Die Autoren entwickelt, um diesen Ansatz unserer Beobachtungen der Arbeit von Walter Boynton und Pete Sampou und kooperative Arbeit an Denitrifikation mit Todd Kana an der University of Maryland Center for Environmental Science durchgeführt. Die Entwicklung unserer Denitrifikation Ansätze wäre nicht möglich gewesen ohne die Unterstützung des Maryland Sea Grant Program und der National Science Foundation. Die repräsentativen Daten hier verwendet wurden mit Mitteln aus Maryland Sea Grant (R / AQ-5c) und das Schreiben Bemühungen gesammelt wurden von Maryland Sea Grant (R / SV-2) unterstützt, die Oyster Recovery-Partnership die NOAA Chesapeake Bay Amt (NA13NMF4570210), , der National Science Foundation (OCE1427019), Exelon Corporation und der Maryland Umwelt Service / Maryland Hafenverwaltung.

Hinweis: Die Sammlung von Kernen mit ungestörter Sediment-Wasser-Grenzflächen zu machen gute experimentelle Messungen der Austausch von wesentlicher Bedeutung ist; hoch gestörten Kerne sind wahrscheinlich Porenwasser gelöste Stoffe mit überlagernden Wasser auszutauschen und haben die Aufnahme von Sauerstoff durch die Oxidation von Fe (II) und reduzierten Schwefelverbindungen verbessert. In diesem Beitrag möchten wir betonen, Sediment Inkubation Verfahren von Sedimenten mit nur kursorisch Aufnahme von Sedimentproben Techniken und chemische Analysen von gelösten Stoffen und Gasen. Vor der Entnahme oder auf Basis von ersten Ergebnissen, bestimmen den Grad der Replikation durch den gesamten Projektanforderungen, statistische Design oder erwartete Menge von räumlichen Variabilität in kleinem Maßstab. Doppelte Kerne sind das Minimum von vielen Studien und dreifacher Ausführung sind praktisch, wenn es eine bessere statistische Analyse. 1. Sediment Sammlung und Handhabung Hinweis: Die Sammlung von Sediment für Austauschexperimente durchgeführt unter Verwendung 1) manuelles Einlegen von Kernen using Taucher oder im flachen Wasser oder in Feuchtgebieten, durch waten, 2) Pol eine Aluminiumstange mit einem manuell geschlossenes Ventil Entkernen mit Sedimenten zu behalten, oder 3) Feld Entkernung. <ol><li> An jedem Standort, notieren Sie die Standortwahl der Verwendung von GPS bestimmen Bodenwasser Sauerstoff, Temperatur und Salzgehalt eine Wasserqualität sonde mit und bestimmen die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) an der Oberfläche und am Boden einen PAR-Sensor / Meter. <ol><li> Senken Sie die Wasserqualität sonde bis ca. 1 m über dem Sediment und notieren unteren Wassereigenschaften (Tiefe, Temperatur, gelöster Sauerstoff, Temperatur und Salzgehalt / Leitfähigkeit). </li><li> Senken Sie einen PAR-Sensor mit einer Unterwasser-Sonde an der Sediment-Wasser-Grenzfläche eine Absenkung Rahmen verwendet wird. Vergleichen PAR Lesungen in der Nähe der Sedimentoberfläche zu PAR Messungen unmittelbar unterhalb der Luft-Wasser-Grenzfläche die Lichtdämpfung unter den Umgebungslichtbedingungen zu schätzen. </li><li> Bereitstellen eines Kastengreifer über die Seite des Bootes / Schiff, es senkt langsam Störungen zu minimierenauf das Sediment eindringt. Untersuchen Sie den Kernkasten für sichtbare Störung oder übermäßige Aufwirbelung. <ol><li> Für einen Kastengreifer, legen Kernrohre in das Sediment und ein Butylstopfen verwenden, um die Oberseite des Kerns zu bedecken. Für Fluss Experimente, während der ideale Sediment / Wasser-Balance innerhalb des Kerns ist 15 cm Wasser und 15 cm des Sediments, in groben oder hochverdichtete Sedimente weniger Sedimenttiefe zu sammeln ist ein akzeptables Ergebnis. Wenn Raten von Sauerstoffmangel zu hoch sind, verschieben das Gleichgewicht in Richtung mehr Wassersäulenhöhe. </li><li> Typischerweise verwenden 6,35 cm Innendurchmesser Kerne für Tiefsee Studien und für Sedimente mit benthischen Mikroalgen oder große Tierpopulationen, verwenden 10 cm ID-Cores. Die Hauptgrenze Kerngröße ist die Fähigkeit, den Boden des Kerns zu begrenzen. </li><li> Verschließen Sie die Unterseite mit einem Acryl-Bodenplatte, die eine eingebettete O-Ring aufweist. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis genügend Wiederholungen gesammelt werden. Mit dem Pol corer, zunächst die Acrylbodenplatte im Kern liner, entfernen Sie den Kern aus dem Ausstecher und den Anschlag hinzuzufügen. </li></ol></li></ol></li><li> Platz Kerne in einem hohen Wasserkühler isoliert, die mit Umgebungswasser aus dem Ort überflutet wird; dies hilft in situ Temperaturen aufrechtzuerhalten. Stellen Sie sicher, dass der Kühler bleibt aufrecht. Entsorgen Sie Kerne, die beim Transport gestört werden. </li><li> Pumpenboden Wasser genommen nahe der Sedimentoberfläche in 20 L-Kanister für die Verwendung in den Experimenten. Verwenden Sie eine Membranpumpe mit 10 bis 20 l / min Kapazität oder mit hoher Geschwindigkeit peristaltische Pumpe. <ol><li> In flachen ungeschichtet Wasser, füllen Sie den carboy, indem sie in dem Wasser &quot;Dunking&quot;. Filtration des Bodenwasser eine hohe Kapazität inline Patronenfilter kann an Standorten mit hohen Raten der Wassersäule Sauerstoffaufnahme oder Photosynthese (im Licht), minimiert die Korrektur aus der Wassersäule nur Steuerkerne nützlich sein. </li></ol></li><li> Transportieren der Kerne so schnell wie möglich an die Inkubation Möglichkeiten. Im Falle eines längeren Transport, aerobic Kerne können anoxischen und künstliche werden sprudelnden oder Zirkulation erforderlich sind. </li></ol> 2. Ersteinrichtung <ol><li> Bei der Inkubation Anlage, Ort Kerne in einer Inkubation Wanne entweder in einer Umwelt Raum mit kontrollierter Temperatur oder in einem doppelwandigen Inkubator mit Temperaturregelung über ein Heiz- / Kühl Zirkulator. Stellen Sie die Temperatur nach unten Wassertemperaturen in 1.1.1 gemessen. </li><li> In Bodenwasser in den Inkubator, vollständig die Sedimentkerne eingetaucht. Auch Wasser auf 5 L Kanister mit Zapfen hinzufügen, die verwendet wird, um Ersatz Wasser verzichtet werden kann. </li><li> Fügen Sie ein Wasser nur Kern (ohne Sediment) in den Inkubator. Die Verwendung von Wassersäule Rohlingen ist wichtig in den meisten Umgebungen für alle Wassersäulenverfahren zu kompensieren, die Gase und gelöste Stoffe beeinflussen. Für die Messung der Denitrifikation können diese Zuschnitte nicht nur Wassersäule Prozesse widerspiegeln, sondern den Austausch von Gasen mit den Acrylwänden des Kerns. </li><li> Bubble-Kerne wi-te Luft für mindestens 2 Stunden ein thermisches Gleichgewicht und volle Sauerstoffversorgung des darüber liegenden Wasser zu gewährleisten. Sie können am nächsten Morgen über Nacht und Zeitkurse eingeleitet gehalten werden. Längere Vorinkubation Perioden wurden nicht für die Wirksamkeit ausgewertet. <ol><li> Zur Belüftung mit einem kleinen &quot;T&quot; bubbler bestehend aus ½ &quot;PVC-Rohr mit einem Dreiwegekopplers, ein 1/8 &#39;Rohr auf den Boden der T-Ergebnisse in das Mitreißen von Wasser eingesetzt Aufwärts während sprudelnden und sorgt nicht nur für die Sauerstoffversorgung, aber Zirkulation des Wassers in den Kern mit Wasser in der Inkubation Wanne. </li></ol></li></ol> 3. Sediment-Wasser-Inkubation Verfahren <ol><li> Nach Überprüfung der Temperatur, um die Feldbedingungen, um sicherzustellen, es passt, Kreiseln zu den Spitzen der Kerne befestigen. An dieser Stelle abzudichten den Kern aus dem Tank Wasser. Lassen Sie das Probenahmeventil auf den Kern während dieses Prozesses offen. fegen manuell alle Luftblasen vorsichtig von der Unterseite des Kreisels. </li><li> Elevate die Ersatzwasser carboy ~ 30-40 cm höher als die Spitzen der Inkubation Kerne und die Leitungen entleeren nach unten keine Luft in der Leitung zu beseitigen. Während immer noch fliessend, bringen Sie die Linien an den Kernplatten und die Ventile schließen. </li><li> Schalten Sie die zentrale Drehscheibe Rühren und stellen Sie die Drehzahl, so dass Kerne drehen ~ 40-mal pro Minute, oder mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um die Wassersäule zu mischen, aber nicht Sediment resuspendieren. </li><li> mit einem Fitting Luer Etwa 5 min nach dem alle Kerne verschlossen sind, öffnen Sie das Ersatz-Wasserventil und das Probenventil, und dann ein kurzes Stück Schlauch mit dem Probenventil befestigen. Dieses Entnahmerohr in den Boden eines 7 ml Glasrohr, das bis zum Überlaufen gefüllt ist. Vor der Röhre Capping, mit 10 &amp; mgr; l von 30 g L -1 HgCl 2 als Konservierungsmittel. <ol><li> Bewahren Sie diese Proben unter Wasser bei Temperaturen nahe der Inkubationstemperatur. Andere Laboratorien haben erfolgreich eingesetzt, 12 ml &quot;Exetainers&quot; für samB. Lagerung. </li></ol></li><li> Für gelöste Stoff Probenahme, befestigen Sie den Ersatz Wasserventil 20 ml Spritzenzylinder zum Probenventil und öffnen. Der Spritzenzylinder füllt bis zur vollständigen nur Schwerkraft. Bringen Sie einen Kolben und eine Filterscheibe, und dann filtern, um die Proben in Fläschchen. Diese Proben für die Nährstoffanalyse werden eingefroren bei -20 ° C bis zur Analyse. Hinweis: Der Zeitverlauf der Abtastung in der Dunkelheit umfaßt typischerweise 4 Abtastperioden mit den Abständen zwischen der Probenahme von 0,5 bis&gt; 2 Stunden, abhängig von der Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme. Bei niedrigen Raten der Sauerstoffaufnahme, sind die Zeitintervalle lang; in Sedimenten mit hohen Raten der Atmung, müssen Intervalle kurz sein. Übermäßig hohe Volumina an jedem Probenpunkt entnommenen Probe kann bei der Probenahme zu groß einem Anteil des gesamten Probenvolumens führen; in unserer Arbeit führen diese Probenvolumina in einem vernachlässigbaren Korrektur. Wenn größere Volumen der Probe erforderlich ist, größeren Durchmesser Kerne oder eine erhöhte Wassersäulenhöhekann erforderlich sein. </li><li> Nicht mit einem zeitlichen Verlauf der Abtastung unter einem Schwellenwert von 50% Sauerstoffmangel, mit Sauerstoff Verminderungen von 25% in der Regel eine ausreichende Signal in Nährstoffkonzentrationen gehen. Hier verwenden kalibriert Optoden für die direkte Analyse von Sauerstoffkonzentrationen und die Sauerstoffsättigung. <ol><li> Wenn die Sedimente aus flachen, beleuchteten Umgebungen, auf der 4. Probenahme sind, schalten Sie das Licht und drei nachfolgende Proben nehmen. Man beachte , dass in stark photo Sedimenten Sättigung von O 2 und die Blasenbildung die Messung der Gasflüsse in einigen Fällen begrenzt. Die kontinuierliche Überwachung von Sauerstoff ist eine zunehmend tragfähige und wertvolle Alternative, mit LWL-Messtechnik relativ kleine Sonden aufweist, die sehr zuverlässig und präzise sind. </li></ol></li><li> Am Ende der Sediment Inkubationen, entweder die Höhe der Wassersäule messen oder die Wassersäule in einen Messzylinder Siphon direkt zu bestimine das Wasservolumen, und Fotos von jedem Kern nehmen. </li></ol> 4. Probenanalyse <ol><li> Pumpen Proben für die Analyse von N 2, O 2 und Ar in eine Membran Massenspektrometers Einlaß und bestimmen die Verhältnisse von N 2: Ar und O 2: Ar bis &lt;0,03% Genauigkeit 12,23. <ol><li> Paare, die ein Quadrupol-Massenspektrometer mit einer Membran Einlass. Schieben Sie die Probe in die Membran Schlauch eine peristaltische Pumpe. Sammeln Sie die Probenabfall in einem Kunststoffballon und zu behandeln als chemischer Abfall aufgrund des Hg Konservierungsmittel. Kalibrieren mit entionisiertem Wasser äquilibriert mit Luft bei der Temperatur der Inkubation. </li></ol></li><li> Führen Sie Nährstoff mit automatisierten Analysatoren manuell auf ≤ 5 ml-Proben oder auf kleinere Volumina analysiert. Bei der Probe Auftauen, analysiert Start sofort. Die Auswahl der Nährstoffanalyseverfahren muß eine Genauigkeit ausreichend zu beobachten, Veränderungen der Nährstoffkonzentration während der Inkubation erhalten. Typische NachweisGrenzen &lt;0,05 &amp; mgr; mol L -1 und Zeitverlauf Trends schwierig sein kann , sowohl unter extrem niedrigen und extrem hohen Nährstoffkonzentrationen zu beobachten. <ol><li> Für farbmetrische Analysen von löslichen reaktiven Phosphor, verwenden Sie die Phosphomolybdatbehandlung Technik Ascorbinsäure. Für die Ammonium - Analysen nutzen 24 eine Nachtfarbentwicklung unter Verwendung eines Phenol - Hypochlorit - Reagenz. Automatisierte kolorimetrische Analysen, entweder unter Verwendung segmentierter Fluss oder einen diskreten Analysator, sind eine gute Alternative und nutzen geringeres Volumen Probe. </li><li> Für Analysen von Nitrat und Nitrit, nutzen über Nacht Farbentwicklung unter Verwendung von Vanadiumchlorid als Reduktionsmittel 25, oder verwenden Sie einen automatisierten Analysator </li><li> Vergleichen Extinktionen bestimmt auf einem UV / VIS-Spektrophotometer mit Standardkurven und bestimmen Konzentrationen von einer Regression von Standards Konzentrationen und Extinktionen. </li></ol></li></ol> 5. Berechnung der Sediment-Wasser-Wechselkurse <ol><li> Regress die Konzentrationen von Gas oder Nährstoff gegen die Zeit unabhängig für beide dunkel und beleuchtet Inkubationen mit der Steigung als &amp; mgr; mol L -1 h -1 ausgedrückt. Korrigieren Sie die Steigungen der Inkubation Kerne für die Neigung der Wassersäule nur für Kerne. Verwenden Sie nur signifikante Regressionen (P &lt;0,05) für Berechnungen; Identifizierung nicht-signifikanten Daten in den endgültigen Daten-Tabellen. </li><li> Berechnen Sediment-Wasser-Wechselkurse aus der Steigung der Änderung der chemischen Bestandteilkonzentrationen in der darüber liegenden Wasser: <img alt="Gleichung 1" src="/files/ftp_upload/54098/54098equation1.jpg" /> Wobei F der Fluß (&amp; mgr; mol m -2 h -1) ist, &amp; Delta; C / &amp; Dgr; t die Steigung der Konzentrationsänderung in einer überlagernden Wasser (&amp; mgr; mol L -1 h -1), V ist das Volumen des darüberliegenden Wassers (L) und A ist die Fläche des inkubierten Kern (m -2) .Um den täglichen Fluss schätzen, multiplizieren Sie die beleuchtete Rate durch die Stunden Lichtund fügen Sie dem dunklen Rate von den Stunden der Dunkelheit multipliziert. </li></ol> 6. Berichterstattung <ol><li> Wenn Ergebnisse aus Sediment-Wasser-Wechselmessungen berichten, ausreichende Informationen für andere Wissenschaftler, die Umwelt zu verstehen, die abgetastet wurde. Wesentliche Informationen beinhaltet: 1) Standortwahl und Wassertiefe, 2) die physikalischen Eigenschaften wie Feld und Inkubationstemperatur, und PAR, 3) Bodenwassereigenschaften wie Sauerstoff, Nährstoffkonzentrationen und Salinität und 4) Sedimenteigenschaften wie Korngröße, organische Stoffe Konzentrationen, und das Vorhandensein von Bodentieren. </li></ol>

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Distribution, abundance and primary production.</a> Estuaries. 19, 186-201 (1996).</li><li>Aller, R. C., Mackin, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-incubation,+diffusion+methods+for+measuring+solute+reaction+rates+in+sediments.">Open-incubation, diffusion methods for measuring solute reaction rates in sediments.</a> J. Mar. Res. 47, 411-440 (1989).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Die hier beschriebene Technik ist auf zahlreiche Arten von Wassersystemen angewendet, die beide flach und tief, und wir haben festgestellt, in den meisten Fällen gut funktionieren. Dieser Ansatz wurde von Ansätzen von Kollegen verwendeten angepasst und in der Literatur vorgestellt; es ist für die Messung der Denitrifikation mittels Membraneinlass-Massenspektrometrie optimiert. Eine Stärke dieses Ansatzes ist die Fähigkeit, eine große Anzahl von Kernen gleichzeitig zu handhaben. Replizieren von jedem Standort mit Doppel- oder Dreifach Kerne erhöht das Vertrauen in Messungen, obwohl ein alternativer Ansatz ist Websites mit weniger Replikation zu maximieren, unter diesen Umständen ist der Durchschnittswert für ein Umwelt-Segment mehr repräsentativ für die Variabilität in der Natur sein kann. Für die saisonale Unterschiede Aufklären kann eine Messzeitreihen bei einer geringeren Anzahl von Websites eine nützliche Strategie sein. In diesem Protokoll gibt es mehrere wichtige Schritte. Paramount zu machen successful Messungen ist die Sammlung von Kernen mit einem intakten Sediment-Wasser-Grenzfläche. Obwohl Kerne Ablehnung, die nicht dieses Kriterium kann anstrengend, schlechte Kerne werden auf dem Gebiet gerecht werden zu einer schlechten Genauigkeit und Präzision führen. Keeping aeroben Kerne belüftet und in der Nähe der ursprünglichen Sammlung Temperatur Artefakte zu minimieren und gesunde, intakte mikrobielle und metazoan Populationen aufrechtzuerhalten. Schließlich wird für O 2 und N 2 Proben, die Zugabe von Quecksilberchlorid Konservierungsmittel ist kritisch. Wir haben beobachtet, dass unsachgemäße Konservierung von Gasproben, einschließlich übermäßiger Erwärmung und Abkühlung der Fläschchen, können diese Flussmessungen beeinträchtigen. Andere Laboratorien haben erfolgreich eingesetzt 7,0 M ZnCl 2 als weniger giftige Konservierungsmittel , die niedrigere Entsorgungskosten hat; für einen 7 ml einer 30 &amp; mgr; l Zusätzlich ist geeignet probieren. Die präzise und genaue Analyse des Verhältnisses von N 2 und Ar ist der Schlüssel zur Bestimmung der N 2 </sub&gt; Flüsse. Beobachtete N 2: Ar - Verhältnisse ändern in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration einige Forscher führende Sauerstoffentfernung vor der Analyse zu befürworten, in der Regel erhitzt Kupfer 28 verwendet wird . Die Instrumentierung in unserem Labor verwendet wurde , verwendet , um die Wirkung von Sauerstoff auf N 2 zu bestimmen: 23 Ar - Verhältnisse und die Wirkung festgestellt wurde sehr klein sein, &lt;0,03% für bescheidene Sauerstoffzehrung. Die Unterschiede in der Herangehensweise an die Beurteilung der Sauerstoff &quot;Wirkung&quot; erscheinen zu unterschiedlichen Ergebnissen von verschiedenen Forschern 23,28,29 zu führen. Ein großer Sauerstoff - Effekt auf N 2: Ar - Verhältnisse fälschlicherweise hohe Raten von N 2 -N Ausströmen führen würde; in unserer Erfahrung haben wir viele Beobachtungen von vernachlässigbaren N 2 -N Ablaufen unter hohen Rate von Sauerstoffmangel. In Labors , in denen der Sauerstoff Wirkung auf N 2: Ar - Verhältnisse erscheinen groß, eine sinnvolle Alternative ist die unabhängige Messung von Sauerstoffkonzentrationen unter Verwendung von Elektroden oder Optoden und SauerstoffEntfernung aus dem Inline-beheizten Cu mit Massenanalyse spektrometrische. diese Technik Fehlerbehebung ist nur möglich, bei der Untersuchung der Sedimentflussdaten. Wesentliche Faktoren zu berücksichtigen, wenn Regressionen schlecht sind, ob das Rühren kontinuierlich war, wurden die Proben korrekt gesammelt und aufbewahrt, und ob die Zeit Kurse waren zu kurz Schätzung von niedrigen Raten zu ermöglichen. Die Länge der Experimente ist in der Regel durch den Sauerstoffzeitverlauf, mit niedrigen Raten von Stoffwechsel erfordern längere Inkubationszeiten eingestellt in den zeitlichen Verlauf Regressionen eingebettet, das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen. Hohe Raten von Sauerstoffproduktion , die O 2 Blasen ergeben machen Gasflüsse schwierig, aber Stoffströmen kann davon unberührt. Es ist notwendig, die Grenzen dieses Ansatzes zu verstehen. Die kleinen Kerne decken 0,3% pro Quadratmeter und die größeren Kerne decken 0,6%. In Standorte mit erheblichen Heterogenität im Meterskala, heterogene Verteilungen von Animals oder Pflanzen könnte darauf hindeuten, dass ein oder zwei Kerne keine ausreichende Darstellung sein kann. Es gibt auch einige Umgebungen, die Messung Schwierigkeiten bereiten. Für die Messung der Denitrifikation kann das Vorhandensein von Methan oder Sauerstoffblasen invalidieren die Technik, mit N 2: Ar - Verhältnisse durch differentielle Inkorporation von Gasen in die Blasen beeinflusst. In Sediment durch benthic Mikroalge kolonisiert, die Bildung von Sauerstoffblasen führt zu einer Vorzugs Abisolieren von N 2 relativ zu Ar und Abnahme der N 2: Ar - Verhältnis. Im Allgemeinen können wir nicht für die Denitrifikation an der Stelle messen, wo Blasen bilden. Anaerobe Umgebungen stellen unterschiedliche Herausforderungen, und die Belüftung der Kerne ändert die Redox-Dynamik an der Sediment-Wasser-Grenzfläche. Wir versiegeln Kerne unter Rühren Platten unmittelbar nach der Entnahme und die Flüsse beginnen , ohne dass die Wassersäule vollständig 30 zu ersetzen. Unsere Experimente mit beleuchtetem Sedimente haben typischerweise sättigen oder nahezu saturating Beleuchtungsniveaus 31 und damit die Wirkung von benthic Mikroalge maximieren. Sediment-Wasseraustausch Messungen eine Messung der Nettofluss von Material über den Sediment-Wasser-Grenzfläche. Jedoch können diese Messungen allein oft nicht um die Mechanismen zu identifizieren, diese Grenzflächenaustausch steuern. Wenn die Forschungsfrage Verständnis Mechanismen beinhaltet, andere Informationen auf organischer Substanz Reaktivität, terminaler Elektronenakzeptor Zonierung, Bioirrigation und bioturbation und photosynthetischen Organismen notwendig sein. Modellierung Bemühungen 7 kann die Bestimmung der Porenwasserchemie, direkte Maßnahmen der organischen Substanz Reaktivität 32, Aufzählung von Tierpopulationen, Sediment Bio-Bewässerung, Sediment Akkretion erfordern, oder experimentelle Manipulationen von Redox oder darüber liegenden Wasserchemie 13. In unseren Studien ist gut Sediment-Wasser-Austausch von Daten eine wichtige Komponente, die Chemie von Wassersedimente des Verstehens,und in Verbindung mit anderen Messungen, identifiziert die Rolle des Sediments Recyclingprozessen in Wasserstoffkreisläufe. Mit Sorgfalt in Bezug auf Sedimentbehandlung, Temperaturkontrolle, und der Wassersäule Mischen werden Kern Inkubationen ein nützlicher Ansatz zur Abschätzung der Austausch von gelösten Stoffen und Gasen an der Sediment-Wasser-Grenzfläche. Allerdings sind die Techniken, die hier können Modifikation für einige Umgebungen benötigen und für schwierige Logistik, wie längere Zeiträume vor der Inkubation. Bisher haben wir erfolgreich diese Inkubation Ansatz angewendet Flussmündungen, an der Küste, in Feuchtgebieten, See, Stausee, Fluss und Rückhaltebecken Umgebungen mit minimalen Änderungen.

Sedimente sind kritische biogeochemischen Komponenten der aquatischen Ökosysteme und sind oft wichtige Senken von Nähr- und Schadstoffen. Pionierarbeiten von Nährstoff, Gas und Übergangsmetall - Biogeochemie in Seesedimenten ergab Sediment Austausch von gelösten Stoffen und Gasen , mit darüber liegenden Wasser , das Redox - Bedingungen 1,2 variiert hatte. Für Nährstoffelemente, Sedimenten kann eine Quelle von Phosphor und Stickstoff fixiert nach Remineralisierung von organischem Material und eine Senke für Sauerstoff in azooxanthellate Umgebungen 3,4 sein. Die Photosynthese von submersen Makrophyten, Makroalgen und benthic Mikroalge kann über den Sediment-Wasser - Grenzfläche 5,6 über den Austausch von gelösten Stoffen tiefe Einflüsse haben. Messungen der Austausch von gelösten Stoffen und Gasen über den Sediment-Wasser-Grenzfläche werden sowohl für die Grundlagenforschung durchgeführt und angewandte Wissenschaft Zwecke, einschließlich der Kalibrierung von technischen und wissenschaftlichen Water Qualitätsmodelle 7,8. Das Ziel dieser Methoden, so weit wie möglich, ist eine zuverlässige und genaue Sediment-Wasser-Wechselkurse zu schaffen. Eine Vielzahl von Ansätzen verwendet wurden, chemischen Austausch an der Sediment-Wasser-Grenzfläche zu bewerten. Unten Wasser Ansammlung von Gasen und gelösten Stoffen im Schichtsysteme können 9 nützlich sein, ist aber für Sediment-Wasser - Austausch über Termoklinen oder pycnoclines nicht gültig. Eddy Korrelation erfordert hohe Frequenzmessungen von Gasen, in der Regel Sauerstoff, kombiniert mit hoher Frequenzmessung von vertikalen Wassergeschwindigkeiten; Diese Technik hat enorme versprechen aber derzeit keine Daten für die Nährstoffaustausch Studien. In situ Kuppeln oder Kammern sind ein hoch bevorzugtes Verfahren, mit dem Vorteil einer größeren Oberfläche des Sediments abdeckt und in situ Temperaturen, Tiefwasserdruck und den Lichtpegel beibehalten 10. In der Praxis sind diese sehr teuer Messungen erfordern umfangreiche Zeitauf größeren Forschungsschiffen; die meisten Anwendungen sind tiefer Küstenzone oder ozeanischen Sedimenten. Kern Inkubationstechniken Fluss durch Kammern verwenden , die Steady - State erreichen sind hervorragend für die relativ konstant darüber liegenden Wasserchemie aufrechterhalten, einschließlich Sauerstoff, während Inkubationen 11. Da die Geschwindigkeit im stationären Zustand durch Konzentrationsunterschiede zwischen ein- und ausgehendem Wasser bestimmt wird, und durch Wasserwechselkurse können diese Inkubationen eine beträchtliche Menge an Zeit in Anspruch nehmen. Der zeitliche Verlauf Kern Inkubation Ansatz von unserem Labor verwendet wurde, von Ansätzen, durch eine Reihe von verschiedenen Labors in Nordamerika und Europa angepasst, und es gibt eine beträchtliche Menge an Literatur zu diesem allgemeinen Ansatz. Wir angepasst , diesen Ansatz auf die Messung von N 2 -N 12 Flüsse, die oft als Denitrifikation bezeichnet und haben sie zu photosynthetischen und nicht-photo sediment Umgebungen angewendet, einschließlich estuaries 13, Seen, Stauseen und Feuchtgebieten 14. Durch diese Studien haben wir viele Umgebungen, in denen unsere allgemeine Ansatz funktioniert gut, und einige, in denen es nicht gefunden. Die Messung der Denitrifikation ist in vielen verschiedenen terrestrischen und aquatischen Umwelt durchgeführt, da dieser Prozess eine Schlüssel Verlust von Stickstoff zu Ökosystemen darstellt. Zahlreiche Ansätze wurden zu machen Denitrifikation Messungen verwendet, einige direkte und indirekte einige 15. Direkte N 2 Flussmessungen sind sehr schwierig wegen der hohen Luftgehalt N 2, und im Anschluss daran in Wasser 16 gelösten Konzentrationen. Zwei Ansätze sind als mit der besten Darstellung von umweltrelevanten Raten entstanden: Isotop Paarung N mit Isotope 17 und die N 2: Ar - Verhältnis verwendet , in unserem Labor. Das Isotop Pairing-Verfahren wurde erfolgreich in vielen Umgebungen eingesetzt und hat eine sehr hohe Empfindlichkeit bei niedrigen Preisen. Wir setzen die N2: Ar - Verhältnis Ansatz wegen seiner Einfachheit, und weil es ausreichend empfindlich in den betroffenen Umgebungen ist , dass wir oft studieren. In diesem Papier beschreiben wir die technischen Ansatz, den wir in den letzten zwei Jahrzehnten haben die Messung der Sediment-Wasser-Austausch von Gasen und gelösten Stoffen zu machen. Alle Messungen der Sediment-Wasser-Austausch müssen in Betracht Feldbedingungen und eine Reihe von experimentellen Parameter zu nehmen. Diese Faktoren schließen Temperatur, Licht / Dunkelheit 18, Misch- / physikalische Strömung an der Sediment-Wasser - Grenzfläche 19, Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff 20 und andere Faktoren, die wesentlichen Elemente einer guten Messungen. Wenn beispielsweise Kerne aus Bereichen gesammelt werden , die für das Wachstum der Mikroalgen benthic ausreichende Beleuchtung zu erhalten, ist es erforderlich , Versuche zu entwickeln , die dunkle und helle Bedingungen 21 umfassen. In ähnlicher Weise darüber liegende Wasser mit Sauerstoff angereichert Zugabe Kerne zu anoxischenkeine Feldbedingungen zu replizieren. Experimentelle Gehäuse eines beliebigen Teils der aquatischen Ökosysteme zu unvermeidbaren Artefakten führen kann 22; es ist wichtig, dass die Ansätze in einer Sediment-Wasseraustausch Messprogramm verwendet, 1) zu steuern, die Faktoren erkennen, sedimentWasserAustausch in jedem Ökosystem und 2) minimieren Artefakte aus experimentellen Manipulation abgeleitet.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:179px;">Multiparameter sonde - temperature, oxygen, salinity</td>
			<td style="width:135px;">YSI</td>
			<td style="width:123px;">&#34;</td>
			<td style="width:203px;">Any high quality equipment will suffice</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">PAR Measurement</td>
			<td style="width:135px;">Li-Cor</td>
			<td align="right" style="width:123px;">6050000</td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Pole corer</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;">Built by machine shop</td>
		</tr>
		<tr height="49">
			<td height="49" style="height:49px;width:179px;">Box corer</td>
			<td style="width:135px;">DK-Denmark</td>
			<td style="width:123px;">HAPS Corer</td>
			<td style="width:203px;">We also use light box coring equipment</td>
		</tr>
		<tr height="67">
			<td height="67" style="height:67px;width:179px;">Small core tubes with o-ring fitted bottom, 3&#39; OD, 2.5&#39; Id.</td>
			<td style="width:135px;">various plastics companies</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;">Clear acrylic</td>
		</tr>
		<tr height="67">
			<td height="67" style="height:67px;width:179px;">Medium core tubes with o-ring, 4.5&#34; od, 4&#34; id</td>
			<td style="width:135px;">various plastics companies</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;">Clear acrylic</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Butyl stopper size 13.5</td>
			<td style="width:135px;">generic</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Stirring turntable</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;">Built by machine shop</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Incubation tub</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;">Built by machine shop</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Replacement water carboy</td>
			<td style="width:135px;">Nalgene</td>
			<td style="width:123px;">2320-0050</td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">7 mL glass stoppered tube</td>
			<td style="width:135px;">Chemglass</td>
			<td style="width:123px;">not on inventory</td>
			<td style="width:203px;">&#34;Exetainers&#34; used by other labs</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">20 mL plastic syringe</td>
			<td style="width:135px;">generic</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Syringe filters</td>
			<td style="width:135px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Plastic tubing</td>
			<td style="width:135px;">Tygon</td>
			<td style="width:123px;">ACF00004-CP</td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Compact Fluorescent Lights</td>
			<td style="width:135px;">Apollo Horticulture</td>
			<td style="width:123px;">CFL 8U 250W</td>
			<td style="width:203px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the benthic exchange of o2, n2 and dissolved nutrients using small core incubations

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.

Ergebnisse aus dem Sediment Flussmessungen in der Nähe einer Aquakulturanlage auf dem Choptank River (Chesapeake Bay, MD) sind in Abbildung 1 und die Interpretation dieser Ergebnisse in einem Ökosystem Zusammenhang werden an anderer Stelle 26 gezeigt dargestellt. Die Inkubationen wurden über 7 Stunden durchgeführt, mit dunkel beleuchteten Inkubationen Daten gefolgt Inkubationen. Daten aus zwei Kerne sowie die Wassersäule nur gezeigt zu steuern. Die rasche Abnahme der Sauerstoff im Dunkeln wurde etwas durch die Beleuchtung gedämpft; die Photosyntheserate von Mikroalgenproduktion war nicht so hoch wie die Atmung, mit dem Haupteffekt der Beleuchtung einer verminderten Rate der Änderung des Sauerstoff zu sein. Der Steuerkern erlebt geringe Abnahmen in der Sauerstoffkonzentration in den dunklen und einem geringen Anstieg im Licht. Ar - Verhältnis und der: die N 2 -Konzentrationen wurden durch die N 2 bestimmtberechneten Ar Sättigungsliteraturwerte für die beobachtete Temperatur und Salzgehalt 27. Bei einer typischen Genauigkeit von 0,02% für das N 2: Ar - Verhältnis sind diese Daten präzise auf ~ 0,1 &amp; mgr; mol L -1 N 2. Die Sedimentkerne und die Wassersäule leere Kerne hatte Erhöhungen N 2 im Laufe der Zeit mit deutlich höheren Steigerungsraten für die Kerne. Unter Beleuchtung waren Pisten auf die dunkle Rate von N 2 Änderung im Allgemeinen ähnlich. Flußmittel von gelöstem NH 4 + waren sehr an dieser Stelle hoch, mit dunklen Anstieg von&gt; 20 &amp; mgr; mol L -1 für einen Kern. Beleuchtete NH 4 + Flüsse waren wesentlich geringer. Beide Kerne und die Wassersäule leer hatte Abnahme von NO x - Konzentration über die Zeit, während der Beleuchtung Nivellierung. Für alle der Flüsse werden die Konzentrationsdaten und Daten auf dem Kernvolumen und andere relevante Parameter, wie in <st<html> Rong&gt; Tabellen 1 und 2. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54098/54098fig1.jpg" /> Abbildung 1. Der Zeitverlauf von Daten aus einer Flachwasserstelle in der Choptank Fluss , die mit Schwimmern enthält kultivierten Austern bedeckt war. Die Daten werden von Wiederholungs Kerne (A und B) und die Daten aus einer Wassersäule leer gezeigt. Konzentrationen von Sauerstoff N 2, NH 4 + und NO x - (die Summe von NO 3 - und NO 2 - sind sowohl für den dunklen Teil der Inkubation (schraffierter Bereich dargestellt) und für den beleuchteten Teil der Inkubation Das vierte Mal. Punkt der dunklen Inkubation ist auch der erste Zeitpunkt der Zeitreihe beleuchtet; Lichter wurden zum Zeitpunkt der Probenahme einge die Linien sind lineare Regressionen und Pisten sind in Tabelle 1 dargestellt..98 / 54098fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td fo:width="1.8in" style="width:220px"> Oxygen - Dark </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 0 </td><td> 235,1 </td><td> 221,7 </td><td> 235,2 </td></tr><tr><td></td><td> 1.3 </td><td> 204,3 </td><td> 170,6 </td><td> 235,3 </td></tr><tr><td></td><td> 2.32 </td><td> 162,7 </td><td> 138,9 </td><td> 232 </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 145,3 </td><td> 77,9 </td><td> 222,2 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,943 </td><td> 0,999 </td><td> 0,836 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -23,5 </td><td> -35,9 </td><td> -3,4 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -20.1 </td><td> -32,5 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> -3095 </td><td> -4875 </td><td></td></tr><tr><td> Oxygen - Licht </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 145,3 </td><td> 77,9 </td><td> 222,2 </td></tr><tr><td></td><td> 4,88 </td><td> 133,5 </td><td> 68,8 </td><td> 224,3 </td></tr><tr><td></td><td> 5.88 </td><td> 122,8 </td><td> 40.3 </td><td> 221,6 </td></tr><tr><td></td><td> 6,88 </td><td> 116 </td><td> 49.2 </td><td> 230,5 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,981 </td><td> 0,999 </td><td> 0,994 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -10.1 </td><td> -9,8 </td><td> 2.9 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -13 </td><td> -12.7 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> -2000 </td><td> -1905 </td><td></td></tr><tr><td> N 2 - Dark </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 0 </td><td> 466,46 </td><td> 466,40 </td><td> 466,62 </td></tr><tr><td></td><td> 1.3 </td><td> 466,74 </td><td> 467,49 </td><td> 466,11 </td></tr><tr><td></td><td> 2.32 </td><td> 467,55 </td><td> 468,18 </td><td> 466,74 </td></tr><tr><td&gt; </td><td> 3,97 </td><td> 468,24 </td><td> 468,98 </td><td> 467,12 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,963 </td><td> 0,98 </td><td> 0,854 </td></tr><tr><td> Slope N 2 (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 0,471 </td><td> 0,645 </td><td> 0,12 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope N 2 (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 0,351 </td><td> 0,525 </td><td></td></tr><tr><td> Bewerten N 2 N (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> 108,1 </td><td> 157,5 </td><td></td></tr><tr><td> 2 N - Licht </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 468,24 </td><td> 468,98 </td><td> 467,12 </td></tr><tr><td></td><td> 4,88 </td><td> 468,84 </td><td> 469,21 </td><td> 467,26 </td></tr><tr><td></td><td> 5.88 </td><td> 469,39 </td><td> 469,71 </td><td> 467,47 </td></tr><tr><td></td><td> 6,88 </td><td> 469,62 </td><td> 470,04 </td><td> 467,41 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,96 </td><td> 0,987 </td><td> 0,967 </td></tr><tr><td> Slope N 2 (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 0,481 </td><td> 0,378 </td><td> 0,096 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope N 2 (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 0,386 </td><td> 0,282 </td><td></td></tr><tr><td> Bewerten N 2 N (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> 118,9 </td><td> 84,6 </td><td></td></tr><tr><td> Core - Fläche (m 2) </td><td></td><td> 0.003165 </td><td> 0.003165 </td><td></td></tr&gt; <tr><td> Kernvolumen (L) </td><td></td><td> 0,4874 </td><td> 0,4747 </td><td></td></tr></tbody></table> . Tabelle 1. Zeitkursdaten für O 2 und N 2 aus Sedimenten unterhalb Auster Aquakultur schwimmt im Choptank Fluss, ein subestuary der Chesapeake Bay Die Gaskonzentrationen werden von O 2 abgeleitet: Ar und N 2: Ar - Verhältnisse über Membraneinlass bestimmt Massenspektrometer. Der Zeitverlauf Regressions R 2 Werte sind signifikant für Werte&gt; 0,9025 (P &lt;0,05). Pisten sind durch lineare Regression ermittelt und korrigiert Steigungen durch Subtraktion der Geschwindigkeit der Änderung der Wassersäule bestimmt werden nur leer. Positive Raten sind Nettoflüsse aus dem Sediment, negative Raten zeigen Fluss in das Sediment. Die N 2 Flussdaten werden als N ausgedrückt 2 N, Compa machenrison zu NH 4 + und NO x - Flüsse einfacher. Diese Seite hatte in erster Linie Sedimente mit vollständig aeroben Wassersäule Bedingungen Schluff und Ton aus. Die Fläche der Kerne war 31,65 cm -2 und die Wassersäule Tiefen waren 15,4 cm für den Kern A und 15,0 für Kern B. Alle Konzentrationen für N 2 und O 2 &amp; mgr; mol L -1. Die letzte Rate für N 2 Fluß wird bei N 2 -N ausgedrückt. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td fo:width="1.8in" style="width:220px"> NH 4 + - Dark </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 0 </td><td> 10,84 </td><td> 14,09 </td><td> 6,91 </td></tr><tr><td></td><td> 1.3 </td><td> 16,19 </td><td> 20,26 </td><td> 5.83 </td></tr><tr><td></td><td> 2.32 </td><td> 17,07 </td><td> 24,93 </td><td> 5.42 </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 22,83 </td><td> 35,43 </td><td> 4.67 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,968 </td><td> 0,993 </td><td> 0,853 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 2,88 </td><td> 5,36 </td><td> -0,53 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 3.41 </td><td> 5.89 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> 525 </td><td> 884 </td><td></td></tr><tr><td> NH 4 + - Licht </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 22,83 </td&gt; <td> 35,43 </td><td> 4.67 </td></tr><tr><td></td><td> 4,88 </td><td> 24,05 </td><td> 36,45 </td><td> 4.13 </td></tr><tr><td></td><td> 5.88 </td><td> 25.00 </td><td> 37,60 </td><td> 3.79 </td></tr><tr><td></td><td> 6,88 </td><td> 26.96 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,978 </td><td> 1 </td><td> 0,966 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 1,37 </td><td> 1.13 </td><td> -0.55 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> 1,92 </td><td> 1,68 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> 296 </td><td> 252 </td><td></td></tr><tr><td> NO x - - Dark </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 0 </td><td> 4.12 </td><td> 4.01 </td><td> 4,53 </td></tr><tr><td></td><td> 1.3 </td><td> 3,82 </td><td> 3,58 </td><td> 4.43 </td></tr><tr><td></td><td> 2.32 </td><td> 3,70 </td><td> 3,25 </td><td> 4.28 </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 3.19 </td><td> 2,64 </td><td> 4.19 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,976 </td><td> 0,992 </td><td> 0,967 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -0,229 </td><td> -0,345 </td><td> -0,089 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -0,14 </td><td> -0,256 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> -21.6 </td><td> -38,4 </td><td></td></tr><tr><td> NO x - - Licht </td><td> Zeit (hr) </td><td> Core - A </td><td> Core - B </td><td> Steuern </td></tr><tr><td></td><td> 3,97 </td><td> 3.19 </td><td> 2,64 </td><td> 4.19 </td></tr><tr><td></td><td> 4,88 </td><td> 3,06 </td><td> 2,59 </td><td> 4.06 </td></tr><tr><td></td><td> 5.88 </td><td> 3.18 </td><td> 2.41 </td><td> 4.02 </td></tr><tr><td></td><td> 6,88 </td><td> 2.95 </td><td> 2,35 </td><td> 4.2 </td></tr><tr><td> R 2 </td><td></td><td> 0,934 </td><td> 0,909 </td><td> 0,9 </td></tr><tr><td> Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -0,078 </td><td> -0,103 </td><td> 0 </td></tr><tr><td> Korrigierte Slope (&amp; mgr; mol L -1 h -1) </td><td></td><td> -0,078 </td><td> -0,103 </td><td></td></tr><tr><td> Rate (&amp; mgr; mol m -2 h -1) </td><td></td><td> -12 </td><td> -15.5 </td><td></td></tr><tr><td> Core - Fläche (m 2) </td><td></td><td> 0.003165 </td><td> 0.003165 </td><td></td></tr><tr><td> Kernvolumen (L) </td><td></td><td> 0,4874 </td><td> 0,4747 </td><td></td></tr></tbody></table> Tabelle 2. Zeitkursdaten für NH 4 + und NO x - aus den gleichen Sedimentkernen verwendet für Tabelle 1. Der zeitliche Verlauf Regression R 2 Werte sind signifikant für Werte&gt; 0,9025 (P &lt;0,05). Pisten sind durch lineare Regression ermittelt und korrigiert Steigungen durch Subtraktion der Geschwindigkeit der Änderung der Wassersäule bestimmt werden nur leer. Positive Raten sind Nettoflüsseaus dem Sediment, zeigen negative Raten Fluss in das Sediment. Alle Konzentrationen für NH 4 + und NO 2 - sind &amp; mgr; mol L -1.

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The Benthic Exchange of O2, N2 and Dissolved Nutrients Using Small Core Incubations

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.

Die Benthic Austausch von O<sub&gt; 2</sub&gt;, N<sub&gt; 2</sub&gt; Und gelöste Nährstoffe mit kleinen Kern Inkubationen

The measurement of sediment-water exchange of gases and solutes in aquatic sediments provides data valuable for understanding the role of sediments in ...

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Research

JoVE Journal

Environment

The Benthic Exchange of O2, N2 and Dissolved Nutrients Using Small Core Incubations

9.5K Aufrufe.  University of Maryland Center for Environmental Science. 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. 

Serie: The Benthic Exchange of O2, N2 and Dissolved Nutrients Using Small Core Incubations

Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. Radioisotope tracing is a major technique used to measure such fluxes, both within plants, and between plants and their environments. Flux data obtained with radiotracer protocols can help elucidate the capacity, mechanism, regulation, and energetics of transport systems for specific mineral nutrients or toxicants, and can provide insight into compartmentation and turnover rates of subcellular mineral and metabolite pools. Here, we describe two major radioisotope protocols used in plant biology: direct influx (DI) and compartmental analysis by tracer efflux (CATE). We focus on flux measurement of potassium (K+) as a nutrient, and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) as a toxicant, in intact seedlings of the model species barley (Hordeum vulgare L.). These protocols can be readily adapted to other experimental systems (e.g., different species, excised plant material, and other nutrients/toxicants). Advantages and limitations of these protocols are discussed.

In planta measurement of nutrient and toxicant fluxes is essential to the study of plant nutrition and toxicity. Here, we cover radiotracer protocols for influx and efflux determination in intact plant roots, using potassium (K+) and ammonia/ammonium (NH3/NH4+) fluxes as examples. Advantages and limitations of such techniques are discussed.

Mess Flüsse von Mineralstoffen und Giftstoffe in Pflanzen, die mit radioaktiver Tracer

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

Forschung

Umwelt

Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is built and can be transported to a temporary work space close to field sampling site(s) to facilitate rapid analysis. Cores are extruded into a portable glove bag, where they are sectioned and each 1-3 cm thick section (depending on core diameter) is sealed into 50 ml centrifuge tubes. Pore waters are separated with centrifugation outside of the glove bag and then returned to the glove bag for separation from the sediment. These extracted pore water samples can be analyzed immediately. Immediate analyses of redox sensitive species, such as sulfide, iron speciation, and arsenic speciation indicate that oxidation of pore waters is minimal; some samples show approximately 100% of the reduced species, e.g. 100% Fe(II) with no detectable Fe(III). Both sediment and pore water samples can be preserved to maintain chemical species for further analysis upon return to the laboratory.

A protocol for sectioning sediment cores and extracting pore waters under anoxic conditions in order to permit analysis of redox sensitive species in both solids and fluids is presented.

Bohrkern Sectioning und Gewinnung von Porenwasser unter anoxischen Bedingungen

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

Ein Protokoll zum Sammeln und Konstruieren von Bodenkern Lysimeter

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VACUSIP eine verbesserte Inex Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Messung von partikulären und gelösten Verbindungen, die durch Active Suspension Feeders Verarbeitet

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

A Simple Approach to Manipulate Dissolved Oxygen for Animal Behavior Observations

The ability to manipulate dissolved oxygen (DO) in a laboratory setting has significant application to investigate a number of ecological and organismal behavior questions. The protocol described here provides a simple, reproducible, and controlled method to manipulate DO to study behavioral response in aquatic organisms resulting from hypoxic and anoxic conditions. While performing degasification of water with nitrogen is commonly used in laboratory settings, no explicit method for ecological (aquatic) application exists in the literature, and this protocol is the first to describe a protocol to degasify water to observe organismal response. This technique and protocol were developed for direct application for aquatic macroinvertebrates; however, small fish, amphibians, and other aquatic vertebrates could be easily substituted. It allows for easy manipulation of DO levels ranging from 2 mg/L to 11 mg/L with stability for up to a 5 min animal-observation period. Beyond a 5 min observation period water temperatures began to rise, and at 10 min DO levels became too unstable to maintain. The protocol is scalable to the study organism, reproducible, and reliable, allowing for rapid implementation into introductory teaching labs and high-level research applications. The expected results of this technique should relate dissolved oxygen changes to behavioral responses of organisms.

This article describes a simple and reproducible protocol to manipulate dissolved oxygen conditions in a laboratory setting for animal behavior studies. This protocol may be used in both teaching and research laboratory settings to evaluate organismal response of macroinvertebrates, fishes, or amphibians to changes in dissolved oxygen concentration.

Ein einfacher Ansatz zur Manipulation von gelöstem Sauerstoff für Tierverhaltensbeobachtungen

The ability to manipulate dissolved oxygen (DO) in a laboratory setting has significant application to investigate a number of ecological and organismal ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

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.

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Dissolved organic matter provides an important source of energy and nutrients to stream ecosystems. Here we demonstrate a field-based method to manipulate the ambient pool of dissolved organic matter in situ through easily replicable nutrient pulses.

Organische Substanzen Biogeochemie Gelöster Verständnis durch<em&gt; In Situ</em&gt; Nährstoff Manipulations in Stream-Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in water resources is a prerequisite for understanding the drivers of the pollutant loads and for making informed water resource management decisions. The commonly used &#34;grab sampling&#34; method provides the concentrations of pollutants at the time of sampling (i.e., a snapshot concentration) and may under- or overpredict the pollutant concentrations and loads. Continuous monitoring of nutrients and sediment has recently received more attention due to advances in computing, sensing technology, and storage devices. This protocol demonstrates the use of sensors, sondes, and instrumentation to continuously monitor in situ nitrate, ammonium, turbidity, pH, conductivity, temperature, and dissolved oxygen (DO) and to calculate the loads from two streams (ditches) in two agricultural watersheds. With the proper calibration, maintenance, and operation of sensors and sondes, good water quality data can be obtained by overcoming challenging conditions such as fouling and debris buildup. The method can also be used in watersheds of various sizes and characterized by agricultural, forested, and/or urban land.

With the advancement of technology and the rise in end-user expectations, the need and use of higher temporal resolution data for pollutant load estimation has increased. This protocol describes a method for continuous in situ water quality monitoring to obtain higher temporal resolution data for informed water resource management decisions.

Kontinuierliche Instream Überwachung von Nährstoffen und Sediment in landwirtschaftlichen Wasserscheiden

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus (Murayama), Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). Therefore, knowing the dispersal capacity may help inform trapping/tree removal efforts to prevent this disease more effectively. In this study, we measured the flight velocity and duration and estimated the flight distance of the beetle using a newly developed flight mill. The flight mill is low cost, small, and constructed using commonly available items. Both the flight mill arm and its vertical axis comprise a thin needle. A beetle specimen is glued to one tip of the arm using instant glue. The other tip is thick due to being covered with plastic, thus it facilitates the detection of rotations of the arm. The revolution of the arm is detected by a photo sensor mounted on an infrared LED, and is indicated by a change in the output voltage when the arm passed above the LED. The photo sensor is connected to a personal computer and the output voltage data are stored at a sampling rate of 1 kHz. By conducting experiments using this flight mill, we found that P. quercivorus can fly at least 27 km. Because our flight mill comprises cheap and small ordinary items, many flight mills can be prepared and used simultaneously in a small laboratory space. This enables experimenters to obtain a sufficient amount of data within a short period.

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

We developed a low cost and small flight mill, constructed with commonly available items and easily used in experimentation. Using this apparatus, we measured the flight ability of an ambrosia beetle, Platypus quercivorus.

Messung der Flug Fähigkeit des Käfers Ambrosia, Platypus Quercivorus (Murayama), mit einem Low-Cost, klein und leicht konstruierte Flug Mühle

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the approach more practical than in the past. Image-based surveys allow for initial samples to be revisited and are non-invasive compared to traditional survey methods that typically involve nets or dredges. Protocols for image-based surveys can vary greatly but should be driven by target species behavior and survey objectives. To demonstrate this, we describe our most recent methods for an Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) drop camera survey to provide a procedural example and representative results. The procedure is divided into three critical steps that include survey design, data collection, and data products. The influence of scallop behavior and the survey goal of providing an independent assessment of the U.S. sea scallop resource on the survey procedure are then discussed in the context of generalizing the method. Overall, the broad applicability and flexibility of the University of Massachusetts Dartmouth School for Marine Science and Technology (SMAST) drop camera survey demonstrates the method could be generalized and applied to a variety of sessile invertebrates or habitat focused research.

Image based surveying is an increasingly practical, non-invasive method to sample the marine environment. We present the protocol of a drop camera survey that estimates the abundance and distribution of the Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus). We discuss how this protocol can be generalized for application to other benthic macroinvertebrates.

Methoden zur Image-basierte Umfragen von benthischen Makroinvertebraten und ihren Lebensraum am Beispiel der Drop-Kamera-Umfrage für die Atlantik-Jakobsmuschel

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the ...

Detection of Viruses from Bioaerosols Using Anion Exchange Resin

This protocol demonstrates a customized bioaerosol sampling method for viruses. In this system, anion exchange resin is coupled with liquid impingement-based air sampling devices for efficacious concentration of negatively-charged viruses from bioaerosols. Thus, the resin serves as an additional concentration step in the bioaerosol sampling workflow. Nucleic acid extraction of the viral particles is then performed directly from the anion exchange resin, with the resulting sample suitable for molecular analyses. Further, this protocol describes a custom-built bioaerosol chamber capable of generating virus-laden bioaerosols under a variety of environmental conditions and allowing for continuous monitoring of environmental variables such as temperature, humidity, wind speed, and aerosol mass concentration. The main advantage of using this protocol is increased sensitivity of viral detection, as assessed via direct comparison to an unmodified conventional liquid impinger. Other advantages include the potential to concentrate diverse negatively-charged viruses, the low cost of anion exchange resin (~$0.14 per sample), and ease of use. Disadvantages include the inability of this protocol to assess infectivity of resin-adsorbed viral particles, and potentially the need for the optimization of the liquid sampling buffer used within the impinger.

An anion exchange resin-based method, adapted to liquid impingement-based bioaerosol sampling of viruses is demonstrated. When coupled with downstream molecular detection, the method allows for facile and sensitive detection of viruses from bioaerosols.