हे की Benthic एक्सचेंज₂, एन₂ और भंग पोषक तत्वों छोटे कोर incubations का प्रयोग

Summary

Here, we present small core incubations for the measurement of sediment-water gas and solute exchange. These will provide reliable measurements of sediment-water exchange that assess the role of sediment in influencing biological and biogeochemical processes in aquatic ecosystems.

Abstract

The measurement of sediment-water exchange of gases and solutes in aquatic sediments provides data valuable for understanding the role of sediments in nutrient and gas cycles. After cores with intact sediment-water interfaces are collected, they are submerged in incubation tanks and kept under aerobic conditions at in situ temperatures. To initiate a time course of overlying water chemistry, cores are sealed without bubbles using a top cap with a suspended stirrer. Time courses of 4-7 sample points are used to determine the rate of sediment water exchange. Artificial illumination simulates day-time conditions for shallow photosynthetic sediments, and in conjunction with dark incubations can provide net exchanges on a daily basis. The net measurement of N₂ is made possible by sampling a time course of dissolved gas concentrations, with high precision mass spectrometric analysis of N₂:Ar ratios providing a means to measure N₂ concentrations. We have successfully applied this approach to lakes, reservoirs, estuaries, wetlands and storm water ponds, and with care, this approach provides valuable information on biogeochemical balances in aquatic ecosystems.

Introduction

निक्षेपों जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों के महत्वपूर्ण घटक हैं और biogeochemical अक्सर पोषक तत्वों और प्रदूषणों से महत्वपूर्ण डूब रहे हैं। पोषक तत्व, गैस और सरोवर का अवसादों में संक्रमण धातु biogeochemistry के अग्रणी अध्ययन के विलेय और overlying पानी के साथ गैसों कि redox की स्थिति ^1,2 बदलती था की तलछट विनिमय का पता चला। पोषक तत्वों के लिए, अवसादों फास्फोरस का एक स्रोत है और कार्बनिक पदार्थ की पुनर्खनिजीकरण के बाद तय नाइट्रोजन, और गैर-संश्लेषक वातावरण ^3,4 में ऑक्सीजन के लिए एक सिंक हो सकता है। जलमग्न मैक्रोफाइट, macroalgae और benthic microalgae की प्रकाश संश्लेषण तलछट-पानी इंटरफेस ^5,6 भर में भंग पदार्थों के आदान-प्रदान पर गहरा प्रभाव पड़ सकता है।

विलेय और तलछट-पानी इंटरफेस के पार गैसों के आदान-प्रदान की माप दोनों बुनियादी विज्ञान और व्यावहारिक विज्ञान उद्देश्यों के लिए किया जाता है इंजीनियरिंग और वैज्ञानिक वाट की जांच भी शामिल है,एर गुणवत्ता वाले मॉडल ^7.8। इन तरीकों का लक्ष्य है, सबसे बड़ी संभव हद तक, विश्वसनीय और सटीक तलछट-पानी विनिमय दरों को प्रदान करना है। दृष्टिकोण की एक विस्तृत विविधता तलछट-पानी इंटरफेस में रासायनिक आदान-प्रदान का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। स्तरीकृत प्रणालियों में गैसों और विलेय के नीचे पानी संचय उपयोगी ⁹ हो सकता है, लेकिन thermoclines या pycnoclines ऊपर तलछट-पानी आदान प्रदान के लिए मान्य नहीं है। एड़ी सह-संबंध गैसों, आम तौर पर ऑक्सीजन, ऊर्ध्वाधर पानी वेग के उच्च आवृत्ति माप के साथ संयुक्त के उच्च आवृत्ति माप की आवश्यकता है, इस तकनीक का भारी वादा, लेकिन वर्तमान में पोषक तत्वों की विनिमय के अध्ययन के लिए डेटा प्रदान नहीं कर सकता है। सीटू गुंबदों में या कक्षों, एक अत्यधिक पसंदीदा तरीका है तलछट का एक बड़ा सतह क्षेत्र को कवर और सीटू के तापमान, गहरे पानी के दबाव और प्रकाश के स्तर में बनाए रखने के लाभ के साथ ^10। अभ्यास में, ये बहुत महंगा व्यापक समय की आवश्यकता होती है माप हैंबड़ा अनुसंधान जहाजों पर; सबसे अनुप्रयोगों गहरी तटीय क्षेत्र या समुद्री तलछट हैं। कोर ऊष्मायन कक्षों के माध्यम से प्रवाह का उपयोग तकनीक है कि स्थिर अवस्था तक पहुँचते हैं, अपेक्षाकृत स्थिर overlying पानी रसायन शास्त्र को बनाए रखने, incubations ^{11 के} दौरान ऑक्सीजन सहित के लिए बहुत ही अच्छे हैं। क्योंकि दर शाखा और outflowing पानी, और पानी के विनिमय दर के बीच मतभेद एकाग्रता से स्थिर अवस्था में चुना गया है, इन incubations समय के एक काफी राशि ले सकते हैं।

समय पाठ्यक्रम कोर ऊष्मायन हमारी प्रयोगशाला द्वारा इस्तेमाल किया दृष्टिकोण उत्तरी अमेरिका और यूरोप में विभिन्न प्रयोगशालाओं की संख्या में इस्तेमाल किया दृष्टिकोण से अनुकूलित किया गया था, और वहाँ साहित्य का एक काफी मात्रा यह सामान्य दृष्टिकोण पर आधारित है। हम एन ₂ की माप एन फलाक्सेस ^12, अक्सर अनाइट्रीकरण के रूप में संदर्भित करने के लिए इस दृष्टिकोण के अनुकूल है, और संश्लेषक और गैर-संश्लेषक तलछट वातावरण के लिए यह आवेदन किया है, estuarie सहित^13, झीलों, जलाशयों, झीलों और ^14। इन अध्ययनों के माध्यम से हम जो हमारे समग्र दृष्टिकोण अच्छी तरह से काम करता है कई वातावरण मिल गया है, और कुछ में जो यह नहीं है। क्योंकि इस प्रक्रिया पारिस्थितिकी प्रणालियों के लिए नाइट्रोजन का एक महत्वपूर्ण नुकसान का प्रतिनिधित्व अनाइट्रीकरण की माप में कई अलग-अलग स्थलीय और जलीय वातावरण में बाहर किया गया है। कई दृष्टिकोण अनाइट्रीकरण माप, कुछ प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूप से कुछ ¹⁵ बनाने के लिए इस्तेमाल किया गया है। प्रत्यक्ष एन ₂ प्रवाह माप उच्च वायुमंडलीय सामग्री की वजह से बहुत मुश्किल हो जाता है एन _2, और बाद में उच्च पानी के ¹⁶ में भंग सांद्रता। दो दृष्टिकोण पर्यावरण की दृष्टि से प्रासंगिक दरों का सबसे अच्छा प्रतिनिधित्व होने के रूप में उभरा है: आइसोटोप n का उपयोग बाँधना आइसोटोप ¹⁷ और एन _2: हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता Ar अनुपात। आइसोटोप बाँधना विधि कई वातावरण में सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है और कम दरों पर बहुत उच्च संवेदनशीलता है। हम एन रोजगार_2: Ar अनुपात अपनी सादगी की वजह दृष्टिकोण, और हम अक्सर अध्ययन क्योंकि यह असर पड़ा वातावरण में पर्याप्त रूप से संवेदनशील है।

इस पत्र में, हम तकनीकी दृष्टिकोण हम गैसों और विलेय की तलछट-पानी विनिमय की माप करने के लिए पिछले दो दशकों में इस्तेमाल किया है का वर्णन है। तलछट-पानी विनिमय के किसी भी माप विचार क्षेत्र की स्थिति और प्रयोगात्मक मानकों की संख्या में लेने की जरूरत है। इन कारकों के तापमान, प्रकाश / अंधेरे की स्थिति ^18, मिश्रण / शारीरिक तलछट-पानी इंटरफेस ¹⁹ में प्रवाह, भंग ऑक्सीजन सांद्रता ^20, और अन्य कारकों है कि अच्छा माप बनाने के महत्वपूर्ण तत्व हैं शामिल हैं। उदाहरण के लिए, कोर क्षेत्रों में जो benthic microalgae के विकास के लिए पर्याप्त रोशनी प्राप्त से एकत्र कर रहे हैं, यह आवश्यक है कि प्रयोगों दोनों अंधेरे और प्रकाश की स्थिति ²¹ में शामिल वसीयत करने के लिए है। इसी तरह, ऑक्सीजन overlying पानी जोड़ने कोर ऑक्सीजन में कमी करने के लिएक्षेत्र की स्थिति को दोहराने नहीं है। जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों अपरिहार्य कलाकृतियों ²² को जन्म दे सकती के किसी भी हिस्से की प्रायोगिक बाड़े; यह महत्वपूर्ण है कि दृष्टिकोण एक तलछट-पानी विनिमय माप कार्यक्रम 1 में प्रयुक्त) कारकों प्रत्येक पारिस्थितिकी तंत्र में तलछट-पानी विनिमय को नियंत्रित करने को समझते हैं और 2) प्रयोगात्मक हेरफेर से निकाली गई कलाकृतियों को कम है।

Protocol

नोट: अबाधित तलछट-पानी इंटरफेस के साथ कोर के संग्रह के आदान-प्रदान का अच्छा प्रयोगात्मक माप बनाने के लिए आवश्यक है; अत्यधिक परेशान कोर overlying पानी के साथ ताकना पानी विलेय का आदान प्रदान करने की संभावना है और फे (द्वितीय) के ऑक्सीकरण और कम गंधक यौगिकों के माध्यम से ऑक्सीजन की तेज वृद्धि की है। इस पत्र में, हम केवल तलछट नमूना तकनीक और विलेय और गैसों के रासायनिक विश्लेषण के एक सरसरी शामिल किए जाने के साथ अवसादों की तलछट ऊष्मायन प्रक्रियाओं पर जोर। नमूना लेने के लिए पहले, या प्रारंभिक परिणामों के आधार पर, समग्र परियोजना की जरूरत है, सांख्यिकीय डिजाइन या छोटे पैमाने स्थानिक परिवर्तनशीलता की उम्मीद की राशि से प्रतिकृति की डिग्री का निर्धारण। डुप्लीकेट कोर कई अध्ययनों और triplicates द्वारा इस्तेमाल के लिए कम से कम कर रहे हैं एक बेहतर सांख्यिकीय विश्लेषण की अनुमति के लिए उपयोगी होते हैं। 1. तलछट संग्रह और हैंडलिंग नोट: Exchange प्रयोगों के लिए तलछट का संग्रह 1) कोर यूएसआई के मैनुअल प्रविष्टि का उपयोग किया जाता हैएनजी गोताखोरों या उथले पानी या आर्द्रभूमि में, wading, 2) ध्रुव एक मैन्युअल रूप से बंद वाल्व के साथ एक एल्यूमीनियम पोल का उपयोग अवसादों बनाए रखने के लिए coring, या 3) बॉक्स coring द्वारा। प्रत्येक साइट पर, जीपीएस का उपयोग कर साइट स्थान रिकॉर्ड नीचे पानी ऑक्सीजन, तापमान, लवणता और निर्धारित एक पानी की गुणवत्ता sonde का उपयोग कर, और एक बराबर सेंसर / मीटर का उपयोग कर सतह और नीचे में photosynthetically सक्रिय विकिरण (PAR) का निर्धारण। पानी की गुणवत्ता SONDE ~ 1 मीटर तलछट ऊपर लोअर और नीचे पानी विशेषताओं (गहराई, तापमान, भंग ऑक्सीजन, तापमान और लवणता / चालकता) रिकॉर्ड है। एक कम करने के फ्रेम का उपयोग तलछट-पानी इंटरफ़ेस करने के लिए पानी के नीचे एक जांच के साथ एक सममूल्य सेंसर कम करें। हवा-पानी इंटरफ़ेस तुरंत नीचे बराबर रीडिंग के लिए तलछट की सतह के पास बराबर रीडिंग की तुलना परिवेश प्रकाश की शर्तों के तहत प्रकाश क्षीणन का अनुमान है। धीरे-धीरे गड़बड़ी को कम करने, नाव / जहाज के किनारे पर एक बॉक्स कोरर की तैनाती इसे कमतलछट मर्मज्ञ पर। दिखाई अशांति या अत्यधिक मेजबान के लिए कोर बॉक्स की जांच करना। एक बॉक्स कोरर के लिए, तलछट में कोर ट्यूबों डालें, और कोर के शीर्ष कवर करने के लिए एक ब्यूटाइल डाट का उपयोग करें। प्रवाह प्रयोगों के लिए, जबकि कोर के भीतर आदर्श तलछट / पानी के संतुलन को पानी के 15 सेमी और तलछट की 15 सेमी, मोटे या अत्यधिक जमा अवसादों कम तलछट गहराई एकत्रित है एक स्वीकार्य परिणाम है। अगर ऑक्सीजन की कमी की दर अत्यधिक हैं, अधिक पानी स्तंभ ऊंचाई की ओर संतुलन पाली। आमतौर पर, गहरे पानी के अध्ययन के लिए और benthic microalgae या बड़े जानवर आबादी वाले अवसादों के लिए 6.35 सेमी भीतरी व्यास कोर का उपयोग 10 सेमी आईडी कोर का उपयोग करें। मूल आकार के लिए मुख्य लिमिट कोर के नीचे टोपी करने की क्षमता है। एक एक्रिलिक नीचे की थाली एक एम्बेडेड हे अंगूठी है के साथ नीचे टोपी। इस प्रक्रिया को दोहराएं जब तक पर्याप्त प्रतिकृति एकत्र कर रहे हैं। पोल कोरर, पहली जगह कोर ली में एक्रिलिक नीचे की थाली के साथएनईआर, कोरर से कोर को हटाने, और डाट जोड़ें। एक लंबा अछूता पानी कूलर है कि साइट से परिवेश पानी के साथ पानी भर गया है प्लेस में कोर; इस सीटू तापमान में बनाए रखने में मदद करता है। सुनिश्चित करें कि कूलर ईमानदार रहता है। कोर कि परिवहन के दौरान परेशान कर रहे हैं त्यागें। प्रयोगों में इस्तेमाल के लिए 20 एल carboys में तलछट की सतह के पास ले जाया नीचे पानी पंप। 10-20 एल / मिनट क्षमता या एक उच्च गति क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप के साथ एक डायाफ्राम पंप का प्रयोग करें। उथले unstratified पानी में, पानी में "dunking" यह काबोइ भरें। एक उच्च क्षमता इनलाइन कारतूस फिल्टर का उपयोग कर नीचे पानी का निस्पंदन पानी स्तंभ ऑक्सीजन तेज या प्रकाश संश्लेषण (प्रकाश में) की उच्च दर के साथ साइटों पर उपयोगी हो सकता है, पानी स्तंभ से सुधार को कम ही नियंत्रण कोर। ऊष्मायन की सुविधा के लिए के रूप में जल्दी संभव के रूप में कोर परिवहन। विस्तारित परिवहन, AER के मामले मेंobic कोर बन सकता है anoxic और कृत्रिम उत्साह से भरा हुआ या संचलन के लिए आवश्यक हैं। 2. प्रारंभिक सेटअप ऊष्मायन सुविधा में, एक ऊष्मायन टब में जगह कोर या तो नियंत्रित तापमान के साथ एक पर्यावरण के कमरे में, या एक हीटिंग / ठंडा फैलानेवाला के माध्यम से तापमान नियंत्रण के साथ एक डबल घिरी इनक्यूबेटर में। 1.1.1 में मापा नीचे पानी के तापमान को तापमान सेट करें। इनक्यूबेटर करने के लिए नीचे पानी जोड़ें, पूरी तरह से जलमग्न तलछट कोर। इसके अलावा spigots कि प्रतिस्थापन पानी वितरित करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा के साथ 5 एल carboys के लिए पानी जोड़ने। (तलछट के बिना) एक पानी केवल कोर इनक्यूबेटर में जोड़े। पानी स्तंभ कारतूस के उपयोग किसी भी पानी के स्तंभ प्रक्रियाओं है कि गैसों और विलेय को प्रभावित की भरपाई के लिए सबसे वातावरण में महत्वपूर्ण है। अनाइट्रीकरण की माप के लिए, इन रिक्त स्थान न केवल पानी स्तंभ प्रक्रियाओं लेकिन कोर के एक्रिलिक दीवारों के साथ गैसों के आदान-प्रदान को प्रतिबिंबित कर सकते हैं। बुलबुला कोर w2 घंटा की एक न्यूनतम के लिए ith हवा थर्मल संतुलन और overlying पानी से भरा ऑक्सीजन सुनिश्चित करने के लिए। वे रात भर रखा जा सकता है और समय के पाठ्यक्रम अगली सुबह शुरू की। लंबे समय तक पूर्व ऊष्मायन अवधि प्रभावकारिता के लिए मूल्यांकन नहीं किया गया। ऊपर की ओर बुदबुदाती के दौरान एक 1/8 'ट्यूब पानी की entrainment में टी परिणामों के नीचे करने के लिए डाला जाता है और न ही यह सुनिश्चित करता है ऑक्सीजन, लेकिन; वेंटिलेशन के लिए, एक छोटा सा "टी" bubbler से मिलकर एक तरह से तीन युग्मक के साथ पीवीसी पाइप का उपयोग साढ़े " ऊष्मायन टब में पानी के साथ कोर में पानी का प्रचलन। 3. तलछट पानी ऊष्मायन प्रक्रिया तापमान की जाँच के बाद यह क्षेत्र की स्थिति से मेल खाता सुनिश्चित करने के लिए कोर के सबसे ऊपर के लिए कताई में सबसे ऊपर देते हैं। इस बिंदु पर, टैंक पानी से कोर सील। कोर खुले पर नमूना वाल्व छोड़ दो इस प्रक्रिया के दौरान। मैन्युअल कताई शीर्ष के नीचे की ओर से धीरे किसी भी हवाई बुलबुले झाडू। हाथीvate प्रतिस्थापन पानी काबोइ ~ 30-40 सेमी ऊष्मायन कोर के सबसे ऊपर की तुलना में अधिक है और लाइनों नाली नीचे लाइन में किसी भी हवाई समाप्त करने के लिए। हालांकि अभी भी बह रही है, कोर सबसे ऊपर के लिए लाइनों देते हैं और वाल्व बंद कर दें। केंद्रीय सरगर्मी टर्नटेबल पर मुड़ें और प्रति मिनट 40 बार इतना है कि कोर बारी बारी से रोटेशन की गति को समायोजित ~, या एक दर है कि पानी स्तंभ मिश्रण करने के लिए, लेकिन तलछट resuspend नहीं पर्याप्त है पर। लगभग 5 मिनट के बाद सभी कोर सील कर रहे हैं, प्रतिस्थापन पानी वाल्व और नमूना वाल्व खोलने, और फिर एक Luer फिटिंग का उपयोग नमूना वाल्व के लिए ट्यूबिंग के एक छोटे टुकड़े देते हैं। एक 7 एमएल ग्लास ट्यूब, जो बह निकला से भरा है के तल में इस नमूने ट्यूब रखें। ट्यूब कैपिंग करने से पहले, एक संरक्षक के रूप में 30 ग्राम एल -1 HgCl 2 के 10 μl जोड़ें। ऊष्मायन के तापमान के करीब तापमान पर पानी के नीचे इन नमूनों की दुकान। अन्य प्रयोगशालाओं सफलतापूर्वक सैम के लिए 12 मिलीलीटर "Exetainers" का इस्तेमाल किया हैमिसाल भंडारण। घुला हुआ पदार्थ के नमूने लिए, नमूना वाल्व के लिए एक 20 मिलीलीटर सिरिंज प्रति बैरल देते हैं और प्रतिस्थापन पानी वाल्व खुला। सिरिंज प्रति बैरल पूर्ण केवल गुरुत्वाकर्षण का उपयोग कर जब तक भरता है। एक सवार और एक फिल्टर डिस्क देते हैं, और फिर शीशियों में नमूने फिल्टर। पोषक तत्व विश्लेषण के लिए इन नमूनों पर जमे हुए हैं -20 विश्लेषण जब तक सें। नोट: अंधेरे में नमूने के समय पाठ्यक्रम आम तौर पर नमूने के बीच के अंतराल में 0.5 से> 2 घंटा से लेकर के साथ 4 नमूने अवधि, ऑक्सीजन तेज की दर के आधार पर शामिल है। ऑक्सीजन तेज की कम दरों के साथ, समय अंतराल लंबे होते हैं; श्वसन की उच्च दर के साथ अवसादों में, अंतराल कम होने की जरूरत है। नमूना की जरूरत से ज्यादा उच्च मात्रा प्रत्येक नमूना बिंदु पर ले जाया नमूने भी बड़ा पूरे नमूना मात्रा का एक अनुपात में परिणाम हो सकता है; हमारे काम में इन नमूना मात्रा नगण्य सुधार में परिणाम। नमूने के अधिक से अधिक मात्रा की जरूरत है, बड़ा व्यास कोर या एक वृद्धि पानी स्तंभ ऊंचाईआवश्यक हो सकता है। 50% ऑक्सीजन की कमी की एक सीमा से नीचे नमूने की एक समय के पाठ्यक्रम के साथ आगे बढ़ना है, 25% की ऑक्सीजन depletions आमतौर पर पोषक तत्वों की सांद्रता में पर्याप्त संकेत प्रदान करने के साथ नहीं है। इधर, ऑक्सीजन सांद्रता और ऑक्सीजन संतृप्ति के प्रत्यक्ष विश्लेषण के लिए calibrated optodes का उपयोग करें। अवसादों उथले, प्रबुद्ध वातावरण से कर रहे हैं, 4 वें नमूने में, रोशनी पर बारी और 3 बाद के नमूने ले। ध्यान दें कि अत्यधिक संश्लेषक अवसादों में, 2 हे और बुलबुला गठन की अतिसंतृप्ति कुछ मामलों में गैस अपशिष्टों की माप की सीमा। ऑक्सीजन की लगातार निगरानी फाइबर ऑप्टिक माप प्रौद्योगिकी अपेक्षाकृत छोटे जांच जो अत्यंत विश्वसनीय और सटीक रहे हैं होने के साथ एक तेजी से व्यवहार्य और मूल्यवान विकल्प है। तलछट incubations के समापन, या तो पानी स्तंभ की ऊंचाई मापने या एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर में पानी स्तंभ अपनाना सीधे determ करने परपानी की मात्रा ine, और प्रत्येक कोर की तस्वीरें ले। 4. नमूना विश्लेषण एन 2, 2 हे और आर के विश्लेषण के लिए एक झिल्ली में लिए पम्प नमूने मास स्पेक्ट्रोमीटर प्रवेश, और एन 2 के अनुपात का निर्धारण: ए.आर. और हे 2: <0.03% परिशुद्धता 12,23 करने की गिरफ्तारी। युगल एक झिल्ली प्रवेश करने के लिए एक quadrupole मास स्पेक्ट्रोमीटर। एक क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का उपयोग कर झिल्ली ट्यूबिंग में नमूना पुश। एक प्लास्टिक काबोइ में नमूना अपशिष्ट इकट्ठा और पारा परिरक्षक के कारण रासायनिक अपशिष्ट के रूप में व्यवहार करते हैं। ऊष्मायन के तापमान पर हवा के साथ equilibrated विआयनीकृत पानी के साथ जांचना। पोषक तत्व ≤ 5 मिलीलीटर नमूने पर या स्वचालित एनालाइजर का उपयोग कर छोटे संस्करणों पर मैन्युअल विश्लेषण प्रदर्शन। नमूना विगलन पर, प्रारंभ तुरंत विश्लेषण करती है। पोषक तत्व विश्लेषण प्रक्रिया के चुनाव को एक सटीक ऊष्मायन के दौरान पोषक तत्वों की एकाग्रता में परिवर्तन का पालन करने के लिए पर्याप्त उपज चाहिए। ठेठ का पता लगानेसीमा रहे हैं <0.05 μmol एल -1 और समय पाठ्यक्रम के रुझान दोनों बेहद कम और अत्यंत उच्च पोषक तत्व सांद्रता के तहत निरीक्षण करने के लिए मुश्किल हो सकता है। घुलनशील प्रतिक्रियाशील फास्फोरस की वर्णमिति विश्लेषण के लिए, एस्कॉर्बिक एसिड phosphomolybdate तकनीक का उपयोग करें। अमोनियम के लिए विश्लेषण करती है, एक फिनोल हाइपोक्लोराइट अभिकर्मक 24 का उपयोग कर एक रात में रंग विकास का उपयोग। वर्णमिति विश्लेषण स्वचालित, या तो खंडों प्रवाह या एक असतत विश्लेषक का उपयोग कर, एक बढ़िया विकल्प हैं और कम नमूना मात्रा का उपयोग। नाइट्रेट प्लस नाइट्राइट के विश्लेषण के लिए, एक कम करने के रूप में 25 वैनेडियम क्लोराइड का उपयोग कर रात भर रंग विकास का उपयोग, या एक स्वचालित विश्लेषक का उपयोग एक यूवी / विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर मानक घटता करने पर निर्धारित absorbances तुलना करें और मानकों सांद्रता और absorbances की एक प्रतिगमन से सांद्रता का निर्धारण। 5. तलछट पानी विनिमय दरों की गणना दोनों अंधेरे और प्रबुद्ध incubations के लिए स्वतंत्र रूप से समय की तुलना में गैस या पोषक तत्वों की सांद्रता निकासी, ढलान के साथ μmol एल -1 मानव संसाधन -1 के रूप में व्यक्त किया। पानी स्तंभ केवल कोर की ढलान के लिए ऊष्मायन कोर की ढलानों सही। केवल गणना के लिए महत्वपूर्ण प्रतिगमन (पी <0.05) का उपयोग करें; अंतिम डेटा स्प्रेडशीट में गैर-महत्वपूर्ण डेटा की पहचान। overlying पानी में रासायनिक घटक सांद्रता के परिवर्तन की ढलान से तलछट-पानी विनिमय दरों की गणना: जहां एफ प्रवाह (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) है, ΔC / Δt overlying पानी में एकाग्रता परिवर्तन (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) की ढलान है, वी overlying पानी की मात्रा (एल) और एक incubated कोर (एम -2) के क्षेत्र .To दैनिक प्रवाह का अनुमान है, प्रकाश की घंटे से प्रकाशित दर गुणा हैऔर अंधेरे के घंटे से गुणा अंधेरे दर को बढ़ाते हैं। 6. रिपोर्टिंग जब तलछट-पानी विनिमय माप से परिणाम रिपोर्टिंग, पर्याप्त जानकारी उपलब्ध कराने अन्य वैज्ञानिकों वातावरण है कि जांचा कर दिया गया है को समझने के लिए। आवश्यक जानकारी शामिल हैं: 1) साइट स्थान और पानी की गहराई, 2) ऐसे क्षेत्र और ऊष्मायन तापमान, और के रूप में भौतिक विशेषताओं बराबर, 3) ऐसे ऑक्सीजन, पोषक तत्व सांद्रता और लवणता, और 4) इस तरह के अनाज के आकार के रूप में तलछट विशेषताओं के रूप में नीचे पानी विशेषताओं, कार्बनिक पदार्थ सांद्रता, और benthic जानवरों की उपस्थिति।

Representative Results

Choptank नदी (खाड़ी, एमडी) पर एक एक्वाकल्चर सुविधा के पास तलछट प्रवाह माप से परिणाम चित्रा 1 में दिखाया जाता है और एक पारिस्थितिकी तंत्र संदर्भ में इन परिणामों की व्याख्या कहीं और 26 प्रस्तुत कर रहे हैं। incubations 7 घंटे से अधिक बाहर किए गए, प्रबुद्ध incubations डेटा के द्वारा पीछा अंधेरे incubations के साथ। दो कोर से डेटा के साथ ही पानी स्तंभ केवल नियंत्रित करते दिखाया गया है। अंधेरे में ऑक्सीजन में तेजी से कमी रोशनी से कुछ हद तक तनु था; microalgal उत्पादन की प्रकाश संश्लेषण की दर ऑक्सीजन के परिवर्तन की एक कम दर जा रहा है रोशनी का मुख्य प्रभाव के साथ, श्वसन के रूप में उच्च के रूप में नहीं था। नियंत्रण कोर प्रकाश में अंधेरे और छोटे बढ़ जाती है में ऑक्सीजन एकाग्रता में छोटे घटने का अनुभव किया। Ar अनुपात और: एन 2 सांद्रता एन 2 द्वारा निर्धारित किया गयामनाया तापमान और लवणता 27 के लिए गणना Ar संतृप्ति साहित्य मूल्यों। एन 2 के लिए 0.02% की एक विशिष्ट परिशुद्धता में: Ar अनुपात, इन आंकड़ों सटीक 0.1 μmol एल -1 एन 2 कर रहे हैं ~। तलछट कोर और पानी कॉलम खाली कोर कोर के लिए वृद्धि की बहुत उच्च दर के साथ समय पर एन 2 में बढ़ जाती थी। रोशनी के तहत, ढलानों आम तौर पर 2 एन परिवर्तन के अंधेरे दर के समान थे। भंग एनएच 4 + की अपशिष्टों इस साइट पर काफी अधिक थे,> 20 μmol एल के अंधेरे वृद्धि -1 एक कोर के लिए के साथ। प्रबुद्ध एनएच 4 + अपशिष्टों बहुत कम थे। समय के साथ एकाग्रता, रोशनी के दौरान बाहर लेवलिंग – दोनों कोर और पानी कॉलम खाली एक्स कम हो रही थी। अपशिष्टों के सभी के लिए, कोर मात्रा और अन्य प्रासंगिक मानकों पर एकाग्रता डेटा और डेटा में दिखाया जाता है <st रोंग> टेबल्स 1 और 2। चित्रा Choptank नदी में एक उथले पानी साइट है कि सुसंस्कृत कस्तूरी युक्त मंगाई के साथ कवर किया गया था से 1. समय बेशक डेटा। डेटा को दोहराने कोर (ए और बी) और एक पानी के कॉलम खाली से डेटा से हैं दिखाए जाते हैं। ऑक्सीजन एन 2 की सांद्रता, एनएच 4 + और ​​कोई एक्स – (सं 3 का योग – और कोई 2 – दोनों ऊष्मायन (छायांकित क्षेत्र के अंधेरे हिस्से के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं) और ऊष्मायन के प्रबुद्ध भाग के लिए चौथी बार। अंधेरे ऊष्मायन के बिंदु भी प्रबुद्ध समय श्रृंखला के पहले समय बिंदु है, रोशनी के नमूने के समय पर दिया गया लाइनों रेखीय प्रतिगमन हैं और ढलानों तालिका 1 में प्रस्तुत कर रहे हैं।।98 / 54098fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। आक्सीजन – डार्क समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.943 0.999 0.836 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -23.5 -35.9 -3.4 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -20.1 -32.5 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) -3095 -4875 आक्सीजन – लाइट समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.981 0.999 0.994 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -10.1 -9.8 2.9 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -13 -12.7 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) -2000 -1905 एन 2 – डार्क समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 0 466.46 466.40 466.62 1.3 466.74 467.49 466.11 2.32 467.55 468.18 466.74 <tडी> 3.97 468.24 468.98 467.12 आर 2 0.963 0.98 0.854 ढाल एन 2 (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 0.471 0.645 0.12 सही ढाल एन 2 (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 0.351 0.525 दर 2 एन एन (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) 108.1 157.5 एन 2 – प्रकाश समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.96 0.987 0.967 ढाल एन 2 (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 0.481 0.378 0.096 सही ढाल एन 2 (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 0.386 0.282 दर 2 एन एन (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) 118.9 84.6 कोर सतह क्षेत्र (एम 2) 0.003165 0.003165 </tआर> कोर मात्रा (एल) 0.4874 0.4747 । ए.आर. और एन 2: 2 हे और एन 2 Choptank नदी, खाड़ी के एक subestuary में सीप एक्वाकल्चर मंगाई नीचे अवसादों से लिए तालिका 1. समय बेशक डेटा गैस की सांद्रता हे ​​2 से निकाली गई है Ar अनुपात की झिल्ली इनलेट के माध्यम से निर्धारित जन स्पेक्ट्रोमेट्री। समय पाठ्यक्रम प्रतिगमन आर 2 मूल्यों मूल्यों> .9025 (पी <0.05) के लिए महत्वपूर्ण हैं। ढलान रेखीय प्रतिगमन द्वारा निर्धारित कर रहे हैं और सही ढलानों पानी स्तंभ केवल खाली के परिवर्तन की दर को घटाकर द्वारा निर्धारित कर रहे हैं। सकारात्मक दरों तलछट से बाहर शुद्ध अपशिष्टों हैं, नकारात्मक दर तलछट में प्रवाह संकेत मिलता है। एन 2 प्रवाह डेटा, 2 एन एन के रूप में व्यक्त कर रहे हैं कंपनियों बनानेRison एनएच 4 + और ​​कोई एक्स के लिए – आसान फलाक्सेस। इस साइट में अवसादों मुख्य रूप से पूरी तरह से एरोबिक पानी स्तंभ शर्तों के साथ गाद और मिट्टी से मिलकर की थी। कोर के क्षेत्र 31.65 सेमी था -2 और पानी स्तंभ गहराई कोर एक के लिए 15.4 सेमी और कोर बी के लिए 15.0 थे एन 2 के लिए सभी सांद्रता और हे 2 μmol एल -1 रहे हैं। एन 2 प्रवाह के लिए अंतिम दर 2 एन एन पर व्यक्त की है। एनएच 4 + – डार्क समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.968 0.993 0.853 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 2.88 5.36 -0.53 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 3.41 5.89 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) 525 884 एनएच 4 + – लाइट समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 3.97 22.83 </टीडी> 35.43 4.67 4.88 24.05 36.45 4.13 5.88 25.00 37.60 3.79 6.88 26.96 आर 2 0.978 1 0.966 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 1.37 1.13 -0.55 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) 1.92 1.68 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) 296 252 सं एक्स – – डार्क समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.976 0.992 0.967 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -0.229 -0.345 -0.089 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -0.14 -0.256 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) -21.6 -38.4 सं एक्स – – लाइट समय (मानव संसाधन) कोर एक कोर बी नियंत्रण 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 आर 2 0.934 0.909 0.9 ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -0.078 -0.103 0 सही ढलान (μmol एल -1 मानव संसाधन -1) -0.078 -0.103 दर (μmol एम -2 मानव संसाधन -1) -12 -15.5 कोर सतह क्षेत्र (एम 2) 0.003165 0.003165 कोर मात्रा (एल) 0.4874 0.4747 एनएच 4 + और ​​कोई एक्स के लिए तालिका 2. समय बेशक डेटा – 1 टेबल समय बेशक प्रतिगमन R के लिए इस्तेमाल एक ही तलछट कोर से 2 मूल्यों मूल्यों> .9025 (पी <0.05) के लिए महत्वपूर्ण हैं। ढलान रेखीय प्रतिगमन द्वारा निर्धारित कर रहे हैं और सही ढलानों पानी स्तंभ केवल खाली के परिवर्तन की दर को घटाकर द्वारा निर्धारित कर रहे हैं। सकारात्मक दरों शुद्ध अपशिष्टों हैंतलछट से बाहर, नकारात्मक दर तलछट में प्रवाह संकेत मिलता है। एनएच 4 + और ​​सं 2 के लिए सभी सांद्रता – μmol एल -1 रहे हैं।

Discussion

तकनीक यहाँ वर्णित जलीय प्रणाली, दोनों उथले और गहरी के कई प्रकार के लिए लागू किया गया है, और हम इसे सबसे परिस्थितियों में अच्छी तरह से काम करने के लिए मिल गया है। यह दृष्टिकोण सहयोगियों द्वारा इस्तेमाल किया और साहित्य में प्रस्तुत दृष्टिकोण से अनुकूलित किया गया था; यह झिल्ली इनलेट मास स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से अनाइट्रीकरण की माप के लिए अनुकूलित है। इस दृष्टिकोण की शक्तियों में से एक के लिए एक साथ कोर की एक बड़ी संख्या को संभालने की क्षमता है। डुप्लिकेट या तीन प्रतियों कोर के साथ प्रत्येक साइट नकल, माप में आत्मविश्वास बढ़ता है, हालांकि एक वैकल्पिक दृष्टिकोण कम प्रतिकृति के साथ साइटों को अधिकतम करने के लिए है, उन परिस्थितियों में एक पर्यावरण क्षेत्र के लिए औसत मूल्य प्रकृति में परिवर्तनशीलता के अधिक प्रतिनिधि हो सकता है। मौसमी मतभेद elucidating के लिए, साइटों की एक कम संख्या पर एक माप समय श्रृंखला एक उपयोगी रणनीति हो सकती है।

इस प्रोटोकॉल में, वहाँ कई महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं। पैरामाउंट रों बनाने के लिएuccessful माप एक अक्षुण्ण तलछट-पानी इंटरफेस के साथ कोर का संग्रह है। कोर कि पूरा नहीं करते हुए क्षेत्र में इस कसौटी थका हो सकता खारिज हालांकि, गरीब कोर गरीब सटीकता और परिशुद्धता को बढ़ावा मिलेगा। एरोबिक कोर रखते हुए वातित और मूल संग्रह के तापमान के करीब कलाकृतियों को कम करने और स्वस्थ, अक्षत माइक्रोबियल और metazoan आबादी बनाए रखना होगा। अंत में, ₂ हे और एन ₂ के नमूने के लिए, mercuric क्लोराइड परिरक्षक के अलावा महत्वपूर्ण है। हम गैस के नमूनों की है कि अनुचित संरक्षण, अत्यधिक ताप और शीशियों के शीतलन सहित मनाया है, इन प्रवाह माप समझौता कर सकते हैं। अन्य प्रयोगशालाओं सफलतापूर्वक कार्यरत है 7.0 एम ZnCl ₂ एक कम विषाक्त परिरक्षक कम अपशिष्ट निपटान लागत है कि के रूप में; एक 7 के लिए नमूना मिलीलीटर एक 30 μl अलावा उचित है।

एन ₂ और आर के अनुपात की सटीक और सही विश्लेषण एन ₂ के निर्धारण के लिए महत्वपूर्ण है </sयूबी> फलाक्सेस। मनाया एन _2: Ar अनुपात में ऑक्सीजन एकाग्रता कुछ जांचकर्ताओं प्रमुख ऑक्सीजन हटाने विश्लेषण करने से पहले वकालत करने के एक समारोह के रूप में बदलने के लिए, आम तौर पर गर्म तांबा ²⁸ का उपयोग कर। हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता इंस्ट्रूमेंटेशन एन ₂ पर ऑक्सीजन के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था: Ar अनुपात में ²³ और प्रभाव बहुत छोटा है, <मामूली ऑक्सीजन की कमी के लिए 0.03% हो पाया था। ऑक्सीजन "प्रभाव" का आकलन करने के लिए दृष्टिकोण में अंतर अलग जांचकर्ताओं ^23,28,29 से अलग निष्कर्ष करने के लिए नेतृत्व करने के लिए दिखाई देते हैं। एन ₂ पर एक बड़ा ऑक्सीजन प्रभाव: Ar अनुपात में ₂ एन एन तपका की ग़लती से उच्च दर के लिए नेतृत्व करेंगे; हमारे अनुभव में, हम नगण्य एन के कई टिप्पणियों ऑक्सीजन की कमी की उच्च दर _के तहत ₂ एन तपका है। प्रयोगशालाओं में जो एन ₂ पर ऑक्सीजन के प्रभाव में: Ar अनुपात के बड़े दिखाई देते हैं, एक उपयोगी विकल्प इलेक्ट्रोड या optodes और ऑक्सीजन का उपयोग ऑक्सीजन सांद्रता के स्वतंत्र माप हैबड़े पैमाने पर spectrometric विश्लेषण से हटाने इनलाइन गर्म घन का उपयोग कर।

इस तकनीक समस्या निवारण केवल तलछट प्रवाह डेटा की परीक्षा पर संभव है। महत्वपूर्ण कारकों पर विचार करने के लिए जब प्रतिगमन गरीब रहे हैं कि क्या सरगर्मी निरंतर था, नमूने एकत्र किए गए थे और संरक्षित सही ढंग से कर रहे हैं, और समय है कि क्या पाठ्यक्रम बहुत कम दरों के आकलन की अनुमति के लिए छोटे थे। प्रयोगों की लंबाई आम तौर पर अब incubations की आवश्यकता होती है समय बेशक प्रतिगमन में एम्बेडेड शोर अनुपात करने के लिए संकेत बढ़ाने के लिए चयापचय की कम दरों के साथ ऑक्सीजन समय बेशक द्वारा निर्धारित किया जाता है। कि उपज हे ₂ बुलबुले ऑक्सीजन उत्पादन की उच्च दर गैस अपशिष्टों मुश्किल बना है, लेकिन घुला हुआ पदार्थ अपशिष्टों अप्रभावित हो सकता है।

यह इस दृष्टिकोण की सीमाओं को समझने के लिए आवश्यक है। छोटे कोर एक वर्ग मीटर के 0.3% को कवर किया और बड़े कोर 0.6% को कवर किया। मीटर पैमाने पर पर्याप्त विविधता, anim की विषम वितरण के साथ साइटों मेंए एल एस या पौधों की सलाह दे सकते हैं कि एक या दो कोर पर्याप्त प्रतिनिधित्व नहीं हो सकता। वहाँ भी कुछ वातावरण है कि माप कठिनाइयों पेश कर रहे हैं। Ar अनुपात के बुलबुले में गैसों का अंतर समावेश से प्रभावित: अनाइट्रीकरण की माप के लिए, मीथेन या ऑक्सीजन बुलबुले की उपस्थिति एन ₂ के साथ तकनीक अमान्य हो सकती है। Benthic microalgae द्वारा उपनिवेश तलछट में, एन ₂ में से ₂ एन एआर को रिश्तेदार, और कमी एक तरजीही स्ट्रिपिंग में ऑक्सीजन बुलबुले परिणामों के गठन: Ar अनुपात। सामान्य में, हम इस मुद्दे पर जहां फार्म बुलबुले पर अनाइट्रीकरण उपाय नहीं कर सकते। अवायवीय वातावरण अलग चुनौतियां खड़ी हैं, और कोर की वातन तलछट-पानी इंटरफेस में redox गतिशीलता बदल जाता है। हम तुरंत संग्रह के बाद सरगर्मी सबसे ऊपर के साथ कोर को सील करने और पानी स्तंभ पूरी तरह से ³⁰ की जगह बिना अपशिष्टों शुरू करते हैं। प्रबुद्ध अवसादों के साथ हमारे प्रयोगों आम तौर पर संतृप्त या है पास-saturatरोशनी ³¹ के स्तर को आईएनजी, और इस तरह benthic microalgae के प्रभाव को अधिकतम।

तलछट पानी विनिमय माप तलछट-पानी इंटरफेस के पार सामग्री का शुद्ध प्रवाह की एक माप कर रहे हैं। हालांकि, इन मापों अकेले अक्सर तंत्र इन इंटरफेसियल एक्सचेंजों को नियंत्रित करने की पहचान नहीं कर सकते हैं। अनुसंधान प्रश्न समझ तंत्र, कार्बनिक पदार्थ जेट पर अन्य जानकारी, टर्मिनल इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता zonation, bioirrigation और bioturbation, और संश्लेषक जीवों शामिल है यदि आवश्यक हो सकता है। प्रयासों ⁷ ताकना पानी रसायन शास्त्र, कार्बनिक पदार्थ जेट ³² के प्रत्यक्ष उपायों, जानवर आबादी की गणना, तलछट जैव सिंचाई, तलछट अभिवृद्धि, या redox या पानी रसायन शास्त्र ¹³ overlying की प्रयोगात्मक जोड़तोड़ की दृढ़ संकल्प की आवश्यकता हो सकती मॉडलिंग। हमारे अध्ययन में, अच्छा तलछट-पानी एक्सचेंज डेटा जलीय अवसादों के रसायन शास्त्र को समझने का एक महत्वपूर्ण घटक है,और अन्य माप के साथ संयोजन के रूप में, जलीय biogeochemical चक्र में तलछट रीसाइक्लिंग प्रक्रियाओं की भूमिका को पहचानती है।

तलछट से निपटने के बारे में देखभाल, तापमान नियंत्रण, और पानी के मिश्रण के साथ स्तंभ, कोर incubations तलछट-पानी इंटरफेस में विलेय और गैसों के आदान-प्रदान के आकलन के लिए एक उपयोगी तरीका है। हालांकि, यहां इस्तेमाल की तकनीक कुछ वातावरण के लिए और इस तरह के ऊष्मायन से पहले बढ़ाया समय अवधि के रूप में मुश्किल रसद, के लिए संशोधन की जरूरत हो सकती है। इस प्रकार अब तक, हम सफलतापूर्वक मुहाने करने के लिए, तटीय, कम से कम संशोधन के साथ आर्द्रभूमि, झील, जलाशय, नदी और प्रतिधारण तालाब वातावरण इस ऊष्मायन के दृष्टिकोण आवेदन किया है।

Materials

Multiparameter sonde – temperature, oxygen, salinity	YSI	"	Any high quality equipment will suffice
PAR Measurement	Li-Cor	6050000
Pole corer			Built by machine shop
Box corer	DK-Denmark	HAPS Corer	We also use light box coring equipment
Small core tubes with o-ring fitted bottom, 3' OD, 2.5' Id.	various plastics companies		Clear acrylic
Medium core tubes with o-ring, 4.5" od, 4" id	various plastics companies		Clear acrylic
Butyl stopper size 13.5	generic
Stirring turntable			Built by machine shop
Incubation tub			Built by machine shop
Replacement water carboy	Nalgene	2320-0050
7 mL glass stoppered tube	Chemglass	not on inventory	"Exetainers" used by other labs
20 mL plastic syringe	generic
Syringe filters
Plastic tubing	Tygon	ACF00004-CP
Compact Fluorescent Lights	Apollo Horticulture	CFL 8U 250W