Name: understanding dissolved organic matter biogeochemistry through in situ nutrient manipulations in stream ecosystems
Uploaded: 2016-10-29T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems at JoVE.com

The authors acknowledge the Water Quality Analysis Laboratory at the University of New Hampshire for assistance with sample analysis. The authors also thank two anonymous reviewers whose comments have helped to improve the manuscript. This work is funded by the National Science Foundation (DEB-1556603). Partial funding was also provided by the EPSCoR Ecosystems and Society Project (NSF EPS-1101245), New Hampshire Agricultural Experiment Station (Scientific Contribution #2662, USDA National Institute of Food and Agriculture (McIntire-Stennis) Project (1006760), the University of New Hampshire Graduate School, and the New Hampshire Water Resources Research Center.

1. Tanımlama ve İdeal Deneysel Akış Erişim karakterize <ol><li> Deneysel akışı ulaşır çözünen 11 ve biyolojik alımı oluşabilir nerede yeterince uzun tam karışmasını desteklemek için yeterince uzun olduğundan emin olun. Reach uzunlukları akarsu ve deneyler arasında değişebilir. Küçük birinci dereceden akarsular ise, (sistem gerektiriyorsa veya daha uzun) uzunluğu deşarj ve derenin diğer fiziksel özelliklerine bağlı olarak 20-150 m arasında değişebilir ulaşır. <ol><li> Onlar çözünenlerin minimal akım bölümleri ve ekledi çözüm seyreltik kollarından aşağı hareketini geciktirir olarak, deneysel ulaşır büyük havuzlar hariç. yüksek deşarj uzun bir erişim gerektirebilir ise düşük deşarj Times ulaşmak kısalması gerekebilir. </li><li> katma çözünenlerin karışmasını kolaylaştırmak için bir riffle yukarıdaki deney akışı ulaşamayacağı üstünde bir konum belirlemek. Bu ilave site olacak. Deneysel akımının alt kısmındaulaşmak akışı (Şekil 1) sıkıştırılır ve toplam akışın yaklaşık% 90 için temsili bir konumu tanımlar. Bu örnek toplama sitesi olacak. </li></ol></li></ol><img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig1.jpg" /> Şekil 1:. Akışının çoğunluğu dar ve akarsu yatağı ve benthos bozulma olmadan kolayca erişilebilir olduğu Mansap Örnekleme Sitesi örneği ideal örnekleme sitesidir. İşte ahşap enkaz düşmüş bir parça küçük bir birinci dereceden Headwater akışında bu örnekleme noktası yaratmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54704/54704fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="2"><li> Manip için gerekli eriyiklerin kütlesini hesaplamak için, deneylerden önce ilgi eriyiklerin deşarj ölçümü ve arka plan besin konsantrasyonları eldeulations. Adım 2.2.1 hesaplamalar bakınız. <ol><li> Manipülasyon hedef çözünen için arka plan konsantrasyon verileri elde (örneğin NO 3 -) ve klor (Cl -) genellikle muhafazakar izleyici olarak kullanılır. Örnekleme istasyonunda besin palsının varış ve darbe geçmekte olduğu oranını göstermektedir iletkenlik değişiklikleri izlemek için, bu deneyler bağlamında konservatif tracer kullanın. İletkenlik, ya da belirli iletken konservatif tracer konsantrasyonda yerinde değişiklikler için bir vekil. </li><li> Böyle erişim genişliği ve derinliği, sıcaklık, pH ve çözünmüş oksijen gibi yardımcı veri toplayarak deneysel ulaşamayacağı fizyo-kimyasal özelliklerini karakterize. <ol><li> Önce veya hemen herhangi bir bentik o en aza indirmek için deneyden sonra çevre prob (örneğin, genişlik ve derinlik), gün kullanımı ile yapılamaz ölçümleri yerineakarsu kanalı içinde r kimyasal rahatsızlık. Eşit uzaklıkta transekt deneysel erişimi (örneğin her 10 m) genişlik ve en az 3 derinlik ölçümleri değerlendirilebilir (örn sağ banka, talveg ve sol banka) bölün. Bu veriler biyokimyasal ölçümlere bir akarsuyun fiziksel özelliklerini bağlamak için değerlidir ve araştırmacılar da besin alımı kinetik ve parametreleri 6 hesaplanmasında ilgilenen varsa. </li></ol></li></ol></li></ol> Deney için 2. Hazırlık <ol><li> aşağıda verilen denklem kullanılarak manipülasyon için gerekli olan çözünmüş madde kütlesinin (kg) belirler. Not: Aşağıdaki örnek HAYIR 3 ile nitrat tabanlı deney için geçerlidir - sodyum nitrat formunda (NaNO 3) ve arka plan üzerinde 3x hedeflenen artış varsayar (denklemler Kilpatrick ve Cobb 12 olanlar dayanmaktadır). Bu örnekte aşağıdaki varsayımlar res ile yapılmıştırArka plan koşullarına pect: deşarj = 10 L / sn; [CI] 10 mg / L =; [NO 3 -] 50 ug N / L =. deneyler arasında varyasyon nedeniyle, gerekli giriş verileri ayarlayın. <ol><li> Hedeflenen artış (Denklem 1) hesaplayın: Hedeflenen [NO 3 - mikrogram N / L] artışı = beklenen plan [NO 3 - mikrogram N / L] * hedeflenen artış 150 mikrogram N / L = 50 ug N / L * 3 </li><li> toplam atom kütlesi akı (Denklem 2) hesaplayın: Toplam atomik kütle akışı - [- mikrogram N / L NO 3] artışı (NO 3 ug K) 30 dakika * 60 sn * S (L / sn) * hedeflenen = Çözünen zirve 12 kabul süresi Nerede 30 dakika ve Q deşarj 2 700 000 mikrogram N = 30 dakika * 60 sn * 10 L / s * 150 mikrogram N / L </li><li> toplam moleküler kütle akışı (Denklem 3) hesaplayın: Toplam moleküler kütle akışı (NO 3 - ug N) = toplam atomik kütle akışı (NO 3 - ug K) / atomik kütle (14) * moleküler bizight (85) Burada atomik kütle N anlamına gelir ve molekül ağırlığı NaNO 3 anlamına gelir. 16,392,857.14 mikrogram N = 2700000 mikrogram N / (14 * 85) </li><li> (Denklem 4) eklemek için kütlesi hesaplayın: (- Ug N NO 3) / 1.000.000 g / mg kütle = (g) toplam moleküler kütle akışı eklemek için 16.39 gr nano 3 = 16,392,857.14 ug K / 1,000,000 g / ug Not: muhafazakar izleyicinin (örneğin sodyum klorür) dahil olmak üzere diğer çözünenlerin için yukarıdaki hesaplamaları izleyin. ilgi çözünen için atomik ve moleküler kitleleri ayarlamak için emin olun. </li></ol></li><li> tarla denemeleri için bir gün önce tüm çözünen maddeleri hazırlayın. Biyolojik izleyici ve muhafazakar izleyici hem de arka plan üzerinde üç kez (veya istenilen miktarda) ortam konsantrasyonunu artırmak için yeterli çözünenlerin tartılır. Ekledi çözünen miktarı aw oluşturmak için yeterli arka plan konsantrasyonun üzerinde ölçülebilir bir değişikliğe neden önemlidirkatma besin konsantrasyon ide dinamik aralık. <ol><li> analitik terazi kullanarak çözünen maddeleri tartmak ve daha sonra uygun etiketleri ile temiz asitle yıkanmış yüksek yoğunluklu polietilen şişelerde saklayın. Biyolojik izleyiciler örnekleri şunlardır: NO 3: - sodyum nitrat (Nano 3); NH4 +: amonyum klorid (NH4CI); PO4 3: potasyum fosfat (K 2 HPO 4). Ancak, biyolojik izleyicinin seçimi biyojeokimyasal sorunun bir fonksiyonu isteniyor olacaktır. Konservatif izleyiciler için seçenekler, sodyum klorür (NaCI) ve sodyum bromür (NaBr) içerir. </li></ol></li><li> Alan kitap, etiketleme bant ve kalem alan ölçme bandı, soğutucu, iletkenlik ölçer, ~ 20 L kova ve büyük karıştırma çubuğu (örneğin bira kürek, inşaat demiri, büyük sopa), yaklaşık 50 temiz ve asitle yıkanmış 125 ml yüksek: Kalan malzemeleri toplayın -density polietilen şişeler. 125 ml şişeleri # 1-50 etiketleyin. Not: L50 örneklerden daha esini deney başına alınabilir ve arka plan örnekleri 50 toplam şişelerde yer almaktadır. </li><li> İsteğe bağlı: saha personelinin sayıları bağlı olarak, bünyesindeki örnek filtrelemesi (bkz # 5). Bu seçenek seçilirse, alana 50 temiz, etiketli önceden ve asitle yıkanmış 60 ml yüksek yoğunluklu polietilen şişe getir. 125 ml toplama şişeleri maç için 60 ml şişeleri # 1-50 etiketleyin. </li></ol> Set Up 3. Gün <ol><li> toplama yerinde saha iletkenlik ölçer dağıtın. yukarı enstrüman örnekleri enstrüman okumaları ile karışmaz, böylece numune toplama alınacak nerede (yaklaşık 0.5-1.0 m) yerleştirin. metre deney boyunca yerinde kalır. örnekleme oranını belirlemek için gerekli olan gerçek zamanlı iletkenlik ölçümleri sunar gibi bir alan iletkenlik ölçer ve en iyi filtrasyon ve analiz düzeni (5.3 ve 6.1 adımları) (adım 5.2). </li><li> 125 ml arka plan sampl toplayınilave edilen bölgede üç kopya halinde çözeltiye ilave edilmeden önce deney ulaşma toplama yerinde es. Bu veriler, ortam konsantrasyon gün doğrulamak için ve dere ulaşılabilecek boyunca çözünen konsantrasyon değişimini belirlemek için kullanılır. Bu veriler aynı zamanda ortam akışı kimyasını bağlamak için değerlidir: - ilgi biyojeokimyasal ölçümlerine (örneğin DOC NO 3 oranları 13.). </li><li> Toplanan arka plan örneklerinin zaman ve iletkenliği kaydedin. </li><li> önceki çözümlere ilavesinden akımının zemin iletkenliğini kaydedin. </li></ol> 4. Ekleme Çözünen <ol><li> Büyük bir kabın içine tüm reaktifler (16.39 g NaNO 3 ve 1483 g NaCl) (örneğin 20 L kova) dökün ve tamamen çözünen maddeleri eritmek için yeterli akım su ekleyin. Ek dere suyu ile üç kez reaktif damarları durulayın ve çözüm kabın içine durulayın dökün. eklenen su miktarının takip edin. <ol><li>Örneğin, kap içine akışı su dökmek için 500 ml&#39;lik bir şişe kullanın. Tüm reaktifler tamamen çözününceye edilene kadar çözelti karıştırılır. </li></ol></li><li> ilaveli çözeltisi 60 ml&#39;lik bir şişe toplayın. Çapraz kontaminasyonu en aza indirmek için tüm diğer örneklerden bu son derece konsantre bir örnek ayrı (örneğin zip-lock torba) tutun. Bu örnekler çözünen tam kütle ilave belirlemek için kullanılabilir olarak hesaplanması besin alımı kinetiği 6 araştırma projesinin ek hedefi ise bu tür örnekler önemlidir. </li><li> ilave siteye çözüm dökün. eklenen reaktif miktarını azaltabilecek seyahat gecikme süresini ve sıçramasına en aza indirmek için bir sorunsuz ve hızlı bir hareketle çözüm dökerek bunu yapın. kap ve karıştırma hemen tüm reaktifler akımına ilave edilmiştir garanti altına almak için ilave edildikten sonra akışta üç kez sopa durulayın. <ol><li> çözeltisi ilave edildi zamanı kaydedin: hr: min: sn. </li><li> katma izleyicilerin kitleleri kaydedin(Nano 3 ve NaCI). </li><li> Çözelti eklendikten sonra, akımı rahatsız yoktur. dere boyunca tüm seyahat akışı benthos ve çözüm kendisi rahatsız edilmemesini sağlamak için bankaların oluşur emin olun. </li></ol></li></ol> 5. Saha Örnekleme <ol><li> Örnekleme konuma gelmesi çözüm beklerken küçükten büyüğe örnekleme şişeleri sipariş edin. Seyahat boşaltımdan bir fonksiyonu olabilir ve uzunluk ulaşmak ve vaktinden önce belirlenebilir olacaktır (tek bir gün önce) ya bir NaCI sadece enjeksiyon veya (seyahat süresi 14 oluşturmak için kullanılabilir) rodamin boya. Not: Bir DON temalı proje üzerinde çalışırken, bu DON türüdür olarak rodamin boya kullanmaktan kaçının ve bu nedenle ortam DON havuzu değiştirecek eğer çalışma ulaşılabilecek herhangi bir kalıntı. </li></ol><img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig2.jpg" /> Şekil 2:Çözünen madde Etkileme Eğrisi Örnek şematik (BTC). Bir BTC zamanla çözünen konsantrasyonu değişimini ifade etmektedir ve bir dere içinde bir izleyici transit ve biyokimyasal bisiklet açıklamak için kullanılabilir. Kepçe örnekleri artan ve BTC inen bacaklarda hem eşit temsilini veren bir frekans ile BTC üzerinden alınmalıdır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54704/54704fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="2"><li> Örnek koleksiyon Not: Aşırı arching numune toplama amacı, yeterince eğrisi (BTC) (Şekil 2) ile ara yükselen ve düşen bacaklarda hem boyunca çözünen konsantrasyonu değişiklikleri temsil etmektir. <ol><li> (Iletkenliğin artması ile tespit) solüsyonu Girişte, numuneleme noktasında ana su akış halinde 125 ml&#39;lik bir şişe tutarak BTC boyunca 125 ml şişe örnekleri toplamak. Hızlıly dere suyu ile şişeyi çalkalayın ve aşağı durulama atmak ve daha sonra örnek almak. soğutucu içine kapak örneği ve yer. </li><li> Bir saha kitap (Tablo 1) BTC boyunca alınmış her bir numunenin ve iletkenlik (sn: dk saat) zamanını kaydedin. </li><li> (Örneğin 1 dakika aralıklarla) zamana dayalı veya hızında iletkenlik değişimleri dayalı örnekleri toplamak. Örneğin, iletkenlik hızla değişiyor ise, zaman örnekleri her 5-10 dk alınabilir hangi iletkenlik yavaş değişiklikler, kadar her 30-60 sn örnek. iletkenlik dayalı aralıklarla, iletkenlik değişiyor hızına bağlı olarak her 15-30 ünite numune almak. </li><li> arka ya da arka plan koşullarının 5 mS / cm içinde iletkenlik dönene kadar örnek. Numune toplama aralıkları sürece BTC de elle alınan örneklerin temsil gibi deney sırasında ayarlanabilir. </li></ol></li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page = &quot;always&quot;&gt; <tbody><tr><td> Şişe # </td><td> özgül İletkenlik </td><td> Zaman </td><td> notlar </td></tr><tr><td> 1 </td><td></td><td> sa: dk: sn </td><td> Örneğin arka plan (aşağı) </td></tr><tr><td> 2 </td><td></td><td></td><td> Örneğin arka plan (aşağı) </td></tr><tr><td> 3 </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 4 </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> 5 </td><td></td><td></td><td> zirve iletkenlik de örneğin örnek </td></tr><tr><td> . </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> . </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> . </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> En yüksek Şişe # </td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> Tablo 1PFieldkitap: Örnek Sayfa Lab Kitap ve Gerekli Bilgiler gelen <ol start="3"><li> örnek Filtreleme Not: Örneklerin Filtreleme alanında veya laboratuvara döndükten sonra da gerçekleşebilir. <ol><li> Belirli iletkenlik zirve kadar belirli iletkenlik artan sırasına yükselen ekstremite Filtre örnekleri. Deney spesifik iletkenlik küçükten büyüğe düşen lime bitecek ve filtre örnekleri için (yani son numune ile başlar ve zirve spesifik iletkenlik doğru geriye doğru çalışır) bekleyin. Not: Bu numune düzeni örnekleri arasında çapraz kontaminasyonu en aza indirir ve uygun (bakınız aşamalar her bir numune arasında durulanır filtre, bir şırınga ve filtre tutucunun sürece kullanılacak aynı filtre, bir şırınga ve filtre tutucunun sağlar 5.3.2- 5.3.4). </li><li> 60 ml&#39;lik şırınga ve daha sonra yakın stop-horoz pistonu çıkartın. şırınganın içine numune ~ 10 ml dökün ve şırıngaya pistonu geri dönün. Bu numunenin böylece şırınga sallayınşırınganın iç duvarları durular. Ekli şırınga filtre tutucu ve açık stop-horoz için. Filtre tutucu ile örnek itin ve durulayın atın. </li><li> piston ve yakın stop-horoz çıkarın. şırınganın içine numune ~ 30 ml dökün ve şırıngaya pistonu geri dönün. Açık stok-horoz ve ~ 10 ml filtre tutucu yoluyla ve 60 ml örnekleme şişeye sınırdışı. , Şişe Cap süzüntü ile girdap ve atın. 3 durulama toplam için bu adımı tekrarlayın. Bu, herhangi bir yabancı madde 60 ml örnek şişeden çıkarıldı ve duvarlar numune ile kaplanır sağlayacaktır. </li><li> piston ve yakın stop-horoz çıkarın. şırıngaya numunenin ~ 60 ml dökün ve şırınga pistonu geri döner. Filtre tutucu ile ve 60 ml numune şişe içine örnek itin. donmuş zaman şişe çatlamasını önlemek için omzuna şişe kadar doldurun. soğutucu içine kapak şişe ve yer. </li><li> Kalan tüm örnekler için adımları yineleyin 5.3.2-5.3.4. yükselen ve kirlenmeyi en aza indirmek için bacak örnekleri düşen arasındaki filtresini değiştirin. </li&gt; <li> geri aynı gün ve buz üzerinde laboratuara Taşıma örnekleri. </li></ol></li></ol> Laboratuvar Analiz 6. Hazırlık <ol><li> Numunelerin filtreleme laboratuvarda meydana ise bölüm 5.3.1 de belirtildiği gibi, protokol izleyin. artan ve iletkenliği artırmak amacıyla BTC uzuvlarını inen hem de filtre örnekleri. uzuv yükselen ve düşen bacak örnekleri arasındaki filtresini değiştirin. </li><li> analize kadar -20 ° C&#39;de filtre edildi örnekleri dondurun. </li><li> analitik tesisler yüksek konsantrasyonlu örnekleri işlemek için donanımlı emin olun. Not: Bazı laboratuarlar yüksek düzeyde konsantre örnekleri çalıştırmak için donatılmıştır ve bu nedenle dikkatli davranılması değildir. yakalayan hazırlanan standartlar dahil beklenen çözünen konsantrasyonlarının yüksek sonunda söyledi. Yüksek konsantrasyon standartları manipüle çözünen konsantrasyonlarının beklenen dizi yakalar standart bir eğri sağlamak için yardımcı olur. </li><li> numunelerin analizDüşük gelen tüm analitik enstrümanlar yüksek iletkenlik. yüksek özgül iletkenliği düşük örnekler sipariş yüksek tuz / besin örneklerinde düşük tuz / besin örneklerinin kirlenmesini önler. Bu yükselen ve düşen bacaklarda örnekler sekansına göre karıştırılabilir anlamına gelir. <ol><li> Çözünen analizinin tam kombinasyonu araştırma sorusunun bir fonksiyonu olacaktır, ancak, toplam çözünmüş organik karbon, toplam çözünmüş azot, nitrat ve amonyum için örnekleri analiz (örneğin Wymore ve ark., 10 bakınız). </li></ol></li></ol> 7. Veri analizi <ol><li> Basit lineer regresyon kullanarak verileri analiz edin. Bağımsız değişken eklenen besin konsantrasyonları ve bağımlı değişken ya DOC veya DON olarak DOM konsantrasyonu. şekil üzerindeki her nokta atılım eğrisi ve bu numunenin besin ve DOC / DON konsantrasyonuna itibaren bir kapmak örneğini temsil eder. </li></ol>

<ol>
	<li>Brookshire, E. N. J., Valett, H. M., Thomas, S. A., Webster, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atmospheric+N+deposition+increases+organic+N+loss+from+temperate+forests.">Atmospheric N deposition increases organic N loss from temperate forests.</a> Ecosystems. 10 (2), 252-262 (2007).</li><li>Bernhardt, E. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twenty+years+apart:+Comparisons+of+DOM+uptake+during+leaf+leachate+releases+to+Hubbard+Brook+Valley+streams+in+1979+and+2000.">Twenty years apart: Comparisons of DOM uptake during leaf leachate releases to Hubbard Brook Valley streams in 1979 and 2000.</a> J Geophys Res. 113, G03032 (2008).</li><li>Taylor, P. G., Townsend, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stoichiometric+control+of+organic+carbon-nitrate+relationships+from+soils+to+sea.">Stoichiometric control of organic carbon-nitrate relationships from soils to sea.</a> Nature. 464, 1178-1181 (2010).</li><li>Mulholland, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stream+denitrification+across+biomes+and+its+response+to+anthropogenic+nitrate+loading.">Stream denitrification across biomes and its response to anthropogenic nitrate loading.</a> Nature. 452, 202-205 (2008).</li><li>Tank, J. L., Rosi-Marshall, E. J., Baker, M. A., Hall, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+rivers+just+big+streams?+A+pulse+method+to+quantify+nitrogen+demand+in+a+large+river.">Are rivers just big streams? A pulse method to quantify nitrogen demand in a large river.</a> Ecology. 89 (10), 2935-2945 (2008).</li><li>Covino, T. P., McGlynn, B. L., McNamara, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracer+additions+for+spiraling+curve+characterization+(TASCC):+quantifying+stream+nutrient+uptake+kinetics+from+ambient+to+saturation.">Tracer additions for spiraling curve characterization (TASCC): quantifying stream nutrient uptake kinetics from ambient to saturation.</a> Limnol Oceanogr. 8, 484-498 (2010).</li><li>Johnson, L. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+production+of+dissolved+organic+nitrogen+in+headwater+streams+using+15+N+tracer+additions.">Quantifying the production of dissolved organic nitrogen in headwater streams using 15 N tracer additions.</a> Limnol Oceanogr. 58 (4), 1271-1285 (2013).</li><li>Rosemond, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+nutrient+additions+accelerate+terrestrial+carbon+loss+from+stream+ecosystems.">Experimental nutrient additions accelerate terrestrial carbon loss from stream ecosystems.</a> Science. 347 (6226), 1142-1145 (2015).</li><li>Diemer, L. A., McDowell, W. H., Wymore, A. S., Prokushkin, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutrient+uptake+along+a+fire+gradient+in+boreal+streams+of+Central+Siberia.">Nutrient uptake along a fire gradient in boreal streams of Central Siberia.</a> Freshwater Sci. 34 (4), 1443-1456 (2015).</li><li>Wymore, A. S., Rodr&#237;guez-Cardona, B., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+response+of+dissolved+organic+nitrogen+to+nitrate+availability+in+headwater+streams.">Direct response of dissolved organic nitrogen to nitrate availability in headwater streams.</a> Biogeochemistry. 126 (1), 1-10 (2015).</li><li>Stream Solute Workshop. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concepts+and+methods+for+assessing+solute+dynamics+in+stream+ecosystems.">Concepts and methods for assessing solute dynamics in stream ecosystems.</a> J N Am Benthol Soc. 9 (2), 95-119 (1990).</li><li>Kilpatrick, F. A., Cobb, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Measurement of discharge using tracers: U.S Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations. , (1985).</li><li>Rodr&#237;guez-Cardona, B., Wymore, A. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DOC:+NO3-+and+NO3-+uptake+in+forested+headwater+streams.">DOC: NO3- and NO3- uptake in forested headwater streams.</a> J Geophys Res - Biogeo. 121, (2016).</li><li>Kilpatrick, F. A., Wilson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Book+3+Chapter+A9,+Measurement+of+time+of+travel+in+streams+by+dye+tracing.">Book 3 Chapter A9, Measurement of time of travel in streams by dye tracing.</a> Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey. , (1989).</li><li>Lutz, B. D., Bernhardt, E. S., Roberts, B. J., Mulholland, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Examining+the+coupling+of+carbon+and+nitrogen+cycles+in+Appalachian+streams:+the+role+of+dissolved+organic+nitrogen.">Examining the coupling of carbon and nitrogen cycles in Appalachian streams: the role of dissolved organic nitrogen.</a> Ecology. 92 (3), 720-732 (2011).</li><li>Michalzik, B., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+dissolved+organic+nitrogen+and+carbon+in+a+Central+European+Norway+spruce+ecosystem.">Dynamics of dissolved organic nitrogen and carbon in a Central European Norway spruce ecosystem.</a> Eur J Soil Sci. 50 (4), 579-590 (1990).</li><li>Solinger, S., Kalbitz, K., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controls+on+the+dynamics+of+dissolved+organic+carbon+and+nitrogen+in+a+Central+European+deciduous+forest.">Controls on the dynamics of dissolved organic carbon and nitrogen in a Central European deciduous forest.</a> Biogeochemistry. 55 (3), 327-349 (2001).</li><li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterns+in+chemical+fractionation+of+organic+nitrogen+in+Rocky+Mountain+streams.">Patterns in chemical fractionation of organic nitrogen in Rocky Mountain streams.</a> Ecosystems. 6 (5), 483-492 (2003).</li><li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+and+transport+of+organic+nitrogen+in+minimally+disturbed+montane+streams+of+Colorado,+USA.">Fate and transport of organic nitrogen in minimally disturbed montane streams of Colorado, USA.</a> Biogeochemistry. 74 (3), 303-321 (2005).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

besin darbe yönteminin amacı, burada sunulduğu gibi, karakterize ve ilave bir inorganik besin dinamik aralığında ortam akarsu su DOM oldukça çeşitli havuz tepkisini ölçmek için olduğunu. katma çözünen yeterince reaktif çözünen konsantrasyonu artarsa, büyük bir çıkarımsal uzay DOM biyojeokimyasal bisiklet besin konsantrasyonları ile nasıl bağlantılı olduğunu anlamak için oluşturulabilir. Bu plato tarzı ilavesi ile ilişkili makinelerin hiçbiri (örneğin peristaltik pompa) içerir ve pahalı izotop teknikleri içermeyen bu besin darbe yaklaşım idealdir. Bu manipülasyonlar, kolayca üretilebilir ve birçok deney, tek bir gün boyunca gerçekleştirilebilir. Tek bir akış ulaşılabilecek aynı gün deney çoğaltma durumunda, ilave birkaç saat ile ayrılmış olduğu bakiye çözünen yeterli yıkanması için izin vermek için Bununla birlikte önerilir. these ekosistem manipülasyonlar biz besinlerin yanı sıra tepki olarak DOM ortam havuzunda konsantrasyonu değişiklikleri ölçmek mümkün. Ancak, bu yaklaşım ile bu yorum yapmak mümkün değil ki aslında DON ve DOC konsantrasyonundaki değişiklikler ötesinde azalmış veya artmış DOM havuz bileşeni üzerinde. Örneğin DON belli bir şekli ise Biz tercihen NO 3 eklenerek tüketilir, ayırt edemez -. Değişiklikler genel konsantrasyon değiştirme için yeterince değiştirilmiş DON yüksek bol ve şekilleri (örneğin, amino asit) bağlı olabilir. Ancak, bu alan bazlı yaklaşım kolayca bileşen veya moleküllerin sınıfları doğrudan deneysel manipülasyon yanıt ne belirlemek için (örneğin floresan spektroskopisi, Fourier iyonsiklotron rezonans kütle spektroskopisi dönüşümü) yüksek çözünürlüklü analitik kimya yöntemleri ile eşleştirilmiş olabilir. DOM che ek olarakmistry, diğer biyolojik ve çevresel faktörler eklenen besin için DOM yanıtı etkileyebilir. diğer alan verileri diğer önemli değişkenleri incelemek için toplanan olabilir bu çok faktörlü etkileşimi anlamak için. Nitrat (Şekil 3A-3F) DON yanıt yönünde zamansal değişimler heterotrofiktir hakim süreçler vs autotrophic yansıtıyor olabilir. Örneğin, Şekil 3A olumlu ilişki, ototrofik organizmaların aktivitesini yansıtabilir. Mayıs ayında orada akışı ulaşan yeterli fotosentetik olarak aktif radyasyon (kıyıdaş gölgelik kapatılması öncesinde) hala ve gözlenen desen NO 3 DON kayıyor, bu organizmaların yansıtır olasıdır - DON artışa neden azot onların kaynağı olarak konsantrasyonu. Sezon (örneğin Şekil 3E) daha sonra gözlenen negatif bir ilişki, büyük olasılıkla D madencilik olan heterotrofik mikroorganizmaların faaliyet gösterenenerji içeriği için AÇIK. biyolojik temelli hipotez bu tür test etmek için, gelecekteki araştırma örneğin autotrophic ayakta stokunun eşzamanlı ölçümler, mikrobiyal aktivite düzeylerini veya enzimler konsantrasyonlarını, dahil olabilir. çözünmüş oksijen ve sıcaklık gibi diğer çevresel geçişlerini, karşısında incelenmesi DOM-nitrat etkileşimleri, DOM ve nitrat birleştiğinde biyojeokimya sürüş diğer fizyo-kimyasal parametrelerin rolünü aydınlatmak için yardımcı olabilir. Düşük NO 3 seçimi - akışları bu deneylerin başarısı için çok önemlidir ve DON havuzda değişiklikleri ölçmek için yeteneği korumak için. TDN havuzun% 50&#39;den az yapar - NO 3 arasındaki etkileşimi inceleyen Çalışmaları - NO 3 nerede örneğin ve DON, akarsularda meydana gelmelidir. Çok büyük bir kısmını katkıda - çıkarma yoluyla DON ölçme hassasiyeti büyük ölçüde NO 3 ne zaman azalırVe NH 4 + - TDN, NO 3 analizinden sonuçlanan DON ölçümleri çevreleyen bir çarpımsal hata terimini olduğundan TDN havuzu. Bu gibi alt-optimal koşulların olumsuz DON konsantrasyonlara neden olabilir. Bu tür nehir ağızlarında olarak - ve böylece bu teknik ağır NO 3 tarafından bozulmaktadır sistemlerde sınırlı olabilir. Büyük dere ve nehirler zorluklar kendi set mevcut olmasına rağmen, bu yöntem üst düzey sistemlere uygulanabilir. Örneğin, Tank ve ark. 5 göl, toprak veya yeraltı ya benzer deneyler gerçekleştirmek için yollar olabilir çözünmüş inorganik N. alımı kinetiği incelemek için Wyoming Üst Snake River mertebeden 7 inci bir besin darbe deney gerçekleştirdi. Ancak, bu tür deneyler nedeniyle bu küçük şekillerde deneysel birimleri besin konsantrasyonlarının degrade için bir sistem açığa veya içeren ilişkili zorlukları zordurMize bozulma ve deneysel eserler. Bu yönlendirici deneyler bu tip akış ekosistemlerin kullanılmasının avantajlarından biridir. Biz N farklı formlarda kıyı sularında ötrofikasyon ve toksik alg çoğalmaları sürücü yollarını anlamaya başladıkça Bununla birlikte, diğer ekosistemler için benzer yöntemlerle, aşırı N yükleme (örneğin haliç) tarafından bozulmuş, özellikle sistemlerinin geliştirilmesi önemli bir yönetim etkileri olabilir .

Çözünmüş organik madde (DOM) ekosistemlerin tatlı su, önemli bir enerji ve besin kaynağı sağlar ve 0.7 um&#39;lik bir filtreden geçer organik madde olarak tanımlanır. Sucul ekosistemlerde içinde, DOM da hafif zayıflama ve metal komplekslenmeyi etkileyebilir. DOM çeşitli işlevsel gruplar ile organik bileşikler, yanı sıra, azot (N) ve fosfor (P) ve temel besin oldukça çeşitli ve heterojen bir karışımıdır. şekliyle &quot;DOM&quot; C-, n ve p bileşenleri de dahil olmak üzere tüm havuzun açıklanmış olsa da, konsantrasyonu çözünmüş organik karbon (DOC) olarak ölçülür. DOM havuzunun doğal moleküler karmaşıklığı ancak, onun çalışmaya zorluklar yaratır. Örneğin, çözünmüş organik azot (DON) ve çözünmüş organik fosfor (DOP) gibi organik besin oluşan toplam DOM havuzunun kısmını ölçmek için doğrudan bir yol yoktur. Bunun yerine, organik besin konsantrasyonu farkı ile tespit edilmelidir ( <em&gt; örneğin [DON] = [toplam çözünmüş azot] - [çözünmüş inorganik azot]). Bir dere gerçekçi bir DOM değişikliği ekleme nedeniyle ortam DOM havuzu çeşitliliği zordur. Önceki çalışmalar tek karbon kaynakları ekledik (örneğin glikoz, üre 1) veya yaprak çöp sızıntı suyu 2 gibi belirli bir kaynak alanında konsantrasyonlarını işlemek için. Ancak, bu kaynaklar ortam DOM havuzu özellikle temsilcisi değildir. Rafine ya da sonraki deneyler için ortam DOM de işlem sırasında bazı fraksiyonların (örneğin yüksek kararsız bileşenler) kaybı da dahil olmak üzere zorluklarla dövme olduğunu konsantre çalışılıyor. Sonuç olarak, biz şu anda doğrudan ortam DOM havuzu işlemek için herhangi bir yöntem sahip olmayan gibi ortam DOM havuzu kontrolleri anlamak zordur. Ancak, DOM biyojeokimya (genellikle ortamında bulunan besin bağlantılı olduğundan örneğin sirkeoranı [NO 3 -] 3), biz ekosistemleri akarsu ve bu manipülasyonları DOM havuzun tepkisini ölçmek için diğer çözünen maddeleri ekleyebilirsiniz. DOM havuz biz DOM çevre koşullarına dalgalanan nasıl tepki daha iyi fikir edinmek için umut deneysel dayatılan besin konsantrasyonları geniş bir yelpazede nasıl tepki vereceğini inceleyerek. yaygın akış Biyojeokimya kullanılan bir yöntem, bir besin ilavesi yöntemidir. Besin ilave deneyler geleneksel alım kinetik veya ilave çözünen 4,5,6,7 kaderini anlamak için kullanılmıştır. Besin eklemeler birden yıl 8 boyunca günlük ölçeğinde 4 veya daha uzun vadeli manipülasyonlar hr 6 kısa vadeli olabilir. Besin eklemeler de izotopik besinleri etiketli dahil (örneğin 15 N-NO 3 -) biyokimyasal reaksiyonlar yoluyla eklenen besin izlemek için. Ancak, izotop tabanlı çalışmalar genellikle expe vardırnsive ve izotopik olarak etiketlenmiş besinler tutulabilir birden bentik bölümlerinde zorlu analizleri (örneğin hazım) gerektirir. Son deneme yerinde biyokimyasal reaksiyonlarda gerçek zamanlı incelemek için yeni bir yol ortaya gibi DOM 9,10 olarak olmayan ilave edilir ve ortam çözünenlerin kontrolleri aydınlatmak için kısa vadeli besin bakliyat programını ortaya koymuştur. Burada tarif ve çok çeşitli DOM havuzunda C ve N ve özellikle kontrollerin birleştiğinde biyojeokimya anlamak amacı ile kısa süreli besin darbeleri iletken anahtar metodolojik adımları göstermektedir. Bu kolayca tekrarlanabilir bir yöntem deneysel akışı ulaşamayacağı bir besin darbe ekleme ve manipüle çözünenin ve ilgi yanıt değişkeni (örneğin DOC, DON, DOP) hem konsantrasyon değişiklikleri ölçerek içerir. Doğrudan yerinde besin konsantrasyonları manipüle ederek dolaylı olarak DOM değiştirmek mümkünHavuz ve incelemek nasıl besin konsantrasyonları 10 dinamik aralığında DOM konsantrasyon değişir.

<table><tbody><tr><td>Sodium Nitrate</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Any</td><td>Any</td><td>Store purchased table salt can be used as well, however, it does contain trace levels of impurities</td></tr><tr><td>Whatman GFF glass-fiber filters</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>BD Filtering Syringe</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>EMD Millipore Swinnex Filter Holders</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Syringe stop-cock</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>YSI Multi-parameter probe</td><td>Yellow Springs International</td><td>556-01</td><td></td></tr><tr><td>Wide mouth HDPE 125 ml bottles</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>60 ml HDPE bottles</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>20 L bucket</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Field measuring tape</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Lab labeling tape</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Stir stick</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Cooler</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Sharpie pen</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Field notebook</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Tweezers</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr><tr><td>Zip-lock bags</td><td>Any</td><td>Any</td><td></td></tr></tbody></table>

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.

<img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Şekil 3:. Nitrat Örnek Sonuçları (NO 3 -) Tepki değişken olarak çözünmüş organik Azot (DON) ile ilaveler Analizleri lineer regresyon vardır. Yıldız a = 0.05 istatistiksel anlamlılık temsil etmektedir. Besin darbe yöntemi ile elde edildi konsantrasyon - NO 3 dinamik aralık unutmayın. Farklı panelleri ay ve siteler arasında farklı deneyler temsil etmektedir. Site kısaltmalar üç deney akışları 10 bakın. negatif korelasyon bir enerji kaynağı olarak DON rolünü yansıtacak şekilde yorumlanır ise pozitif korelasyon, bir besin kaynağı olarak DON rolünü yansıtacak şekilde yorumlanır. Anlamlı bir ilişki sonuçlandı deneyler olmayan bir yanıt DON havuz yansıtmak için iki olarak yorumlanır (yani yüksek recalcitrant) ya da besin tabanlı süreçler ve enerji tabanlı süreç off-ayar olduğunu. Wymore ark bakın. 10 Sonuçların ek tartışmalar için. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54704/54704fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54704/54704fig4.jpg" /> Şekil 4:. Nitrat Örnek Sonuçları (NO 3 -) Tepki değişken olarak çözünmüş organik karbon (DOC) ile ilaveler Analizleri lineer regresyon vardır. Yıldız a = 0.05 istatistiksel anlamlılık temsil etmektedir. Farklı panelleri ay ve siteler arasında farklı deneyler temsil etmektedir. Site kısaltmalar üç deney akışları 10 bakın. deneylerin çoğunluğu karşısında ortam DOC havuzunda önemli bir değişiklik gözlenmedi. Olumsuz sonuçlar ortaya olabilirbutik biyokimyasal süreçlerini birleştiğinde. Wymore ark bakın. 10 Sonuçların ek tartışmalar için. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54704/54704fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> NO 3 in situ manipülasyon doğrudan aracılığıyla -., Biz NO 3 arasındaki etkileşimi incelendiği bir çalışmada 3 gösterileri sonuçları Şekil dolaylı ortam DOM havuzu biyokimyasal kontroller içgörü sağlayarak DOM havuz konsantrasyonlarını değiştirmek başardık - ve DON 10. (Nedeniyle arka plan çözünen konsantrasyonu değişime) deneyler arasında farklılık çözünen artışı tam büyüklüğü NO 3 yeterince büyük gradyanlar rağmen - besin ilavesi yaklaşımı ile oluşturulmuştur. New Hampsh üç havzaların genelinde bu deney seti,ire, ABD, biz akarsular DON ekolojik rolü hakkında çıkarımlar yapmak mümkün. organik bir besleyici olarak, DON bir enerji kaynağı (karbon) veya bir azot kaynağı olarak ya olarak hizmet edebilir. Bu düşük NO 3 - akarsu, biz bir besin kaynağı olarak kullanımını yansıtmak için DON konsantrasyon artışı yorumlanır. NO 3 olarak N son derece müsait form ile mikrobiyal topluluklar sağlayarak - topluluk bu yeni kullanılabilir forma DON kaymıştır. Bu, daha önce DON sürüm hipotez 15 olarak anılır olmuştur. Buna karşılık, bu nitrat manipülasyonlar sırasında gözlenen negatif korelasyon bir enerji kaynağı olarak DON kullanımını yansıtacak şekilde yorumlanır. Bu heterotrofik süreç pasif-karbon araç hipotezini 1,15 olarak adlandırılmıştır. büyüme mevsimi boyunca DON oldukça değişken tepki DON ekledi besin nasıl tepki güçlü mevsimsellik göstermektedir. Bu veriler bazı sağlamakDON dere ekosistemleri içinde hizmet veren ekolojik rolüne ilişkin ilk alan bazlı deney sonuçları. Bu ekosistem manipülasyonları olumsuz sonuçları da biyokimyasal süreçler üzerinde kontrollere göre ortaya koymaktadır. Örneğin, Şekil 4, No 3 ilavesinden ortam DOC havuzunda ölçülebilir yanıtını gösterir -. Bu DOC ortam havuzu (bioreactive değil yani) son derece inatçı olduğunu göstermektedir. besin bakliyat defalarca örneğin büyüme mevsimi boyunca yapıldığında, biz nasıl ve ne zaman DOM havuzunun farklı fraksiyonları su mikrobiyal topluluklar tarafından kullanılan ilgili çıkarımlarda ve sonuçlar yapabilirsiniz. Bu manipülatif ekosistem ölçekli deneyler aracılığıyla katma besin dinamik aralığında DOM havuzunun belirli fraksiyonları arasındaki etkileşimi ayırt başardık. Özellikle bu sonuçlar, N-zengin fraksiyonve bağımsız DOM havuz döngüsünün C-zengin fraksiyon ve ekolojik ve biyokimyasal kontroller 16,17 kendi benzersiz kümesi olabilir. Bu besin ilavesi yöntemini kullanarak biz güçlü kanıt ve sadece daha önce laboratuvar inkubasyon 18,19 gözlenmiş DON labilite kalıplarına destek sağlamaktadır manipülatif alan bazlı veri sağlamak mümkün olmuştur.

Watch this Scientific Journal Video about Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems at JoVE.com

Akarsu Ekosistemlerinde Yerinde Besin Manipülasyonları Yoluyla Çözünmüş Organik Madde Biyojeokimyasını Anlamak | Çevre | Video

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

Çözünmüş organik madde, enerji ve ekosistemler akarsu besin önemli bir kaynak sağlar. Burada kolayca tekrarlanabilir besin darbeleri ile yerinde çözünmüş organik maddenin ortam havuzu işlemek için bir alan bazlı yöntemi göstermektedir.

Sayesinde Organik Madde biyojeokimya Çözünmüş Anlamak<em&gt; In Situ</em&gt; Akış Ekosistemlerde Besin manipülasyonları

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

understanding-dissolved-organic-matter-biogeochemistry-through-situ

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Environment

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

Ecology

Ecosystems

SCIENTISTS IN ACTION

10.1K Görüntüleme.  University of New Hampshire.  Çözünmüş organik madde, enerji ve ekosistemler akarsu besin önemli bir kaynak sağlar. Burada kolayca tekrarlanabilir besin darbeleri ile yerinde çözünmüş organik maddenin ortam havuzu işlemek için bir alan bazlı yöntemi göstermektedir. 

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

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

Sürekli Tasarımı ve İşletilmesi<sup&gt; 13</sup&gt; C ve<sup&gt; 15</supÜniformalı veya Diferansiyel için&gt; N Etiketleme Odası, Metabolik ve Yapısal, Bitki İzotop Etiketleme

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Çevre

Unraveling the Unseen Players in the Ocean - A Field Guide to Water Chemistry and Marine Microbiology

Here we introduce a series of thoroughly tested and well standardized research protocols adapted for use in remote marine environments. The sampling protocols include the assessment of resources available to the microbial community (dissolved organic carbon, particulate organic matter, inorganic nutrients), and a comprehensive description of the viral and bacterial communities (via direct viral and microbial counts, enumeration of autofluorescent microbes, and construction of viral and microbial metagenomes). We use a combination of methods, which represent a dispersed field of scientific disciplines comprising already established protocols and some of the most recent techniques developed. Especially metagenomic sequencing techniques used for viral and bacterial community characterization, have been established only in recent years, and are thus still subjected to constant improvement. This has led to a variety of sampling and sample processing procedures currently in use. The set of methods presented here provides an up to date approach to collect and process environmental samples. Parameters addressed with these protocols yield the minimum on information essential to characterize and understand the underlying mechanisms of viral and microbial community dynamics. It gives easy to follow guidelines to conduct comprehensive surveys and discusses critical steps and potential caveats pertinent to each technique.

Here, we present a comprehensive protocol to assess the organic and inorganic nutrient availability and the abundance and structure of microbial and viral communities in remote marine environments.

Su Kimya ve Deniz Mikrobiyoloji A Field Guide - Okyanusu&#39;nda gaybı Oyuncular çözülüyor

Here we introduce a series of thoroughly tested and well standardized research protocols adapted for use in remote marine environments. The sampling ...

Chemotactic Response of Marine Micro-Organisms to Micro-Scale Nutrient Layers

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and biogeochemical flux. However, to take advantage of nutrient patches in the ocean, swimming microbes must overcome the influences of physical forces including molecular diffusion and turbulent shear, which will limit the availability of patches and the ability of bacteria to locate them. Until recently, methodological limitations have precluded direct examinations of microbial behaviour within patchy habitats and realistic small-scale flow conditions. Hence, much of our current knowledge regarding microbial behaviour in the ocean has been procured from theoretical predictions. To obtain new information on microbial foraging behaviour in the ocean we have applied soft lithographic fabrication techniques to develop 2 microfluidic devices, which we have used to create (i) microscale nutrient patches with dimensions and diffusive characteristics relevant to oceanic processes and (ii) microscale vortices, with shear rates corresponding to those expected in the ocean. These microfluidic devices have permitted a first direct examination of microbial swimming and chemotactic behaviour within a heterogeneous and dynamic seascape. The combined use of epifluorescence and phase contrast microscopy allow direct examinations of the physical dimensions and diffusive characteristics of nutrient patches, while observing the population-level aggregative response, in addition to the swimming behaviour of individual microbes. These experiments have revealed that some species of phytoplankton, heterotrophic bacteria and phagotrophic protists are adept at locating and exploiting diffusing microscale resource patches within very short time frames. We have also shown that up to moderate shear rates, marine bacteria are able to  fight the flow  and swim through their environment at their own accord. However, beyond a threshold high shear level, bacteria are aligned in the shear flow and are less capable of swimming without disturbance from the flow. Microfluidics represents a novel and inexpensive approach for studying aquatic microbial ecology, and due to its suitability for accurately creating realistic flow fields and substrate gradients at the microscale, is ideally applicable to examinations of microbial behaviour at the smallest scales of interaction.  We therefore suggest that microfluidics represents a valuable tool for obtaining a better understanding of the ecology of microorganisms in the ocean.

The fabrication of microfluidic channels and their implementation in experiments for studying the chemotactic foraging behaviour of marine microbes within a patchy nutrient seascape and the swimming behaviour of bacteria within shear flow are described.

Mikro Ölçekli Besin Katmanlar Deniz Mikro-organizmalar kemotaktik Tepki

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and ...

Biyoloji

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.

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.

O Bentik Değişim<sub&gt; 2</sub&gt; K<sub&gt; 2</subKüçük Çekirdek KUluçkalar Kullanma&gt; ve Çözünmüş Besinler

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

Single-throughput Complementary High-resolution Analytical Techniques for Characterizing Complex Natural Organic Matter Mixtures

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to characterize. However, to understand the thermodynamic and kinetic controls on greenhouse gas (carbon dioxide [CO2] and methane [CH4]) production resulting from the decomposition of NOM, a molecular-level characterization coupled with microbial proteome analyses is necessary. Further, climate and environmental changes are expected to perturb natural ecosystems, potentially upsetting complex interactions that influence both the supply of organic matter substrates and the microorganisms performing the transformations. A detailed molecular characterization of the organic matter, microbial proteomics, and the pathways and transformations by which organic matter is decomposed will be necessary to predict the direction and magnitude of the effects of environmental changes. This article describes a methodological throughput for comprehensive metabolite characterization in a single sample by direct injection Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FTICR-MS), gas chromatography mass spectrometry (GC-MS), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), and proteomics analysis. This approach results in a fully-paired dataset which improves statistical confidence for inferring pathways of organic matter decomposition, the resulting CO2 and CH4 production rates, and their responses to environmental perturbation. Herein we present results of applying this method to NOM samples collected from peatlands; however, the protocol is applicable to any NOM sample (e.g., peat, forested soils, marine sediments, etc.).

This protocol describes a single throughput for complementary analytical and omics techniques culminating in a fully-paired characterization of natural organic matter and microbial proteomics in different ecosystems. This approach permits robust comparisons for identifying metabolic pathways and transformations important for describing greenhouse gas production and predicting responses to environmental change.

Karmaşık doğal organik madde karışımları karakterize için tek işlem hacmi tamamlayıcı yüksek çözünürlüklü analitik teknikler

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to ...

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.

Lentik Suların Perifiton Topluluklarının In Situ Birincil Verimliliğini Ölçmenin Düşük Maliyetli Bir Yöntemi

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

Dissolved Solute Sampling Across an Oxic-Anoxic Soil-Water Interface Using Microdialysis Profilers

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface in response to disturbances. Deciphering the rapid biogeochemical changes requires in situ, minimally invasive tools with high spatial and temporal sampling resolution. However, the available passive sampling devices are not very useful in many cases either due to their disposable nature or the complexity and extensive workload for sample preparation.
To address this problem, a microdialysis profiler with 33 individual polyethersulfone nanomembrane tubes (semipermeable, &#60;20 nm pore size) integrated into the one-dimensional skeleton (60 mm) was established to iteratively sample the dissolved compounds in porewater across the soil-water interface at a high resolution of 1.8 mm (outer diameter plus one spacing, i.e., 0.1 mm between probes). The sampling mechanism is based on the principle of concentration gradient diffusion. The automatic loading of degassed water allows minimal disturbance to the chemical species across the oxic-anoxic interface.
This paper describes the procedures of device setup and continuous porewater sampling across the soil-water interface on a daily basis. Concentration-depth profiles were selectively measured before (on Day 6) and after (on Day 7) disturbances induced by irrigation. The results showed that concentration-depth profiles were undergoing rapid changes, especially for redox-sensitive elements (i.e., iron and arsenic). These protocols can help investigate the biogeochemical responses across the soil-water interface under various disturbances caused by physical, chemical, and biological factors. The paper thoroughly discusses the advantages and disadvantages of this method for potential use in the environmental sciences.

A microdialysis profiler is described to sample dissolved porewater solutes across an oxic-anoxic soil-water interface in situ with minimal disturbance. This device is designed to capture rapid changes in concentration-depth profiles induced by disturbances at the soil-water interface and beyond.

Mikrodiyaliz profilleyicileri kullanılarak oksik-anoksik toprak-su arayüzü boyunca çözünmüş çözünmüş numune alımı

Biogeochemical processes shift rapidly in both spatial (millimeter scale) and temporal (hour scale to day scale) dimensions at the oxic-anoxic interface ...

Besin Yönetimi için Biyojeokimyasal Verilerin Entegre Görselleştirilmesi

Visualization of Productivity Zones Based on Nitrogen Mass Balance Model in Narragansett Bay, Rhode Island

Primary productivity in the coastal regions, linked to eutrophication and hypoxia, provides a critical understanding of ecosystem function. Although primary productivity largely depends on riverine nutrient inputs, estimation of the extent of riverine nutrient influences in the coastal regions is challenging. A nitrogen mass balance model is a practical tool to evaluate coastal ocean productivity to understand biological mechanisms beyond data observations. This study visualizes the biological production zones in Narragansett Bay, Rhode Island, USA, where hypoxia frequently occurs, by applying a nitrogen mass balance model. The Bay is divided into three zones - brown, green, and blue zones - based on primary productivity, which are defined by the mass balance model results. Brown, green, and blue zones represent a high physical process, a high biological process, and a low biological process zone, depending on river flow, nutrient concentrations, and mixing rates. The results of this study can better inform nutrient management in the coastal ocean in response to hypoxia and eutrophication.

Yazar Spotlight: Etkili Besin Yönetimi için Riverine Nitrojen Etkilerini ve Birincil Üretkenliği Anlamak

Here, we aim to visualize the zonation of biological productivity in Narragansett Bay, Rhode Island, based on the nitrogen mass balance model. The results will inform nutrient management in the coastal regions to reduce hypoxia and eutrophication.

Narragansett Körfezi, Rhode Island'da Azot Kütle Dengesi Modeline Dayalı Verimlilik Bölgelerinin Görselleştirilmesi

Primary productivity in the coastal regions, linked to eutrophication and hypoxia, provides a critical understanding of ecosystem function. Although ...

Sayesinde Organik Madde biyojeokimya Çözünmüş Anlamak

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Sürekli Tasarımı ve İşletilmesi

Su Kimya ve Deniz Mikrobiyoloji A Field Guide - Okyanusu'nda gaybı Oyuncular çözülüyor

Mikro Ölçekli Besin Katmanlar Deniz Mikro-organizmalar kemotaktik Tepki

O Bentik Değişim

Karmaşık doğal organik madde karışımları karakterize için tek işlem hacmi tamamlayıcı yüksek çözünürlüklü analitik teknikler

Lentik Suların Perifiton Topluluklarının In Situ Birincil Verimliliğini Ölçmenin Düşük Maliyetli Bir Yöntemi

Mikrodiyaliz profilleyicileri kullanılarak oksik-anoksik toprak-su arayüzü boyunca çözünmüş çözünmüş numune alımı

Narragansett Körfezi, Rhode Island'da Azot Kütle Dengesi Modeline Dayalı Verimlilik Bölgelerinin Görselleştirilmesi

Narragansett Körfezi, Rhode Island'da Azot Kütle Dengesi Modeline Dayalı Verimlilik Bölgelerinin Görselleştirilmesi

Narragansett Körfezi, Rhode Island'da Azot Kütle Dengesi Modeline Dayalı Verimlilik Bölgelerinin Görselleştirilmesi