Name: understanding dissolved organic matter biogeochemistry through in situ nutrient manipulations in stream ecosystems
Uploaded: 2016-10-29T15:00:00
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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. Identification et caractérisation de l&#39;Idéal volet expérimental Portée <ol><li> Veiller à ce que flux atteint expérimentaux sont assez longtemps pour favoriser le mélange complet des solutés 11 et assez longues où l&#39; absorption biologique peut se produire. longueurs Reach peuvent varier selon les cours d&#39;eau et des expériences. Dans les petits ruisseaux de tête de premier ordre, atteindre la longueur peut varier de 20 à 150 m (ou plus si le système exige) en fonction de décharge...

<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>

L&#39;objectif de la méthode d&#39;impulsion des éléments nutritifs, tel que présenté ici, est de caractériser et quantifier la réponse de la piscine très diversifiée de la température ambiante DOM de l&#39;eau des cours d&#39;eau à travers une gamme dynamique d&#39;un nutriment inorganique ajouté. Si le soluté ajouté augmente suffisamment la concentration du soluté réactif, un grand espace déductive peut être créé pour comprendre comment le cycle biogéochimique des DOM est liée à des concentratio...

La matière organique dissoute (DOM) fournit une source d&#39;énergie et de nutriments importants écosystèmes d&#39;eau douce et est définie comme la matière organique qui passe à travers un filtre de 0,7 um. Dans les écosystèmes aquatiques, DOM peut également influer sur l&#39;atténuation de la lumière et de complexation de métal. DOM est un mélange très diverse et hétérogène de composés organiques avec divers groupes fonctionnels, ainsi que des éléments nutritifs essentiels tels que l&#39;azote (N) et du phosphore (P). Bien que le terme &quot;DOM&quot; décrit toute la piscine, y compris son C, N et P composantes, sa concentration est mesurée en carbone organique dissous (COD). Cependant, la complexité moléculaire inhérente à la piscine DOM crée des défis à son étude. Par exemple, il n&#39;y a aucun moyen direct de mesurer la fraction de la piscine DOM totale composée de nutriments organiques tels que l&#39;azote organique dissous (DON) et phosphore organique dissous (DOP). Au lieu de cela, la concentration des nutriments organiques doit être déterminée par la différence ( <em&gt; par exemple [DON] = [azote total dissous] - [azote inorganique dissous]). Ajout d&#39;un amendement DOM réaliste à un flux est difficile en raison de la diversité de la piscine DOM ambiante. Des études antérieures ont ajouté des sources de carbone simples (par exemple le glucose, l&#39; urée 1) ou une source particulière telle que la litière de feuilles lixiviat 2 à manipuler des concentrations dans le domaine. Toutefois, ces sources ne sont pas particulièrement représentatif de la piscine DOM ambiante. Essayer d&#39;affiner ou de concentré DOM ambiante pour l&#39; expérimentation ultérieure est également forgé avec des difficultés , y compris la perte de certaines fractions (par exemple des composants hautement labiles) au cours du traitement. En conséquence, il est difficile de comprendre les contrôles sur la piscine DOM ambiante que nous ne possédons actuellement pas de méthode pour manipuler directement la piscine DOM ambiante. Cependant, étant donné que la biogéochimie des DOM est liée aux nutriments couramment dans l&#39;environnement (par exemple nittaux [NO 3 -] 3), nous pouvons ajouter d&#39; autres solutés à flux écosystèmes et de mesurer la réponse de la piscine DOM à ces manipulations. En examinant la façon dont la piscine DOM répond à une large gamme de concentrations en nutriments expérimentalement imposées, nous espérons acquérir une meilleure visibilité sur la façon dont DOM répond aux fluctuations des conditions environnementales. Une méthode couramment utilisée dans le courant biogéochimie est la méthode d&#39;ajout d&#39;éléments nutritifs. Expériences d&#39;addition d&#39; éléments nutritifs ont traditionnellement été utilisés pour comprendre la cinétique absorption ou le sort de la 4,5,6,7 soluté ajouté. Ajouts d&#39;éléments nutritifs peuvent être à court terme sur l&#39;heure 6 à l&#39; échelle de jour 4 ou manipulations à long terme au cours de plusieurs années 8. Ajouts d&#39;éléments nutritifs peuvent également inclure des éléments nutritifs isotopiquement marqué (par exemple 15 N-NO 3 -) pour tracer des éléments nutritifs ajoutés par des réactions biogéochimiques. Cependant, les études sur la base isotopes sont souvent EXPEnsive et nécessitent des analyses difficiles (par exemple les digestions) des compartiments multiples benthiques où les nutriments marqués par des isotopes peuvent être conservés. L&#39; expérimentation récente a révélé l&#39;utilité des impulsions de nutriments à court terme afin d&#39; élucider les contrôles sur les solutés non-ajoutée et ambiantes telles que DOM 9,10, révélant une nouvelle façon par laquelle d&#39;examiner en temps réel dans les réactions biogéochimiques in situ. Nous décrivons ici et de démontrer les principales étapes méthodologiques à mener des impulsions de nutriments à court terme dans le but de comprendre la biogéochimie couplée de C et N et en particulier les contrôles sur la piscine DOM très diversifié. Cette méthode consiste à ajouter facilement reproductible d&#39; une impulsion de nutriments dans un flux portée expérimentale et mesurer les variations de la concentration à la fois du soluté et de la variable manipulée de réponse d&#39;intérêt (par exemple , DOC, le DON, DOP). En manipulant directement les concentrations de nutriments in situ , nous sommes en mesure de modifier indirectement les DOMpiscine et examiner comment DOM changements de concentration à travers une gamme dynamique de concentrations en éléments nutritifs 10.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="593">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Nitrate</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td>Store purchased table salt can be used as well, however, it does contain trace levels of impurities</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Whatman GFF glass-fiber filters</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BD Filtering Syringe</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EMD Millipore Swinnex Filter Holders</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe stop-cock</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">YSI Multi-parameter probe</td>
			<td style="width:91px;">Yellow Springs International</td>
			<td>556-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Wide mouth HDPE 125 ml bottles</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">60 ml HDPE bottles</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">20 L bucket</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Field measuring tape</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lab labeling tape</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stir stick</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cooler</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sharpie pen</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Field notebook</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tweezers</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Zip-lock bags</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">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="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Figure 3: Exemple. Les résultats de Nitrate (NO 3 -) Additions avec Dissous azote organique (DON) comme variable de réponse Des analyses sont des régressions linéaires. Les astérisques représentent une signification statistique à α = 0,05. Noter que la plage dynamique de NO 3 - concentration qui a ?...

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

La matière organique dissoute constitue une importante source d&#39;énergie et de nutriments aux flux écosystèmes. Ici , nous démontrons une méthode sur le terrain pour manipuler la piscine ambiante de la matière organique dissoute in situ par des impulsions de nutriments facilement réplicables.

Comprendre Dissous Matière organique biogéochimie Grâce<em&gt; In Situ</em&gt; Manipulations éléments nutritifs dans les cours d&#39;eau Écosystèmes

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

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