmasını sağlamak. Taşıma sırasında rahatsız çekirdekleri atın.
  3. deneylerde kullanılmak üzere 20 L bidonlarda içine tortu yüzeye yakın alınan alt su pompası. 10-20 L / dakika kapasiteli veya yüksek hızlı bir peristaltik pompa ile bir diyafram pompa kullanın.
    1. Sığ tabakalandırılmamış suda, suya "dunking" ile damacana doldurun. yüksek kapasiteli inline kartuş filtre kullanarak alt suyun süzülmesi sadece kontrol çekirdekleri su kolonundan düzeltme minimize (ışık) su kolonu oksijen alımı ya da fotosentez oranlarının yüksek olduğu bölgelerde yararlı olabilir.
  4. Kuluçka tesisi mümkün olduğunca çabuk çekirdeği taşıyın. genişletilmiş ulaşım, AER durumundasinyal dizisi çekirdekler oksijensiz ve yapay köpüren veya dolaşım gerekli olabilir.

2. İlk Kurulum

  1. Kuluçka tesisinde, bir inkübasyon küvet yer çekirdekleri ya kontrollü sıcaklık ile bir çevre odasında, ya da bir ısıtma / soğutma sirkülatör üzerinden sıcaklık kontrolü ile çift cidarlı inkübatör. 1.1.1 ölçülen alt su sıcaklıklarına sıcaklığını ayarlamak.
  2. tamamen sediment çekirdekleri batış, inkübatör alt su ekleyin. Ayrıca yedek su dağıtılması için kullanılacak musluk ile 5 L'lik karboya su ilave edilir.
  3. inkübatör (sediman olmadan) bir su-tek çekirdek ekleyin. su kolonu boşlukları kullanımı gazları ve çözünen maddeleri etkileyen herhangi bir su sütunu süreçlerine telafi etmek için pek çok ortamda önemlidir. denitrifikasyon ölçümü için, bu boşlukları su sütunu süreçleri ancak çekirdek akrilik duvarları ile gaz alışverişini sadece yansıtabilir.
  4. Kabarcık çekirdek w2 saat en az i hava termal dengeye ve örten su dolu oksijenlenmesini sağlamak. Onlar bir gecede tutulur ve zamanlı kurslar ertesi sabah başlatılabilir. Uzun ön inkübasyon süreleri etkinliği için değerlendirilmemiştir.
    1. yukarı doğru kabarcıklar sırasında suyun sürüklenmesine T sonuçlar altına yerleştirilmiş bir 1/8 'tüp sadece oksijen sağlar, ama, havalandırma için, "½ oluşan bir üç yollu bağlayıcı ile PVC boru küçük" t "bubbler kullanımı kuluçka küvet içinde, su ile iç su dolaşımı.

3. Tortu su Kuluçka Prosedürleri

  1. sıcaklığı kontrol ettikten sonra, bu alan koşullara uyan sağlamak için çekirdek tepelerine iplik üstleri takın. Bu noktada, tank suyu gelen çekirdek mühür. Bu işlem sırasında çekirdek açık örnekleme valfini bırakın. El ile topacın alt tarafından hafifçe hava kabarcıklarını süpürme.
  2. Eleİnkübasyon çekirdeklerinin üstleri daha yüksek sokmak yerine su damacana ~ 30-40 cm ve doğrultusunda herhangi bir havayı ortadan kaldırmak için aşağı doğru çizgiler boşaltın. Hala akan ederken, çekirdek tepelerine satırları ekleyin ve vanaları kapatın.
  3. merkezi karıştırma pikap açın ve çekirdekler döndürmek, böylece dakikada ~ 40 kez dönme hızını ayarlamak veya su sütunu karıştırmak ancak tortu tekrar süspansiyon değil yeterli bir hızda.
  4. Yaklaşık tüm çekirdekler mühürlendi 5 dakika sonra, yedek su vanasını ve örnek vanasını açın ve sonra bir Luer uydurma kullanarak örnek vanasına boru kısa bir parça eklemek. taşıncaya kadar dolar 7 ml'lik cam tüp, alt Örnekleme tüpü yerleştirin. Önceki tüp sınırı için koruyucu olarak 30 g L-1 HgCl 2 10 ul ekle.
    1. kuluçka sıcaklığına yakın sıcaklıklarda sualtı bu örnekleri saklamak. Diğer laboratuvarlar başarıyla Sam için 12 ml "ekzetaynerlere" kullanmışple depolama.
  5. çözünen örnekleme için, numune vana bir 20 ml'lik şırınga varil takın ve yedek su vanasını açın. şırınga varil dolu sadece yerçekimi kullanılarak kadar doldurur. Bir dalgıç ve bir filtre diski takın ve ardından şişeleri içine örnekleri filtre. besin analiz için bu örnekler dondurulur -20 analize kadar ° C.
    Not: Karanlıkta örnekleme zamanı ders tipik olarak oksijen alımını oranına bağlı 0.5> 2 saat arasında değişen örnekleme arasındaki aralıklarla 4 örnekleme dönemleri kapsar. oksijen alımının düşük oranları ile, zaman aralıkları uzun; solunum oranlarının yüksek olduğu sedimanlarda, aralıklar kısa olması gerekir. Her bir numune, bir noktada alınan numunenin aşırı yüksek miktarlar bütün numune hacmi örnekleme çok büyük bir oranda neden olabilir; Çalışmalarımızda bu örnek hacimleri ihmal edilebilir bir düzeltme ile sonuçlanır. numune daha büyük bir hacmi büyük çaplı çekirdek ya da yüksek su sütunu yüksekliği, gerekirsegerekli olabilir.
  6. Genellikle besin konsantrasyonları yeterli sinyal sağlayarak% 25 oksijen tükenişleri ile,% 50 oksijen tükenmesi bir eşiğin altında örnekleme bir zaman ders ile devam etmeyin. Burada, oksijen konsantrasyonları ve oksijen doygunluğu doğrudan analizi için kalibre optodes kullanın.
    1. Sedimanlar sığ, ışıklı ortamlardan ise, 4. örnekleme de, ışıkları açmak ve 3 sonraki örnekler alabilir. Çok fotosentetik sedimanlarda, O 2 ve kabarcık oluşumu süperdoyma bazı durumlarda gaz akıları ölçümünü sınırlar unutmayın. oksijen sürekli izleme fiber optik ölçüm teknolojisi son derece güvenilir ve hassas nispeten küçük sondalar sahip, giderek kalıcı ve değerli bir alternatif.
  7. sediment inkubasyon sonucunda, su sütununun yüksekliğini ölçmek veya doğrudan belirler için dereceli bir silindire su sütunu sifon ya atsu hacmi ine ve her çekirdek fotoğraf çekmek.

4. Numune Analizi

  1. Bir zar olarak N2, O2 ve Ar analizi için pompa örnekleri kütle spektrometresi girişi ve N2 oranı hesaplanır: Ar ve O 2: <% 0,03 hassas 12,23 Ar.
    1. Çift bir membran girişine bir dört kutuplu kütle spektrometresi. peristaltik bir pompa kullanarak zar tüp içine örnek itin. plastik damacana örnek atık toplamak ve bağlı Hg koruyucu kimyasal atık olarak davranın. inkübasyon sıcaklığında hava ile dengelenmiş deiyonize su ile kalibre edin.
  2. besin ≤ 5 ml örnekler üzerinde veya otomatik analizörleri kullanarak küçük hacimlerde elle analiz gerçekleştirin. Örnek eritme üzerine, başlangıç ​​anında analiz eder. besin analizi prosedürü seçimi inkübasyon sırasında besin konsantrasyonu değişiklikleri gözlemlemek için yeterli bir kesinlik verim gerekir. tipik algılamasınırları 0.05 mmol L-1 ve zaman ders eğilimleri hem son derece düşük ve çok yüksek besin konsantrasyonları altında gözlemlemek zor olabilir
  3. çözünür reaktif fosforun kolorimetrik analizler için, askorbik asit phosphomolybdate tekniği kullanır. Amonyum analizleri için, bir fenol hipoklorit reaktifi 24 kullanarak bir gecede renk gelişimini kullanmaktadır. kolorimetrik analizler Otomatik ya segmentli akış veya ayrı bir analizör kullanarak, harika bir alternatif ve düşük örnek hacmi kullanmaktadır.
  4. Nitrat artı nitrit analizleri için bir indirgeyici 25 olarak vanadyum klorür kullanılarak gecede renk gelişimi kullanmak, veya otomatik analizörü kullanımı
  5. standart eğrileri bir UV / VIS spektrofotometre belirlenir absorbans karşılaştırın ve standartlar konsantrasyonları ve absorbanslardan bir gerileme gelen konsantrasyonları belirler.

Sediment-Su Döviz Kurunun 5. Hesaplanması

  1. Yamaç ľmol L -1 saat -1 olarak ifade ile, karanlık ve ışıklı inkubasyon hem bağımsız zamana karşı gaz veya besin konsantrasyonları gerileme. Su sütunu yalnızca çekirdek eğimi için kuluçka çekirdeklerinin yamaçlarında düzeltin. Sadece hesaplamalar için önemli regresyon (p <0.05) kullanın; son verileri elektronik tablolar olmayan önemli veriler tespit.
  2. örten suyun kimyasal bileşen konsantrasyonlarının değişim eğiminden çökelti su döviz kurları hesaplayın:
    figure-protocol-1
    F akı (ľmol m -2 saat -1) olduğu durumlarda, ΔC / ¨ t örten sudaki konsantrasyon değişikliği (ľmol L -1 saat -1) eğimi, V örten su hacmi (L) ve A kuluçkaya çekirdek (m -2) alanı, günlük akı tahmin ışık saat aydınlatılan oranı çarpmak .To olduğunuve karanlık saatleri ile çarpılır karanlık oranı ekleyin.

6. Raporlama

  1. sediment-su değişimi ölçümlerinden elde edilen sonuçları bildirirken diğer bilim örneklenmiş olan ortamı anlamak için, yeterli bilgi sağlamıyor. Temel bilgileri içerir: 1) Site konumu ve su derinliği, 2) bu tür saha ve inkübasyon sıcaklığı ve fiziksel özellikleri PAR, 3) oksijen, besin konsantrasyonları ve tuzluluk ve bu tanecik boyutu gibi 4) sediment özellikleri gibi alt su özellikleri, organik madde konsantrasyonları ve bentik hayvanların varlığı.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Choptank Nehri (Chesapeake Körfezi, MD) bir yetiştiricilik tesis yakınında sediman akışı ölçümlerinin sonuçları Şekil 1'de gösterilmiştir ve bir ekosistem bağlamında bu sonuçların yorumlanması başka yerde 26 sunulmuştur. inkübasyonlar ışıklı inkübasyonlar verileri, ardından, koyu inkubasyon ile 7 saat boyunca gerçekleştirilmiştir. İki çekirdek elde edilen veriler de su sütunu yalnızca kontrol olarak gösterilir. Karanlıkta oksijen hızlı düşüş yanması ile biraz zayıflatılmış edildi; Mikroalg üretim fotosentez hızı oksijen değişim azalma oranı olan aydınlatma ana etkisi ile, solunum gibi yüksek değildi. Kontrol çekirdek ışığında karanlık ve küçük artışlar oksijen konsantrasyonu küçük düşüşler yaşadı.

Ar, oranı ve: N2 konsantrasyonları N2 ile belirlendiGözlenen sıcaklık ve tuzluluk 27 hesaplanan Ar doygunluk edebiyat değerleri. N2 0.02% tipik bir hassasiyet Ar oranı, bu veriler ~ 0.1 umol L-1 N2 kesindir. Sediment çekirdekleri ve su sütunu boş çekirdek çekirdek için artış çok daha yüksek oranları ile, zamanla N2 artış vardı. Aydınlatma altında, yamaçları N2 değişim karanlık oranına genellikle benzerdir.

Çözünmüş NH 4 + ve akıları> 20 umol L karanlık artış -1 tek çekirdek için olan bu sitede oldukça yüksek. Işıklı NH 4 + akıları çok düşüktü. Her iki çekirdek ve su sütunu boş YOK x azalan vardı - konsantrasyon zamanla, aydınlatma sırasında tesviye. flux hepsi için, çekirdek hacmi ve diğer ilgili parametrelere konsantrasyonu verileri ve veri gösterilmektedir Rong> Tablo 1 ve 2.

figure-results-1
Şekil kültürlü istiridye içeren yüzen ile kaplıydı Choptank Nehri sığ su sitesinden 1. Zaman ders veri. Veri çoğaltmak çekirdeklerin (A ve B) ve bir su sütunu boş verilerle vardır gösterilir. Oksijen N2 konsantrasyonları, NH 4 + ve NO x - (NO 3 toplamı - ve NO 2 - inkübasyon (gölgeli alanda karanlık kısmı hem sunulmuştur) ve inkübasyon aydınlatılmış kısmı için dördüncü kez. karanlık inkübasyon noktası da ışıklı zaman serilerinin ilk kez noktasıdır;. ışıklar hatları lineer regresyon olan örnekleme zamanında açık ve eğimler Tablo 1'de sunulmuştur.98 / 54098fig1large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Oksijen - Koyu Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
0 235,1 221,7 235,2
1.3 204,3 170.6 235,3
2.32 162.7 138.9 232
3.97 145.3 77.9 222,2
R2 0,943 0.999 0.836
Yamaç (mmol L-1 sa-1) -23,5 -35,9 -3.4
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) -20,1 -32,5
Oranı (ľmol m -2 saat -1) -3095 -4875
Oksijen - Işık Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
3.97 145.3 77.9 222,2
4.88 133.5 68.8 224,3
5.88 122.8 40.3 221,6
6.88 116 49.2 230,5
R2 0,981 0.999 0.994
Yamaç (mmol L-1 sa-1) -10,1 -9.8 2.9
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) -13 -12,7
Oranı (ľmol m -2 saat -1) -2000 -1905
N 2 - Karanlık Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
0 466,46 466,40 466,62
1.3 466,74 467,49 466,11
2.32 467,55 468,18 466,74
3.97 468,24 468,98 467,12
R2 0.963 0.98 0.854
Yamaç N2 (ľmol L -1 sa -1) 0.471 0.645 0.12
Düzeltilmiş Yamaç N2 (ľmol L -1 sa -1) 0.351 0.525
Puan N 2 N (ľmol m -2 saat -1) 108.1 157.5
N2 - Işık Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
3.97 468,24 468,98 467,12
4.88 468,84 469,21 467,26
5.88 469,39 469,71 467,47
6.88 469,62 470,04 467,41
R2 0.96 0.987 0,967
Yamaç N2 (ľmol L -1 sa -1) 0.481 0.378 0.096
Düzeltilmiş Yamaç N2 (ľmol L -1 sa -1) 0.386 0.282
Puan N 2 N (ľmol m -2 saat -1) 118.9 84.6
Çekirdek Yüzey Alanı (m2) 0.003165 0.003165
Çekirdek Hacmi (L) 0,4874 0,4747

. Ar ve N2: Choptank Nehri, Chesapeake Körfezi bir subestuary istiridye yetiştiricilik yüzen altında Tortul O 2 ve N 2 Tablo 1. Zaman ders veri gaz konsantrasyonları O 2 türetilen Ar oranları membran girişi ile belirlenen kütle spektrometrisi. Zaman ders regresyon R 2 değerleri değerleri> 0,9025 (P <0.05) açısından önem taşımaktadır. Eğimler doğrusal regresyon ile belirlenir ve düzeltilmiş pistleri sadece boş su sütununun değişim oranını çıkarılarak belirlenir. Pozitif oranları tortu dışında net flux vardır, negatif oranları sediment içine akı göstermektedir. N2 akışı verileri iştigal hale N2 N olarak ifade edilmiştirrison NH 4 + ve NO x - kolay akıları. Bu site çökelleri öncelikle tamamen aerobik su kolonu koşulları ile silt ve kil oluşan vardı. Çekirdek alanı 31.65 cm -2 ve su kolonu derinliği Tüm N2 için konsantrasyonları ve O 2 ľmol L olan 15.4 çekirdek A cm ve çekirdek B için 15.0 idi -1. N2 akı için nihai kuru N2 -N ifade edilir.

NH 4 + - Koyu Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
0 10.84 14.09 6.91
1.3 16.19 20.26 5.83
2.32 17.07 24.93 5.42
3.97 22.83 35.43 4.67
R2 0,968 0,993 0.853
Yamaç (mmol L-1 sa-1) 2.88 5.36 -0.53
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) 3.41 5.89
Oranı (ľmol m -2 saat -1) 525 884
NH4 + - Işık Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
3.97 22.83 4.67
4.88 24.05 36.45 4.13
5.88 25.00 37,60 3.79
6.88 26.96
R2 0,978 1 0,966
Yamaç (mmol L-1 sa-1) 1.37 1.13 -0,55
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) 1.92 1.68
Oranı (ľmol m -2 saat -1) 296 252
NO x - - Koyu Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
0 4.12 4.01 4.53
1.3 3.82 3.58 4.43
2.32 3.70 3.25 4.28
3.97 3.19 2.64 4.19
R2 0.976 0.992 0,967
Yamaç (mmol L-1 sa-1) -0,229 -0,345 -0,089
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) -0.14 -0,256
Oranı (ľmol m -2 saat -1) -21,6 -38,4
NO x - - Işık Süresi (saat) çekirdek A çekirdek B Kontrol
3.97 3.19 2.64 4.19
4.88 3.06 2.59 4.06
5.88 3.18 2.41 4.02
6.88 2.95 2.35 4.2
R2 0,934 0.909 0.9
Yamaç (mmol L-1 sa-1) -0,078 -0,103 0
Düzeltilmiş Yamaç (ľmol L -1 sa -1) -0,078 -0,103
Oranı (ľmol m -2 saat -1) -12 -15,5
Çekirdek Yüzey Alanı (m2) 0.003165 0.003165
Çekirdek Hacmi (L) 0,4874 0,4747
35.43

NH 4 + ve NO x Tablo 2. Zaman kurs verileri - Tablo 1'de zamanlı ders regresyon R için kullanılan aynı sediment çekirdeklerinden 2 değerleri değerleri> 0,9025 (P <0.05) açısından önem taşımaktadır. Eğimler doğrusal regresyon ile belirlenir ve düzeltilmiş pistleri sadece boş su sütununun değişim oranını çıkarılarak belirlenir. Pozitif oranlarının net tozları vardırsediment üzerinden, negatif oranları sediment içine akı göstermektedir. NH 4 + ve NO 2 için tüm konsantrasyonlar - ľmol L -1.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan teknik sığ ve derin hem de sucul sistemlerin, sayısız türde uygulanmıştır, ve biz çoğu durumda iyi çalışması için bulduk. Bu yaklaşım meslektaşları tarafından kullanılan ve literatürde bildirilen yaklaşımlardan uyarlanmıştır; membran giriş kütle spektrometresi yoluyla denitrifikasyon ölçümü için optimize edilmiştir. Bu yaklaşımın güçlerinden biri aynı anda çekirdek çok sayıda işlemek için yeteneğidir. alternatif bir yaklaşım daha az çoğaltma siteleri maksimize etmektir olsa yinelenen veya üç çekirdekli her site kopyalayan bir çevre segmenti için ortalama değer doğada değişkenlik daha iyi temsil olabilir, bu şartlar altında, ölçümlerde güven artar. mevsimsel farklılıklar ortaya çıkması için, sitelerin daha az sayıda ölçüm zaman serisi yararlı bir strateji olabilir.

Bu protokol, birkaç kritik adımlar vardır. yapma s Paramountuccessful ölçümler sağlam bir tortu su arayüzü ile çekirdek topluluğudur. alanında bu kriter yorucu olabilir uymayan çekirdekleri reddetme rağmen, yoksul çekirdekler kötü doğruluk ve hassasiyet yol açacaktır. aerobik çekirdekleri tutulması gazlı ve eserler en aza indirmek ve sağlıklı, sağlam mikrobik ve metazoan popülasyonlarını koruyacak orijinal koleksiyon sıcaklığına yakın. Son olarak, O2 ve N2 numuneler için, cıva klorid koruyucu eklenmeden kritiktir. Biz bu akı ölçümlerini tehlikeye düşürebilecek, flakon aşırı ısıtma ve soğutma da dahil olmak üzere gaz örneklerinin olduğu yanlış korunması, gözlemledik. Diğer laboratuvarlar başarıyla istihdam var 7.0 M ZnCl2 alt atık bertaraf maliyetlerini sahip daha az toksik bir koruyucu olarak; Bir 7 için 30 ul ilave uygun örnek ml.

N2 ve Ar oranının hassas ve doğru analiz N2 belirlenmesi için anahtar akıları. Gözlemlenen N2 Ar oranları, genel olarak ısıtılmış bakır 28 kullanılarak, analiz öncesi oksijen çıkarma savunmak için bazı araştırmacılar gelen oksijen konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak değişir. Laboratuvarda kullanılan aletleri N2 ile oksijeni etkisini belirlemek için kullanılmıştır: Ar oranları 23 sonuç mütevazı oksijen tükenmesi için çok <0.03,% olarak tespit edilmiştir. Oksijen "etkisi" değerlendirirken yaklaşım farklılıklar farklı araştırmacılar 23,28,29 farklı sonuçlara yol görünür. N 2 büyük oksijen etkisi: Ar oranları N2 N akış içinde hatalı yüksek oranlarda yol açacak; bizim deneyim, biz göz ardı edilebilir N birçok gözlemler oksijen tükenmesi yüksek oranda altında 2 N akış var. Laboratuarlarda hangi N2 oksijen etkisi Giriş: Ar oranları büyük görünür, kullanışlı bir alternatif elektrotlar veya optodes ve oksijen kullanarak oksijen konsantrasyonlarının bağımsız bir ölçümdürinline ısıtılmış Cu kullanarak kütle spektrometrik analizinden çıkarma.

Bu teknik sorun giderme Sadece sediman akışı verilerin incelenmesi üzerine mümkündür. regresyonlar karıştırma sürekli olup olmadığını, numuneler doğru toplanmış ve korunmuş olan fakir olduğunda anahtar faktörler dikkate ve zaman ister dersler düşük oranları tahmini sağlayamayacak kadar kısa idi. Deneylerin uzunluğu genellikle zaman ders regresyonlarında gömülü sinyal gürültü oranı artırmak için daha uzun inkubasyon gerektiren metabolizma düşük oranları ile, oksijen zamanla tarafından ayarlanır. O 2 baloncuklar elde oksijen üretiminin yüksek oranda gaz akıları zorlaştırır, ama çözünen akıları etkilenmemiş olabilir.

Yaklaşımın sınırlarını anlamak için gereklidir. küçük çekirdekler bir metrekare% 0.3 kapsayan ve daha büyük çekirdekler% 0.6 kapsamaktadır. metre ölçeğinde önemli heterojenlik, Deriden heterojen dağılımları ile sitelerdeals veya bitkiler, bir ya da iki çekirdek yeterli bir temsil olmayabilir önerebilir. Ölçüm zorluklar mevcut bazı ortamlar da vardır. Kabarcıklar halinde gaz ayırıcı dahil etkilenmiş Ar oranları: denitrifikasyon ölçümü için, metan ya da oksijen kabarcıklarının varlığı N2 ile, teknik geçersiz kılabilir. Bentik mikroalg tarafından kolonize tortu olarak, N2 N2 Ar'ye nisbetle ve azalma tercih edilen bir sıyırma oksijen kabarcıkları sonuçlar oluşumu Ar oranı. Genel olarak, biz kabarcıkları oluşur noktada denitrifikasyon ölçemez. Anaerobik ortamlar farklı zorluklar poz ve çekirdek havalandırma sediment-su arayüzünde redoks dinamiklerini değiştiriyor. Biz toplandıktan hemen sonra karıştırma üstleri ile çekirdeği kadar mühür ve tamamen 30 su sütunu değiştirmeden akıları başlar. ışıklı sedimanlar ile deneyler genellikle doyurarak veya yakın saturataydınlatma 31 seviyelerini ing ve böylece bentik mikroalg etkisini en üst düzeye çıkarmak.

Sediment su değişimi ölçümleri sediment-su arayüzü üzerinden malzemelerin net akı bir ölçüm vardır. Ancak, bu ölçümler başına sıklıkla bu arayüz değişim kontrol mekanizmaları tespit edemez. araştırma sorusu anlayış mekanizmaları, organik madde reaktivitesi ilişkin diğer bilgiler terminal elektron alıcısı zonlanması, bioirrigation ve Biyotürbasyon ve fotosentetik organizmalar içeriyorsa gerekli olabilir. Gözenek suyu kimyası, organik madde reaktivitesi 32 doğrudan önlemler, hayvan popülasyonlarının sayımı, sediman biyo-sulama, tortu accretion veya redoks veya su kimyasını 13 örten deneysel manipülasyon belirlenmesini isteyebilir çabaları 7 Modelleme. Çalışmalarda, iyi sediment-su değişimi verisi su sedimanlar kimyasını anlamak önemli bir bileşeni olan,ve diğer ölçümlerle birlikte, su madde döngüleri tortu geri dönüşüm süreçleri için rolünü belirtir.

tortu işlenmesiyle ilgili bakım, sıcaklık kontrolü, ve su sütunu karıştırma ile, çekirdek ınkübasyonlar sediman-su arayüzünde çözünen ve gaz alışverişine tahmini için yararlı bir yaklaşımdır. Ancak, burada kullanılan teknikler bazı ortamlarda ve inkübasyon öncesi genişletilmiş süreler gibi zor lojistik için değişiklik gerekebilir. Bugüne kadar, başarılı minimal değişiklik ile, kıyı, sulak, göl, rezervuar, nehir ve tutma gölet ortamları nehir ağzındaki bu kuluçka yaklaşımı uyguladık.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar Çevre Bilim Maryland Merkezi'nde Üniversitesi Todd Kana ile denitrifikasyon Walter Boynton ve Pete Sampou ve işbirlikçi çalışma yürüttüğü çalışmaları gözlemlerimizi kullanarak bu yaklaşım geliştirdi. Bizim denitrifikasyon yaklaşımlarının geliştirilmesi Maryland Deniz Hibe Programı ve Ulusal Bilim Vakfı desteği olmadan mümkün olmazdı. Burada kullanılan temsili veriler Maryland Deniz Grant tarafından desteklenen Maryland Deniz Grant (R / AQ-5c) ve yazma çabaları finansman ile toplanmıştır (R / SV-2), NOAA Chesapeake Körfezi Ofisi (NA13NMF4570210), İstiridye Kurtarma Ortaklığı Ulusal Bilim Vakfı (OCE1427019), Exelon Corporation ve Maryland Çevre Hizmet / Maryland Liman İdaresi.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Çok parametreli sonda - sıcaklık, oksijen, tuzlulukYSI"Herhangi bir yüksek kaliteli ekipman yeterli olacaktır
PAR ÖlçümüLi-Cor6050000
Kutup karotMakine atölyesi tarafından üretilmiştir
Kutu karotmakinesi DK-DanimarkaHAPS Karotışık kutusu karot ekipmanı kullanıyoruz
O-ring takılı küçük çekirdek borular, 3' OD, 2.5' Kimlik.çeşitli plastik şirketleriŞeffaf akrilik
O-ringli orta çekirdekli tüpler, 4.5 "OD, 4" IDçeşitli plastik şirketleriŞeffaf akrilik
Butil tıpa boyutu 13.5jenerik
Karıştırma döner tablasıMakine atölyesi tarafından üretilmiştir
Kuluçka küvetiMakine atölyesi tarafından üretilmiştir
Yedek su damacanaNalgene2320-0050
7 ml cam tıpalı tüpChemglassenvanterde yokDiğer laboratuvarlar tarafından kullanılan "Exetainers"
20 ml plastik şırıngajenerik
Şırınga filtreleri
Plastik boruTygonACF00004-CP
Kompakt Floresan IşıklarApollo Bahçe BitkileriCFL 8U 250W
Ayrıca

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Einsele, W. Ueber die Beziehungen des Eisenkreislaufes zum Phosphatkreislauf im Eutrophen See. Arch.Hydrobiol. 29, 664-686 (1936).
  2. Mortimer, C. H. The exchange of dissolved substances between mud and lake water. J Ecol. 29, 280-329 (1941).
  3. Cowan, J. L. W., Boynton, W. R. Sediment-water oxygen and nutrient exchanges along the longitudinal axis of Chesapeake Bay: Seasonal patterns, controlling factors and ecological significance. Estuaries. 19, 562-580 (1996).
  4. Fisher, T. R., Carlson, P. R., Barber, R. T. Sediment nutrient regeneration in three North Carolina estuaries. Estuar. Coast. Shelf S.e. 14, 101-116 (1982).
  5. McGlathery, K. J., Sundback, K., Anderson, I. C. Eutrophication in shallow coastal bays and lagoons: the role of plants in the coastal filter. Mar. Ecol-Prog Ser. 348, 1-18 (2007).
  6. Eyre, B. D., Ferguson, A. J. P. Comparison of carbon production and decomposition, benthic nutrient fluxes and denitrification in seagrass, phytoplankton, benthic microalgae- and macroalgae-dominated warm-temperate Australian lagoons. Mar. Ecol-Prog Ser. 229, 43-59 (2002).
  7. DiToro, D. M. Sediment Flux Modeling. , Wiley-Interscience. (2001).
  8. Testa, J. M., et al. Sediment flux modeling: Simulating nitrogen, phosphorus, and silica cycles. Estuar. Coast. Shelf S. 131, 245-263 (2013).
  9. Kana, T. M., Cornwell, J. C., Zhong, L. J. Determination of denitrification in the Chesapeake Bay from measurements of N-2 accumulation in bottom water. Estuar. Coasts. 29, 222-231 (2006).
  10. Hammond, D. E., Cummins, K. M., McManus, J., Berelson, W. M., Smith, G., Spagnoli, F. Methods for measuring benthic nutrient flux on the California Margin: Comparing shipboard core incubations to in situ lander results. Limnol. Oceanog Methods. 2, 146-159 (2004).
  11. Miller-Way, T., Boland, G. S., Rowe, G. T., Twilley, R. R. Sediment oxygen consumption and benthic nutrient fluxes on the Louisiana continental shelf: a methodological comparison. Estuaries. 17, 809-815 (1994).
  12. Kana, T. M., et al. Membrane inlet mass spectrometer for rapid high-precision determination of N2, O2, and Ar in environmental water samples. Anal. Chem. 66, 4166-4170 (1994).
  13. Gao, Y., Cornwell, J. C., Stoecker, D. K., Owens, M. S. Influence of cyanobacteria blooms on sediment biogeochemistry and nutrient fluxes. Limnol. Oceanogr. 59, 959-971 (2014).
  14. Hopfensperger, K. N., Kaushal, S. S., Findlay, S. E. G., Cornwell, J. C. Influence of Plant Communities on Denitrification in a Tidal Freshwater Marsh of the Potomac River, United States. J. Environ. Qual. 38, 618-626 (2009).
  15. Cornwell, J. C., Kemp, W. M., Kana, T. M. Denitrification in coastal ecosystems: environmental controls and aspects of spatial and temporal scale. Aquat. Ecol. 33, 41-54 (1999).
  16. LaMontagne, M. G., Valiela, I. Denitrification measured by a direct N2 flux method in sediments of Waquoit Bay, MA. Biogeochemistry. 31, 63-83 (1995).
  17. Nielsen, L. P. Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing. FEMS Microbiol Ecol. 86, 357-362 (1992).
  18. Ferguson, A. J. P., Eyre, B. D., Gay, J. M. Organic matter and benthic metabolism in euphotic sediments along shallow sub-tropical estuaries, northern New South Wales, Australia. Aq. Microb. Ecol. 33, 137-154 (2003).
  19. Coley, T. L. The effect of flow on the fluxes of oxygen, dinitrogen gas, nitrate and ammonium in diffusively controlled sediments using stirred experimental chambers. , MEES Program, University of Maryland. M.S. Thesis (2003).
  20. Owens, M. S. Nitrogen cycling and controls on denitrification in mesoahaline sediment of Chesapeake Bay. , MEES Program, University of Maryland. M.S. Thesis (2009).
  21. Sundback, K., Jonsson, B. Microphytobenthic productivity and biomass in sublittoral sediments of a stratified bay, southeastern Kattegat. J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 122, 63-81 (1988).
  22. Petersen, J. E., Cornwell, J. C., Kemp, W. M. Implicit scaling in experimental enclosed aquatic ecosystems. Oikos. 85, 3-18 (1999).
  23. Kana, T. M., Weiss, D. L. Comment on "Comparison of isotope pairing and N-2 : Ar methods for measuring sediment denitrification" by B. D. Eyre, S. Rysgaard, T. Daisgaard, and P. Bondo Christensen. 2002. Estuaries 25: 1077-1087. Estuaries. 27, 173-176 (2004).
  24. Parsons, T. R., Maita, Y., Lalli, C. M. A Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis. , Pergamon Press. (1984).
  25. Doane, T. A., Horwath, W. R. Spectrophotometric determination of nitrate with a single reagent. Analytical Letters. 36, 2713-2722 (2003).
  26. Testa, J. M., et al. Modeling the impact of floating oyster (Crassostrea virginica) aquaculture on sediment-water nutrient and oxygen fluxes. Aquac. Environ. Interact. 7, 205-222 (2015).
  27. Hamme, R. C., Emerson, S. R. The solubility of neon, nitrogen and argon in distilled water and seawater. Deep-Sea Res. Part I-Oceanogr. Res. Papers. 51, 1517-1528 (2004).
  28. Chong, L. S., Prokopenko, M. G., Berelson, W. M., Townsend-Small, A., McManus, J. Nitrogen cycling within suboxic and anoxic sediments from the continental margin of Western North America. Marine Chemistry. 128, 13-25 (2012).
  29. Eyre, B. D., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Christensen, P. B. Comparison of isotope pairing and N-2 : Ar methods for measuring sediment-denitrification-assumptions, modifications, and implications. Estuaries. 25, 1077-1087 (2002).
  30. Lee, D. Y., et al. The Effects of Oxygen Transition on Community Respiration and Potential Chemoautotrophic Production in a Seasonally Stratified Anoxic Estuary. Estuar.Coasts. 38, 104-117 (2015).
  31. MacIntyre, H. L., Geider, R. J., Miller, D. C. Microphytobenthos: The ecological role of the "secret garden" of unvegetated, shallow-water marine habitats .1. Distribution, abundance and primary production. Estuaries. 19, 186-201 (1996).
  32. Aller, R. C., Mackin, J. E. Open-incubation, diffusion methods for measuring solute reaction rates in sediments. J. Mar. Res. 47, 411-440 (1989).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Sediment Water ExchangeCore IncubationsGas Solute MeasurementNitrogen Argon RatiosDenitrification MeasurementSediment Flux AnalysisAquatic BiogeochemistryOxygen Depletion TrackingLight Attenuation EstimationBottom Water Temperature

Related Articles