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. Identificare e caratterizzare i Ideale Sperimentale flusso Reach <ol><li> Assicurarsi che raggiunge flusso sperimentali sono abbastanza a lungo per promuovere la completa miscelazione di soluti 11 e abbastanza a lungo in cui potrebbe essere l&#39;assorbimento biologico. lunghezze Reach possono variare tra i corsi d&#39;acqua ed esperimenti. In piccoli flussi headwater primo ordine, raggiunge la lunghezza può variare da 20-150 m (o più, se il sistema richiede) a seconda di scarico e altre proprietà fis...

<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;obiettivo del metodo di impulso di nutrienti, come presentato qui, è quello di caratterizzare e quantificare la risposta del grande diversità piscina di ambiente DOM flusso di acqua attraverso una gamma dinamica di un nutriente inorganico aggiunto. Se il soluto aggiunto aumenta sufficientemente la concentrazione del soluto reattiva, un grande spazio inferenziale può essere creato per capire come il ciclo biogeochimico del DOM è legata a concentrazioni di nutrienti. Questo approccio impulso nutriente è ideale ...

sostanza organica disciolta (DOM) fornisce un&#39;importante fonte di energia e di nutrienti acqua dolce ecosistemi ed è definito come materia organica che passa attraverso un filtro 0,7 micron. All&#39;interno di ecosistemi acquatici, DOM può anche influenzare attenuazione chiara e metalli complessi. DOM è una miscela altamente diversificata ed eterogenea di composti organici con diversi gruppi funzionali, nonché nutrienti essenziali quali azoto (N) e fosforo (P). Mentre il termine &quot;DOM&quot; descrive l&#39;intera piscina compreso il suo C, N e P componenti, la sua concentrazione è misurata come carbonio organico disciolto (DOC). La complessità molecolare intrinseca della piscina DOM tuttavia, crea sfide per il suo studio. Ad esempio, non esiste un modo diretto per misurare la frazione del pool totale DOM composto di sostanze organiche quali azoto organico disciolto (DON) e fosforo organici disciolti (DOP). Invece, la concentrazione di sostanze organiche deve essere determinato per differenza ( <em&gt; ad esempio [DON] = [azoto totale disciolto] - [dissolto azoto inorganico]). Aggiunta di una modifica DOM realistico per un flusso è difficile a causa della diversità della piscina DOM ambiente. Studi precedenti hanno aggiunto le fonti di carbonio singoli (ad esempio glucosio, urea 1) o di una particolare sorgente come lettiera percolato 2 per manipolare concentrazioni in campo. Tuttavia, queste fonti non sono particolarmente rappresentativi della piscina DOM ambiente. Cercando di perfezionare o concentrato DOM ambiente per la successiva sperimentazione è anche battuto con difficoltà, tra cui la perdita di alcune frazioni (ad esempio componenti altamente labili) durante la lavorazione. Di conseguenza, è difficile capire i controlli sulla piscina DOM ambiente come noi attualmente non possediamo alcun metodo per manipolare direttamente alla piscina DOM ambiente. Tuttavia, dal momento che la biogeochimica del DOM è legata a sostanze nutritive che si trovano comunemente nell&#39;ambiente (ad es NITtasso di [NO 3 -] 3), possiamo aggiungere altri soluti per streaming ecosistemi e misurare la risposta della piscina DOM di queste manipolazioni. Esaminando come la piscina DOM risponde a una vasta gamma di concentrazioni di nutrienti sperimentalmente imposti speriamo di ottenere una migliore comprensione di come DOM risponde alle mutevoli condizioni ambientali. Un metodo comunemente usato nel flusso biogeochimica è metodo di aggiunta di nutrienti. Esperimenti aggiunta di nutrienti sono stati tradizionalmente utilizzati per comprendere la cinetica di assorbimento o il destino del 4,5,6,7 soluto aggiunto. Aggiunte nutrienti possono essere a breve termine sul hr 6 in scala giorno 4, o manipolazioni a lungo termine nel corso di più anni 8. Aggiunte nutrienti possono includere anche con isotopi nutrienti etichettati (ad esempio 15 N-NO 3 -) per tracciare sostanza nutritiva aggiunta attraverso reazioni biogeochimici. Tuttavia, gli studi isotopi-based sono spesso Expensive e richiedono analisi impegnative (ad esempio digestioni) dei comparti multipli bentonici in cui possono essere conservati i nutrienti isotopi marcati. Sperimentazione recente ha rivelato l&#39;utilità di impulsi di nutrienti a breve termine per chiarire i controlli soluti non aggiunto e ambientali come DOM 9,10, rivelando un nuovo modo con il quale per esaminare in tempo reale nelle reazioni biogeochimici situ. Qui si descrive e illustra le misure metodologici fondamentali per la conduzione degli impulsi di nutrienti a breve termine con l&#39;obiettivo di comprendere la biogeochimica accoppiata di C e N e in particolare i controlli sulla grande diversità piscina DOM. Questo metodo facilmente riproducibile comporta l&#39;aggiunta di un impulso di nutrienti in un flusso portata sperimentale e misurando le variazioni nella concentrazione del soluto sia manipolata e la variabile di risposta di interesse (ad esempio DOC, DON, DOP). Manipolando direttamente concentrazioni di nutrienti in situ siamo in grado di modificare indirettamente il DOMpiscina e esaminare come DOM variazioni di concentrazione di tutta una gamma dinamica di concentrazioni di nutrienti 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="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Figura 3: Esempio. I risultati di nitrati (NO 3 -) Aggiunte con Dissolved Azoto (DON) come la variabile di risposta Le analisi sono regressioni lineari. Gli asterischi rappresentano la significatività statistica a α = 0,05. Nota la gamma dinamica in NO 3 - concentrazione che è stato raggiunto con il metodo dell&#39;impul...

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

materia organica disciolta fornisce una fonte importante di energia e nutrienti per lo streaming ecosistemi. Qui mostriamo un metodo basato su campi di manipolare il pool ambiente di materia organica disciolta in situ tramite impulsi di nutrienti facilmente replicabili.

Capire disciolto materia organica Biogeochimica Attraverso<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrienti Manipolazioni in Stream ecosistemi

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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