Estimando taxas de desnitrificação do sedimento usando núcleos e N2O Microssensores

Resumo

Este método estima taxas de desnitrificação do sedimento em núcleos de sedimentos usando os acetileno inibição técnica e microsensor medições de acumulada N₂O. O protocolo descreve procedimentos para a recolha dos núcleos, calibrando os sensores, realizando a inibição de acetileno, medindo o acúmulo de N₂O e cálculo da taxa de desnitrificação.

Resumo

Desnitrificação é o processo biogeoquímico primário remover nitrogênio reativo da biosfera. A avaliação quantitativa deste processo tornou-se particularmente relevante para avaliar o ciclo do azoto global antropogênico-alterado e a emissão de gases de efeito estufa (ou seja, N₂O). Vários métodos estão disponíveis para medir a desnitrificação, mas nenhum deles é completamente satisfatório. Problemas com os métodos existentes incluem sua sensibilidade insuficiente, e a necessidade de modificar os níveis de substrato ou alterar a configuração física do processo, usando amostras de perturbado. Este trabalho descreve um método para estimar taxas de desnitrificação do sedimento que combina a retirada do dielétrico, inibição de acetileno e medições de microsensor do acumulado de N₂O. As principais vantagens deste método são uma baixa perturbação da estrutura de sedimentos e a coleção de um registro contínuo de acumulação de N₂O; Estes permitem estimativas das taxas de desnitrificação confiável com valores mínimos até 0,4-1 µmol N₂O m^-2 h^-1. A capacidade de manipular os fatores-chave é uma vantagem adicional para a obtenção de conhecimentos experimentais. O protocolo descreve procedimentos para a recolha dos núcleos, calibrando os sensores, realizando a inibição de acetileno, medindo o acúmulo de N₂O e cálculo da taxa de desnitrificação. O método é adequado para estimar taxas de desnitrificação em qualquer sistema aquático com núcleos de sedimentos recuperáveis. Se a concentração de₂O N está acima do limite de detecção do sensor, a etapa de inibição de acetileno pode ser omitida para estimar a emissão de₂O N em vez de desnitrificação. Mostramos como estimar as duas taxas de desnitrificação reais e potenciais, aumentando a disponibilidade de nitrato, bem como a dependência da temperatura do processo. Podemos ilustrar o procedimento usando sedimentos lacustres de montanha e discutir as vantagens e pontos fracos da técnica em comparação com outros métodos. Esse método pode ser modificado para fins particulares; por exemplo, pode ser combinada com ¹⁵N marcadores para avaliar nitrificação e desnitrificação ou campo em situ medições das taxas de desnitrificação.

Introdução

Alterações antropogénicas do ciclo do azoto é um dos problemas mais desafiadores para o sistema de terra¹. Actividade humana pelo menos duplicou os níveis de nitrogênio reativo disponível para a Biosfera². No entanto, persistem grandes incertezas sobre como o ciclo global de N é avaliado. Algumas estimativas de fluxo estar quantificadas com menos de ± 20% de erro, e muitos têm incertezas de ± 50% e maior³. Estas incertezas indicam a necessidade de estimativas precisas das taxas de desnitrificação em ecossistemas e uma compreensão dos mecanismos subjacentes de variação. Desnitrificação é uma ativid....

Protocolo

1. preparação

Nota: Isto começa no dia antes as medições.

1. Montar a instalação de medição (Figura 1um, consulte a Tabela de materiais).
   Nota: Para garantir uma alimentação constante e de alta qualidade, o dispositivo de medição está conectado para o aperto através de uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) que também pode atuar como um backup. No caso de uma falha de energia de longa duração, uma bateria de carro servir como uma fonte de energia extra.
2. Inicie o software do sensor e aplicar um-0.8 V tensão de polarizar o N₂O ....

Resultados

Um total de 468 taxas de desnitrificação foram estimados usando o protocolo acima em sedimentos de lagos de montanha dos Pirinéus, durante o período de 2013-2014. Mostramos alguns destes resultados para ilustrar o procedimento (Figura 2 e Figura 3). Em geral, o modelo linear entre a concentração de N₂O e tempo tem boa correlação (R² ≥ 0,9). A inclinação da relação fornece uma estimativa da taxa de desnitrifi.......

Discussão

As principais vantagens do método descrito são o uso de amostras de sedimento minimamente incomodado e a gravação contínua da acumulação N₂O. Estes permitem a estimativa das taxas de desnitrificação relativamente baixo que provavelmente semelhante a esses ocorrem em situ. No entanto, alguns aspectos relativos à retirada do dielétrico, desempenho do sensor e potenciais melhorias são discutidos.

Um passo aparentemente simples, mas fundamental do método é núcleo boa recuperaçã.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Mensageiro de gravidade adaptado		-	Referência no manuscrito. Feito por Glew, J.
Tubo de amostragem	-	-	Acrílico. Dimensões: 100 cm (h) &vezes; 6,35 cm (d) &vezes; 6,50 cm (D). Afie a borda do tubo de amostragem que penetra no sedimento para minimizar a perturbação na amostra do núcleo de sedimento recuperada.
Sirene portátil	Plastimo	38074	Echotest II Sonda de profundidade.
Rolha de borracha	VWR	DENE1012114	Com dois orifícios, utilizado para misturar a N2O-água na câmara de calibração. Dimensões: 20 mm (h) e tempos; 14 mm (d) e tempos; 18 mm (D) (orifício de 3 mm (D)).
Rolha de borracha	VWR	217-0125	Para selar a parte inferior do tubo de metacrilato e amostrar em massas de água pouco profundas. Dimensões: 45 mm (h) e tempos; 56 mm (d) &vezes; 65 mm (D).
Rolha de borracha	VWR	217-0126	Coloque a rolha de borracha na parte superior do tubo de recolha para obter um vácuo para amostragem em zonas litorâneas e massas de água pouco profundas. Dimensões: 50 mm (a) x 60 mm (p) x 70 mm (p).
Tampa do PVC	-	-	Para selar a parte lateral superior do tubo acrílico. Dimensões: 45 mm (h) e tempos; 56 mm (d) &vezes; 65 mm (D). Dimensões: 65 mm (D).
Fita adesiva	-		à prova d'água. Para garantir todas as juntas (tubo de amostragem de cobertura de PVC e sensor de cobertura de PVC) e para evitar vazamentos de água.
Termômetro	-		Portátil e à prova d'água, para medir a temperatura na água que cobre o sedimento logo após a amostragem dos núcleos.
GPS	-		Para salvar a localização de um novo local de amostragem ou para chegar a um local anterior.
Wader	-		Para amostragens litorâneas ou rasas em locais.
Barco	-		Um barco inflável é a melhor opção por sua leveza se o local de amostragem não for acessível de carro.
Corda		-	Corda com marcas mostrando seu comprimento (por exemplo, marcada com um código de cores para distinguir cada metro).
Garrafa de gás N2O e redutor de pressão	Abelló Linde	32768-100	Referência de garrafa de gás.
Garrafa de gás C2H2 e redutor de pressão	Abelló Linde	32468-100	Referência de garrafa de gás.
Tubo usado para evacuar o excesso de água	-		Consiste em uma parte sólida (por exemplo, uma ponta de pipeta de 5 ml sem sua extremidade mais estreita) inserida em um tubo de silicone.
Minisensor de Óxido Nitroso com Tampa	Unisense	N2O-R	Usamos 4 sensores de cada vez.
Multímetro microssensor 4 canais 4 canais pA	Multímetro	Unisense	Picoammeter registrado em um laptop. O dispositivo padrão permite 2 conexões de picoamperímetro de sensor (por exemplo, sensor N2O), um pH/mV e um termômetro. Encomendamos um dispositivo com quatro conexões de picoamperímetro, permitindo o uso de 4 sensores N2O simultaneamente.
Software SensorTrace Basic 3.0 Windows	de aquisição de dados	Unisense
Câmara de calibração incl. bomba	Unisense	CAL300	Câmara de calibração. Nós o ajustamos com rolhas de borracha e seringas para misturar a água N2O-água sem fazer bolhas.
Câmara de incubação	Ibercex	E-600-BV	Equipamento indispensável para trabalhar a uma temperatura constante (± 0,3 &graus; C). Também permite o controle do fotoperíodo.
Agitador elétrico	-		Parte do sistema de agitação. Ele fica pendurado na água, sobrepondo o objeto do sedimento, por uma linha de pesca que é enganchada na cobertura de PVC.
Eletroímã		-	Parte do sistema de agitação. É fixado na parte externa do tubo de acrílico, aproximadamente no mesmo nível do agitador. É ativado episodicamente (ca. 1 on-off por s) por um circuito, atraindo o agitador quando está ligado e liberando-o quando está desligado, gerando assim o movimento que agita a água.
Circuito de pulso eletromagnético		-	Parte do sistema de agitação. Ele é conectado por fios ao eletroímã e envia pulsos de corrente que ligam e desligam o eletroímã.
Fonte de alimentação ininterrupta (UPS)	-		Melhora a qualidade da energia elétrica que chega ao dispositivo de medição, filtrando os altos e baixos da tensão, garantindo assim um sinal de sensor N2O mais constante e estável.

Software Sensor.