La comprensión de materia orgánica disuelta Biogeoquímica través<em> In Situ</em> Nutrientes Las manipulaciones en la corriente de los ecosistemas
Summary
materia orgánica disuelta proporciona una fuente importante de energía y nutrientes de flujo de los ecosistemas. Aquí se demuestra un método basado en el campo de manipular la piscina ambiente de la materia orgánica disuelta en situ a través de impulsos de nutrientes fácilmente reproducibles.
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
materia orgánica disuelta (DOM) proporciona una fuente importante de energía y nutrientes a los ecosistemas de agua dulce y se define como la materia orgánica que pasa a través de un filtro de 0,7 micras. Dentro de los ecosistemas acuáticos, DOM también puede influir en la atenuación de la luz y la formación de complejos de metal. DOM es una mezcla altamente diversa y heterogénea de compuestos orgánicos con diversos grupos funcionales, así como nutrientes esenciales tales como el nitrógeno (N) y fósforo (P). Mientras que el término "DOM" describe toda la piscina incluyendo su C, N y P componentes, su concentración se mide como carbono orgánico disuelto (DOC). La complejidad molecular inherente de la piscina DOM sin embargo, crea retos para su estudio. Por ejemplo, no hay manera directa para medir la fracción de la reserva total de DOM compuesto de nutrientes orgánicos tales como nitrógeno orgánico disuelto (DON) y el fósforo orgánico disuelto (DOP). En lugar de ello, la concentración de nutrientes orgánicos debe ser determinada por la diferencia ( <em> ejemplo, [DON] = [nitrógeno total disuelto] – [nitrógeno inorgánico disuelto]).
Adición de una modificación de DOM realista para una corriente es difícil debido a la diversidad de la piscina DOM ambiente. Estudios previos han añadido fuentes de carbono simples (por ejemplo, glucosa, urea 1) o una fuente concreta, como la hojarasca lixiviado 2 para manipular concentraciones en el campo. Sin embargo, estas fuentes no son particularmente representativo de la piscina DOM ambiente. Tratando de perfeccionar o concentrarse DOM ambiente para la experimentación posterior también se forja con dificultades, como la pérdida de ciertas fracciones (por ejemplo, componentes altamente lábiles) durante el procesamiento. Como resultado, es difícil de entender los controles de la piscina DOM ambiente, ya que actualmente no poseemos ningún método para manipular directamente el depósito de DOM ambiente. Sin embargo, dado que la biogeoquímica de DOM está vinculada a los nutrientes que se encuentran comúnmente en el medio ambiente (por ejemplo nittasa [NO3 -] 3), podemos añadir otros solutos de flujo de los ecosistemas y medir la respuesta de la piscina DOM para estas manipulaciones. Mediante el examen de la forma en la piscina DOM responde a una amplia gama de concentraciones de nutrientes experimentalmente impuestas que esperamos obtener una mejor idea de cómo DOM responde a las fluctuaciones de las condiciones ambientales.
Un método usado comúnmente en la biogeoquímica corriente es el método de adición de nutrientes. Experimentos de adición de nutrientes se han utilizado tradicionalmente para entender la cinética de absorción o el destino de la 4,5,6,7 soluto añadido. La adición de nutrientes pueden ser a corto plazo en la escala de 6 horas los días 4, o manipulaciones a más largo plazo en el transcurso de varios años 8. La adición de nutrientes también puede incluir nutrientes marcado con isótopos (por ejemplo, 15 N-NO 3 -) para rastrear nutriente añadido a través de reacciones biogeoquímicos. Sin embargo, los estudios basados en isótopos son a menudo EXPEnsive y requieren análisis difíciles (por ejemplo) de las digestiones múltiples compartimentos bentónicos donde los nutrientes marcados con isótopos pueden ser retenidos. La experimentación reciente ha puesto de manifiesto la utilidad de los pulsos de nutrientes a corto plazo para dilucidar los controles de solutos no añadidas y ambientales tales como DOM 9,10, revelando un nuevo camino por el cual examinar en tiempo real en las reacciones in situ biogeoquímicos. Aquí describimos y demostrar los pasos metodológicos clave para la realización de los pulsos de nutrientes a corto plazo con el objetivo de comprender la biogeoquímica acoplada de C y N y en concreto los controles de la gran diversidad depósito de DOM. Este método fácilmente reproducible implica la adición de un pulso de nutrientes a un tramo de río experimental y la medición de los cambios en la concentración de soluto tanto el manipulado y la variable de respuesta de interés (por ejemplo, DOC, DON, DOP). Mediante la manipulación de las concentraciones de nutrientes directamente in situ que son capaces de alterar indirectamente el DOMpiscina y examinar cómo los cambios de DOM concentración a través de un rango dinámico de las concentraciones de nutrientes 10.
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo del método de pulso de nutrientes, tal como se presenta aquí, es caracterizar y cuantificar la respuesta de la piscina muy diverso del ambiente DOM agua de la corriente a través de un rango dinámico de un nutriente inorgánico añadido. Si el soluto añadido suficientemente aumenta la concentración del soluto reactiva, un gran espacio inferencial puede ser creado para entender cómo el ciclo biogeoquímico de DOM está ligada a la concentración de nutrientes. Este enfoque pulso de nutrientes es ideal, …
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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