을 통해 유기 물질 생지 화학을 용해의 이해<em> 현장에서</em> 스트림 생태계에서 영양소 조작을
Summary
용존 유기 물질은 에너지와 생태계를 스트리밍 할 영양소의 중요한 소스를 제공합니다. 여기에서 우리는 쉽게 복제 영양 펄스를 통해 현장의 용존 유기 물질의 주변 풀을 조작 할 수있는 필드 기반 방법을 보여줍니다.
Abstract
Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. Yet the in situ study of DOM is difficult as the molecular complexity of the DOM pool cannot be easily reproduced for experimental purposes. Nutrient additions to streams however, have been shown to repeatedly alter the in situ and ambient DOM pool. Here we demonstrate an easily replicable field-based method for manipulating the ambient pool of DOM at the ecosystem scale. During nutrient pulse experiments changes in the concentration of both dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen can be examined across a wide-range of nutrient concentrations. This method allows researchers to examine the controls on the DOM pool and make inferences regarding the role and function that certain fractions of the DOM pool play within ecosystems. We advocate the use of this method as a technique to help develop a deeper understanding of DOM biogeochemistry and how it interacts with nutrients. With further development this method may help elucidate the dynamics of DOM in other ecosystems.
Introduction
용존 유기물 (DOM)은 생태계 민물 중요한 에너지와 영양소 소스를 제공하고 0.7 μm의 필터를 통과 유기 물질로 정의된다. 수중 생태계 내에서, DOM은 광 감쇠 및 금속 착물에 영향을 미칠 수있다. DOM이 다양한 관능기를 가진 유기 화합물뿐만 아니라, 질소 (N)와 인 (P) 등의 필수 영양소가 매우 다양하고 균질 혼합물이다. 용어 "DOM은"자사의 C, N과 P 구성 요소를 포함하여 전체 풀을 설명하는 동안, 그 농도는 용존 유기 탄소 (DOC)로 측정된다. DOM을 풀의 고유 분자 복잡하지만, 그 연구에 어려움을 만듭니다. 예를 들어, 용해 된 유기 질소 (DON) 및 용해 된 유기 인 (DOP) 등의 유기 영양소 구성된 전체 DOM 풀의 비율을 측정 할 수는 없습니다. 대신, 유기 영양분의 농도 차이에 의해 결정되어야한다 ( <em> 예를 들어 [DON] = [총 용존 질소] – [용존 무기 질소).
스트림에 현실적인 DOM의 개정을 추가로 인해 주변 DOM 풀의 다양성 어렵다. 이전의 연구는 하나의 탄소 소스를 추가 한 (예를 들어 포도당, 요소 1) 또는 잎 쓰레기 침출수 2와 같은 특정 소스 분야의 농도를 조작합니다. 그러나 이러한 소스는 주변 DOM 풀 특히 대표하지 않습니다. 수정 또는 후속 실험을위한 주변 DOM도 처리 중에 특정 분수 (예를 들어, 매우 불안정한 구성 요소)의 손실을 포함하여 어려움을 가공한다 집중하려고합니다. 그 결과, 우리는 현재 직접 주변 DOM 풀을 조작하는 임의의 방법을 가지고 있지 않기 때문에 주변 DOM 풀 컨트롤을 이해하는 것은 곤란하다. 그러나, DOM의 생지 화학은 (일반적으로 환경에있는 영양소에 연결되어 있기 때문에 예를 들면 니트속도 [NO 3 – 3), 우리는 생태계를 스트리밍 이러한 조작에 DOM 풀의 반응을 측정하는 다른 용질을 추가 할 수 있습니다. DOM을 풀 우리가 DOM은 환경 조건 변동에 반응하는 방식에 더 나은 통찰력을 얻을 수 있도록 노력하겠습니다 실험적으로 부과 영양소 농도의 넓은 범위에 응답하는 방법을 검토하여.
일반적으로 스트림 생지 화학에 사용되는 한 가지 방법은 영양소 부가 방법이다. 보조제 이외에 실험 전통적 흡수 동력학 또는 첨가 용질 -4,5,6,7-의 거동을 이해하는 데 사용되어왔다. 영양 추가는 여러 년 (8)의 과정을 통해 일 규모 4 또는 장기 조작에 시간 6 일 단기 될 수 있습니다. 영양 추가는 동위 원소 영양분을 표지 포함 할 수있다 (예를 들어 15 N-NO 3 -) 생지 화학적 반응을 통해 추가 영양분을 추적. 그러나, 동위 원소 기반 연구는 종종 EXPE 있습니다nsive 및 동위 원소 표지 된 영양분이 유지 될 수있는 다수의 저서 구획의 도전적인 분석 (예 : digestions)이 필요합니다. 최근의 실험은 현장 생지 화학 반응에서 실시간으로 검사하는 의해 새로운 방법을 공개, 이러한 DOM 9,10와 같은 비 첨가하고, 주변 용질의 컨트롤을 규명하기 위해 단기 영양 펄스의 유틸리티를 밝혔다. 여기에 우리가 설명하고 매우 다양한 DOM 풀에 C와 N 특히 컨트롤의 결합 생지 화학을 이해하는 목적으로 단기 영양 펄스를 수행의 핵심 방법론적인 단계를 보여줍니다. 이 쉽게 재현 방법은 실험 스트림 도달하는 영양소 펄스를 추가하고 조작 용질 관심 응답 변수 (예 DOC, DON, DOP) 모두의 농도의 변화를 측정하는 것을 포함한다. 직접 현장에서 영양소 농도를 조작함으로써 우리는 간접적으로 DOM을 변경 할 수 있습니다수영장과 검사 방법 영양소 농도 (10)의 동적 범위에 걸쳐 DOM 농도 변화.
Protocol
Representative Results
Discussion
영양소 펄스 방식의 목적은, 여기에서 제시된 바와 같이, 특징 및 부가 무기 양분의 동적 범위에 걸쳐 주변 스트림 물 DOM의 매우 다양 풀의 반응을 정량화한다. 첨가 용질 충분히 반응성 용질의 농도가 증가하면, 많은 추론 공간 DOM의 생화학 사이클이 양분 농도에 연결되는 방법을 이해하는 생성 될 수있다. 이 고원 스타일의 추가와 관련된 기계의 어느 것도 (예 : 연동 펌프)를 포함하지 않?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge the Water Quality Analysis Laboratory at the University of New Hampshire for assistance with sample analysis. The authors also thank two anonymous reviewers whose comments have helped to improve the manuscript. This work is funded by the National Science Foundation (DEB-1556603). Partial funding was also provided by the EPSCoR Ecosystems and Society Project (NSF EPS-1101245), New Hampshire Agricultural Experiment Station (Scientific Contribution #2662, USDA National Institute of Food and Agriculture (McIntire-Stennis) Project (1006760), the University of New Hampshire Graduate School, and the New Hampshire Water Resources Research Center.
Materials
| Sodium Nitrate | Any | Any | |
| Sodium Chloride | Any | Any | Store purchased table salt can be used as well, however, it does contain trace levels of impurities |
| Whatman GFF glass-fiber filters | Any | Any | |
| BD Filtering Syringe | Any | Any | |
| EMD Millipore Swinnex Filter Holders | Any | Any | |
| Syringe stop-cock | Any | Any | |
| YSI Multi-parameter probe | Yellow Springs International | 556-01 | |
| Wide mouth HDPE 125 ml bottles | Any | Any | |
| 60 ml HDPE bottles | Any | Any | |
| 20 L bucket | Any | Any | |
| Field measuring tape | Any | Any | |
| Lab labeling tape | Any | Any | |
| Stir stick | Any | Any | |
| Cooler | Any | Any | |
| Sharpie pen | Any | Any | |
| Field notebook | Any | Any | |
| Tweezers | Any | Any | |
| Zip-lock bags | Any | Any |
Referências
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