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. Identificar e caracterizar o Ideal Experimental Corrente Alcance <ol><li> Certifique-se que experimentais de transmissão atinge são longos o suficiente para promover a mistura completa dos solutos 11 e longas o bastante para que a absorção biológica pode ocorrer. comprimentos de alcance pode variar entre os córregos e experimentos. Em riachos de cabeceira pequenas de primeira ordem, chegar comprimento pode variar de 20-150 m (ou mais, se o sistema exigir) dependendo de descarga e outras propriedade...

<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>

O objetivo do método de pulso de nutrientes, como apresentado aqui, é caracterizar e quantificar a resposta da piscina altamente diversificada de ambiente DOM água do córrego em toda uma gama dinâmica de um nutriente inorgânico acrescentou. Se o soluto adicionado suficientemente aumenta a concentração do soluto reactivo, um grande espaço inferencial pode ser criado para compreender como o ciclo biogeoquímico de DOM é ligado a concentrações de nutrientes. Esta abordagem pulso nutriente é ideal, pois envolve...

matéria orgânica dissolvida (MOD) fornece uma importante fonte de energia e nutrientes para os ecossistemas de água doce e é definida como a matéria orgânica que passa através de um filtro de 0,7 um. Dentro de ecossistemas aquáticos, DOM também pode influenciar a atenuação da luz e complexação de metais. DOM é uma mistura altamente diversificada e heterogéneo de compostos orgânicos com vários grupos funcionais, bem como nutrientes essenciais, tais como o azoto (N) e fósforo (P). Embora o termo &quot;DOM&quot; descreve toda a piscina, incluindo a sua relação C, componentes de N e P, a sua concentração é medida como carbono orgânico dissolvido (COD). A complexidade molecular inerente da piscina DOM no entanto, cria desafios para o seu estudo. Por exemplo, não há nenhuma maneira directa para medir a fracção do conjunto total de DOM composto de nutrientes orgânicos, tais como o azoto orgânico dissolvido (DON) e fósforo orgânico dissolvido (DOP). Em vez disso, a concentração de nutrientes orgânicos deve ser determinada por diferença ( <em&gt; eg [DON] = [nitrogênio total dissolvido] - [dissolvido nitrogênio inorgânico]). Adicionando uma alteração DOM realista para um fluxo é difícil devido à diversidade da piscina DOM ambiente. Estudos anteriores acrescentou fontes de carbono simples (por exemplo, glicose, uréia 1) ou de uma fonte específica, como a maca da folha de lixiviados 2 para manipular as concentrações no campo. No entanto, estas fontes não são particularmente representativo da piscina DOM ambiente. Tentando refinar ou se concentrar DOM ambiente para experimentação posterior também é feito com dificuldades, incluindo a perda de certas frações (por exemplo, componentes altamente instáveis) durante o processamento. Como resultado, é difícil de entender os controles da piscina DOM ambiente como nós atualmente não possuem qualquer método para manipular diretamente a piscina DOM ambiente. No entanto, desde a biogeoquímica de DOM está ligada aos nutrientes comumente encontrados no ambiente (por exemplo, nittaxa de [NO 3 -] 3), podemos acrescentar outros solutos para transmitir os ecossistemas e medir a resposta da piscina DOM para essas manipulações. Examinando como a piscina DOM responde a uma ampla gama de concentrações de nutrientes experimentalmente impostas esperamos obter uma melhor visão sobre como DOM responde a variações nas condições ambientais. Um método vulgarmente utilizado em fluxo biogeochemistry é o método da adição de nutrientes. Experimentos de adição de nutrientes têm sido tradicionalmente usado para entender cinética do consumo ou o destino do 4,5,6,7 soluto acrescentou. Adições de nutrientes podem ser de curto prazo na hr 6 a escala dia 4 ou manipulações de longo prazo ao longo de vários anos 8. Adições de nutrientes também podem incluir isotopicamente nutrientes (por exemplo, 15 N-NO 3 -) para traçar nutrientes adicionados através de reações biogeoquímicas. No entanto, estudos baseados em isótopos são frequentemente expensive e exigem análises difíceis (por exemplo, digestões) dos vários compartimentos bentônicos onde os nutrientes isotopicamente marcados podem ser retidos. Experimentação recente revelou a utilidade de impulsos de curto prazo de nutrientes para elucidar os controles não solutos adicionados e ambientais, tais como DOM 9,10, revelando uma nova forma pela qual a analisar em tempo real em reacções bioquímicos in situ. Aqui nós descrevemos e demonstrar os passos metodológicos fundamentais para a realização de pulsos de nutrientes de curto prazo com o objetivo de compreender a biogeoquímica acoplado de C e N e, especificamente, os controles na piscina DOM altamente diversificada. Este método envolve a adição facilmente reprodutível um pulso de nutrientes a um alcance fluxo experimental e medição de alterações na concentração de soluto, tanto o manipulada e variável de resposta de interesse (por exemplo, DOC, DON, DOP). Ao manipular diretamente as concentrações de nutrientes in situ que são capazes de alterar indiretamente o DOMpiscina e examinar como DOM concentração alterações em uma gama dinâmica de concentrações de nutrientes 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: Exemplo. Os resultados de nitrato (NO3 -) Adições com Dissolvido nitrogênio orgânico (DON) como variável de resposta As análises são regressões lineares. Asteriscos representam significância estatística em α = 0,05. Note-se a gama dinâmica em NO3 - concentração que foi conseguida com o método de pul...

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

matéria orgânica dissolvida constitui uma importante fonte de energia e nutrientes para transmitir ecossistemas. Aqui demonstramos um método à base de campo para manipular a piscina ambiente de matéria orgânica dissolvida in situ por meio de impulsos de nutrientes facilmente reproduzíveis.

Compreender orgânico dissolvido Matéria Biogeoquímica Através<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrientes Manipulações no córrego Ecossistemas

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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