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><tbody><tr><td>Multiparameter sonde - temperature, oxygen, salinity</td><td>YSI</td><td>&quot;</td><td>Any high quality equipment will suffice</td></tr><tr><td>PAR Measurement</td><td>Li-Cor</td><td>6050000</td><td></td></tr><tr><td>Pole corer</td><td></td><td></td><td>Built by machine shop</td></tr><tr><td>Box corer</td><td>DK-Denmark</td><td>HAPS Corer</td><td>We also use light box coring equipment</td></tr><tr><td>Small core tubes with O-ring fitted bottom, 3&#039; OD, 2.5&#039; ID.</td><td>various plastics companies</td><td></td><td>Clear acrylic</td></tr><tr><td>Medium core tubes with O-ring, 4.5&quot; OD, 4&quot; ID</td><td>various plastics companies</td><td></td><td>Clear acrylic</td></tr><tr><td>Butyl stopper size 13.5</td><td>generic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stirring turntable</td><td></td><td></td><td>Built by machine shop</td></tr><tr><td>Incubation tub</td><td></td><td></td><td>Built by machine shop</td></tr><tr><td>Replacement water carboy</td><td>Nalgene</td><td>2320-0050</td><td></td></tr><tr><td>7 ml glass stoppered tube</td><td>Chemglass</td><td>not on inventory</td><td>&quot;Exetainers&quot; used by other labs</td></tr><tr><td>20 ml plastic syringe</td><td>generic</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Syringe filters</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plastic tubing</td><td>Tygon</td><td>ACF00004-CP</td><td></td></tr><tr><td>Compact Fluorescent Lights</td><td>Apollo Horticulture</td><td>CFL 8U 250W</td><td></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 ...

the-benthic-exchange-o2-n2-dissolved-nutrients-using-small-core

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

Laboratory-determined Phosphorus Flux from Lake Sediments as a Measure of Internal Phosphorus Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) loading from lake sediments can account for a substantial portion of the total P load in eutrophic, and some mesotrophic, lakes. Laboratory determination of P release rates from sediment cores is one approach for determining the role of internal P loading and guiding management decisions. Two principal alternatives to experimental determination of sediment P release exist for estimating internal load: in situ measurements of changes in hypolimnetic P over time and P mass balance. The experimental approach using laboratory-based sediment incubations to quantify internal P load is a direct method, making it a valuable tool for lake management and restoration.
Laboratory incubations of sediment cores can help determine the relative importance of internal vs. external P loads, as well as be used to answer a variety of lake management and research questions. We illustrate the use of sediment core incubations to assess the effectiveness of an aluminum sulfate (alum) treatment for reducing sediment P release. Other research questions that can be investigated using this approach include the effects of sediment resuspension and bioturbation on P release.
The approach also has limitations. Assumptions must be made with respect to: extrapolating results from sediment cores to the entire lake; deciding over what time periods to measure nutrient release; and addressing possible core tube artifacts. A comprehensive dissolved oxygen monitoring strategy to assess temporal and spatial redox status in the lake provides greater confidence in annual P loads estimated from sediment core incubations.

Lake eutrophication is a water quality issue worldwide, making the need to identify and control nutrient sources critical. Laboratory determination of phosphorus release rates from sediment cores is a valuable approach for determining the role of internal phosphorus loading and guiding management decisions.

Labor-Phosphor bestimmt Flux von Seesedimenten als Maß der internen Phosphorbelastung

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) ...

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 ...

Laboratory Simulation of an Iron(II)-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling from hydrothermal sources in the Precambrian ocean was oxidized by molecular oxygen [O2] produced by cyanobacteria. The oldest BIFs, deposited prior to the Great Oxidation Event (GOE) at about 2.4 billion years (Gy) ago, could have formed by direct oxidation of Fe(II) by anoxygenic photoferrotrophs under anoxic conditions. As a method for testing the geochemical and mineralogical patterns that develop under different biological scenarios, we designed a 40 cm long vertical flow-through column to simulate an anoxic Fe(II)-rich marine upwelling system representative of an ancient ocean on a lab scale. The cylinder was packed with a porous glass bead matrix to stabilize the geochemical gradients, and liquid samples for iron quantification could be taken throughout the water column. Dissolved oxygen was detected non-invasively via optodes from the outside. Results from biotic experiments that involved upwelling fluxes of Fe(II) from the bottom, a distinct light gradient from top, and cyanobacteria present in the water column, show clear evidence for the formation of Fe(III) mineral precipitates and development of a chemocline between Fe(II) and O2. This column allows us to test hypotheses for the formation of the BIFs by culturing cyanobacteria (and in the future photoferrotrophs) under simulated marine Precambrian conditions. Furthermore we hypothesize that our column concept allows for the simulation of various chemical and physical environments &#8212; including shallow marine or lacustrine sediments.

Laboratory Simulation of an IronII-rich Precambrian Marine Upwelling System to Explore the Growth of Photosynthetic Bacteria

We simulated a Precambrian ferruginous marine upwelling system in a lab-scale vertical flow-through column. The goal was to understand how geochemical profiles of O2 and Fe(II) evolve as cyanobacteria produce O2. The results show the establishment of a chemocline due to Fe(II) oxidation by photosynthetically produced O2.

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic

A conventional concept for the deposition of some Precambrian Banded Iron Formations (BIF) proceeds on the assumption that ferrous iron [Fe(II)] upwelling ...

Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, this resolution provides records at the annual to decadal scale, at best. An extrusion method, using a calibrated, threaded-rod is presented here, which allows for millimeter-scale subsampling of aquatic sediment cores of varying diameters. Millimeter scale subsampling allows for sub-annual to monthly analysis of the sedimentary record, an order of magnitude higher than typical sampling schemes. The extruder consists of a 2 m aluminum frame and base, two core tube clamps, a threaded-rod, and a 1 m piston. The sediment core is placed above the piston and clamped to the frame. An acrylic sampling collar is affixed to the upper 5 cm of the core tube and provides a platform from which to extract sub-samples. The piston is rotated around the threaded-rod at calibrated intervals and gently pushes the sediment out the top of the core tube. The sediment is then isolated into the sampling collar and placed into an appropriate sampling vessel (e.g., jar or bag). This method also preserves the unconsolidated samples (i.e., high pore water content) at the surface, providing a consistent sampling volume. This mm scale extrusion method was applied to cores collected in the northern Gulf of Mexico following the Deepwater Horizon submarine oil release. Evidence suggests that it is necessary to sample at the mm scale to fully characterize events that occur on the monthly time-scale for continental slope sediments.

An extrusion method using a calibrated threaded-rod is presented, which allows for mm scale subsampling of aquatic sediment cores. Millimeter-scale sampling is necessary to fully characterize recent event stratigraphy in sediment records.

Bohrkern Extrusionsverfahren bei Millimeter-Auflösung ein kalibriertes, Gewindestange Mit

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, ...

Chemie

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has become particularly relevant for assessing the anthropogenic-altered global nitrogen cycle and the emission of greenhouse gases (i.e., N2O). Several methods are available for measuring denitrification, but none of them are completely satisfactory. Problems with existing methods include their insufficient sensitivity, and the need to modify the substrate levels or alter the physical configuration of the process using disturbed samples.This work describes a method for estimating sediment denitrification rates that combines coring, acetylene inhibition, and microsensor measurements of the accumulated N2O. The main advantages of this method are a low disturbance of the sediment structure and the collection of a continuous record of N2O accumulation; these enable estimates of reliable denitrification rates with minimum values up to 0.4-1 &#181;mol N2O m-2 h-1. The ability to manipulate key factors is an additional advantage for obtaining experimental insights. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate. The method is appropriate for estimating denitrification rates in any aquatic system with retrievable sediment cores. If the N2O concentration is above the detection limit of the sensor, the acetylene inhibition step can be omitted to estimate the N2O emission instead of denitrification. We show how to estimate both actual and potential denitrification rates by increasing nitrate availability as well as the temperature dependence of the process. We illustrate the procedure using mountain lake sediments and discuss the advantages and weaknesses of the technique compared to other methods. This method can be modified for particular purposes; for instance, it can be combined with 15N tracers to assess nitrification and denitrification or field in situ measurements of denitrification rates.

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

This method estimates sediment denitrification rates in sediment cores using the acetylene inhibition technique and microsensor measurements of the accumulated N2O. The protocol describes procedures for collecting the cores, calibrating the sensors, performing the acetylene inhibition, measuring the N2O accumulation, and calculating the denitrification rate.

Schätzung der Sediment Denitrifikation Preise mit Kernen und N2O Mikrosensoren

Denitrification is the primary biogeochemical process removing reactive nitrogen from the biosphere. The quantitative evaluation of this process has ...

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

Simulation der Temperatur in einem Bodeninkubationsexperiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters

Measuring the in situ primary productivity of periphyton during the growing season gradient can elucidate the quantitative effect of environmental drivers (mainly phosphorus concentration and light intensity) and species composition on primary productivity. Primary productivity is mainly driven by light intensity, temperature, availability of nutrients, and distribution of the ionic species of the carbonate system in the respective depths of the euphotic zone. It is a complex system that is very difficult to simulate in the laboratory. This cheap, transportable, and easy-to-build floating barge allows measuring the primary productivity accurately-directly under the actual natural conditions. The methodology is based on measuring the primary productivity in real time using noninvasive oxygen sensors integrated into tightly sealed glass jars, enabling online oxygen flux monitoring and providing new insights into metabolic activities. Detailed seasonal in situ measurements of gross primary productivity of microbial mats (or other benthic organisms) can improve current knowledge of the processes controlling primary productivity dynamics in lentic waters.

A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters

Presented here is a cost-effective and transportable method/facility for measuring the primary productivity of microbial mats under actual in situ environmental temperature and light conditions. The experimental setup is based on widely available materials and can be used under various conditions while offering the advantages of laboratory-based models.

Eine kostengünstige Methode zur Messung der In-situ-Primärproduktivität von Periphytongemeinschaften linsenförmiger Wässer

Measuring the in situ primary productivity of periphyton during the growing season gradient can elucidate the quantitative effect of environmental drivers ...

In situ simulierte anaerobe Methode zur Kultivierung von Umweltmikroben

A Set of In Situ Informed Simulated Medium Formats for Culturing Environmentally Acquired Anaerobic Microorganisms

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth conditions (e.g., pH and carbon sources) for anaerobic microorganisms while also allowing samples to be extracted without compromising the artificial environment. To this end, methods that are informed by and simulate an in situ environment can be of great aid in culturing microorganisms from that environment. Here, we outline an in situ informed and simulated anaerobic method for culturing terrestrial surface and subsurface microorganisms, emphasizing anaerobic sample collection with minimal perturbation. This protocol details the production of a customizable anaerobic liquid medium, and the environmental&#160;acquisition and in vitro growth of anaerobic microorganisms. The protocol also covers critical components of an anaerobic bioreactor used for environmental simulations of sediment and anaerobic liquid media for environmentally acquired cultures. We have included preliminary Next Generation Sequencing data from a maintained microbiome over the lifespan of a bioreactor where the active culture dynamically adjusted in response to an experimental carbon source.

Autor im Rampenlicht: Die Geheimnisse terrestrischer anaerober Mikroorganismen in unerforschten Umgebungen durch In-situ-Kultivierung enträtseln

The focus of this paper is to detail best practices for making media for fastidious anaerobic microorganisms acquired from an environment. These methods help manage anaerobic cultures and can be applied to support the growth of elusive uncultured microorganisms, the "microbial dark matter."

Eine Reihe von in situ informierten simulierten Medienformaten für die Kultivierung umweltbedingt erworbener anaerober Mikroorganismen

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth ...

Die Benthic Austausch von O

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Labor-Phosphor bestimmt Flux von Seesedimenten als Maß der internen Phosphorbelastung

Bohrkern Sectioning und Gewinnung von Porenwasser unter anoxischen Bedingungen

Labor Simulation eines Eisen (II) -reichen Präkambrium Meeres Upwelling-System das Wachstum von Bakterien zu erkunden Photosynthetic

Bohrkern Extrusionsverfahren bei Millimeter-Auflösung ein kalibriertes, Gewindestange Mit

Schätzung der Sediment Denitrifikation Preise mit Kernen und N₂O Mikrosensoren

Simulation der Temperatur in einem Bodeninkubationsexperiment

Eine kostengünstige Methode zur Messung der In-situ-Primärproduktivität von Periphytongemeinschaften linsenförmiger Wässer

Eine Reihe von in situ informierten simulierten Medienformaten für die Kultivierung umweltbedingt erworbener anaerober Mikroorganismen

Eine Reihe von in situ informierten simulierten Medienformaten für die Kultivierung umweltbedingt erworbener anaerober Mikroorganismen

Eine Reihe von in situ informierten simulierten Medienformaten für die Kultivierung umweltbedingt erworbener anaerober Mikroorganismen