一种低成本的透镜水周边植物群落原 位初级生产力 测量方法
Summary
这里介绍的是一种经济高效且可运输的方法/设施，用于在实际 的原位 环境温度和光照条件下测量微生物垫的主要生产力。该实验装置基于广泛可用的材料，可以在各种条件下使用，同时提供基于实验室的模型的优势。
Abstract
测量生长季梯度下周生植物原 位 初级生产力，可以阐明环境驱动因素（主要是磷浓度和光照强度）和物种组成对初级生产力的定量影响。初级生产力主要由光强度、温度、养分的可用性以及碳酸盐系统离子种类在真光区各自深度的分布驱动。这是一个复杂的系统，很难在实验室中模拟。这种廉价、可运输且易于建造的浮动驳船可以在实际自然条件下直接精确测量初级生产率。该方法基于使用集成到紧密密封的玻璃罐中的无创氧传感器实时测量初级生产力，从而实现在线氧通量监测并为代谢活动提供新的见解。对微生物垫（或其他底栖生物）的初级生产力总的季节性原 位 测量可以提高目前对控制透镜水域初级生产力动态过程的了解。
Introduction
初级生产力是本土碳进入形成整个系统食物网的水生系统的唯一途径1。因此，准确估计初级生产力是了解水生生态系统功能的重要一步。沿海地区是初级生产力和生物多样性高的地区。除浮游植物外，周围植物（以下简称微生物垫）和大型藻类被认为对沿海地区的初级生产力有重大贡献2。由于它们无柄的生活方式和显著的空间异质性，初级生产力的量化并非易事。
初级生产力主要由光强度、温度、养分的可用性以及碳酸盐系统离子物种在真光区各自深度的分布驱动3，4。深度显著影响微生物垫的空间分布。微生物群落必须应对高辐射和浅层明显季节性温度变化的不利影响，以及较深的较低光强度。除了深度梯度之外，动态营养相互作用还产生了不同尺度的多种复杂空间模式5。这个复杂的系统在实验室中模拟起来很复杂。推断沿海地区个体初级生产者代谢活动的最准确方法是进行原位实验。
本文介绍的方法基于传统的腔室方法2，6，7，以及可运输且易于建造的低成本浮动驳船。这允许在自然光谱、温度和碳酸盐系统离子种类随深度的不同分布下测量不同深度的初级生产力。该方法基于明暗瓶氧原理，该原理首先用于测量浮游植物的光合作用6，并且仍然常用6，7。它比较了在光线下保存的瓶子中的氧气变化率（包括初级生产力和呼吸的影响）与在黑暗中保存的氧气（仅呼吸）8。该方法使用氧气释放（光合作用）作为初级生产力的代表。测量的变量是生态系统净生产力（NEP，在光照条件下O 2浓度随时间的变化）和生态系统呼吸（RE，在黑暗中O2浓度随时间的变化）。生态系统总生产力（GEP）是计算两者之间的差异（表1）。这里使用术语“生态系统”来表示周生植物由自养和异养生物组成。这种传统腔室方法最显着的改进是使用无创氧光学传感器并优化这种主要浮游方法来测量周生初级生产力。
该技术在测量捷克共和国新出现的采矿后湖泊沿海区的微生物垫的例子中进行了描述 – 米拉达，莫斯特和梅达尔。微生物垫的代谢活性是通过直接在特定深度进行的O2通量的直接原位测量来确定的，研究的群落自然发生。异养和光养活性在配备无创光学氧传感器的封闭玻璃瓶中测量。这些传感器使用光敏染料的荧光检测氧分压。将带有微生物垫的瓶子悬浮并在适当深度的浮动装置上孵育。瓶内的氧气浓度在白天从小船上连续测量。
收集完整微生物垫的样品，并由水肺潜水员放置在指定深度的气密孵化瓶中。每个瓶子都配备了一个非侵入式光学氧微传感器，可随着时间的推移监测O2 的生产率/消耗量。所有测量在每个深度的五个重复暗/亮对中进行。在整个孵育过程中，在各自的深度测量温度和光合有效辐射（PHAR）强度。原 位 孵育6小时后（白天），从瓶中收获微生物垫并干燥。O2 通量归一化为微生物生物质。作为对照，在单独的浅色和深色气密瓶（空白对照）中校正通量的变化，该瓶子含有不含微生物垫生物质的湖水。以下是建造浮动驳船和逐步执行整个实验的详细说明。本文还介绍了在两个深度（1 m和2 m）测量微生物垫的代表性结果，每个深度重复五次。在整个实验过程中，使用数据记录器测量实际温度和光强度。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文中描述的方法基于明暗瓶氧技术的原理，结合使用光学氧传感器测量O2 浓度的无创技术。该系统允许并行测量不同的孵育设置，因为用于测量O2 的光纤可以在瓶子之间快速移动。不同深度的底栖生物群落在生物分类组成和生产力方面可能不同;同时以平行方式测量它们可以节省时间并使结果更加精确，从而能够计算周生植物生长的全深度剖面。集成在摇瓶中的非侵入式氧传感?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究得到了捷克科学基金会（GACR 19-05791S）、RVO 67985939和CAS在战略AV 21“土地保护和恢复”计划范围内的支持。非常感谢Ondřej Sihelský在现场拍摄 – 没有他，拍摄将完全是地狱。如果没有与Palivový Kombinát Ústí s.p.和Sokolovská Uhelná公司的密切合作，该项目就不可能实现，这些公司提供了进入所研究地区的通道。
Materials
| 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
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