Name: estimating sediment denitrification rates using cores and n2o microsensors
Uploaded: 2018-12-06T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors at JoVE.com

Den spanske regering afsat midler gennem Ministerio de Educación som et predoctoral stipendium til C.P-L. (FPU12-00644) og forskningslegater Ministerio de Economia y Competitividad: NitroPir (CGL2010-19737), Lacus (CGL2013-45348-P), overførsel () CGL2016-80124-C2-1-P). REPLIM-projektet (INRE - INTERREG-programmet. EUUN - EU. EFA056/15) støttede den endelige skrive i protokollen.

1. forberedelse
Bemærk: Begynde denne dag før målingerne er taget.
<ol><li>Samle måling setup (figur 1en, se Tabel af materialer). Bemærk: For at sikre en konstant og høj kvalitet strømforsyning, måling enhed er forbundet til greb via en nødstrømsforsyning (UPS), der kan også fungere som en sikkerhedskopi. I tilfælde af langvarige strømsvigt, en bilbatteri tjene som en ekstra strømkilde.</li>
	<li>Start...

<ol>
	<li>Rockstrom, 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=A+safe+operating+space+for+humanity.">A safe operating space for humanity.</a> Nature. 461 (7263), 472-475 (2009).</li><li>Erisman, J. W., Galloway, J., Seitzinger, S., Bleeker, A., Butterbach-Bahl, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+nitrogen+in+the+environment+and+its+effect+on+climate+change.">Reactive nitrogen in the environment and its effect on climate change.</a> Current Opinion in Environmental Sustainability. 3 (5), 281-290 (2011).</li><li>Gruber, N., Galloway, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Earth-system+perspective+of+the+global+nitrogen+cycle.">An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle.</a> Nature. 451 (7176), 293-296 (2008).</li><li>Tiedje, J. M., Zehnder, A. J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+4.+Ecology+of+denitrification+and+dissimilatory+nitrate+reduction+to+ammonium.">Ch. 4. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium.</a> Environmental Microbiology of Anaerobes. Vol. 717. , 179-244 (1988).</li><li>Seitzinger, S., 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=Denitrification+across+landscapes+and+waterscapes:+A+synthesis.">Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis.</a> Ecological Applications. 16 (6), 2064-2090 (2006).</li><li>Contribution of Working Group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , (2013).</li><li>Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., Portmann, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrous+Oxide+(N2O):+The+Dominant+Ozone-Depleting+Substance+Emitted+in+the+21st+Century.">Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century.</a> Science. 326 (5949), 123-125 (2009).</li><li>Balderston, W. L., Sherr, B., Payne, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blockage+by+acetylene+of+nitrous+oxide+reduction+in+Pseudomonas+perfectomarinus.">Blockage by acetylene of nitrous oxide reduction in Pseudomonas perfectomarinus.</a> Applied and Environmental Microbiology. 31 (4), 504-508 (1976).</li><li>Yoshinari, T., Knowles, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acetylene+inhibition+of+nitrous-oxide+reduction+by+denitrifying+bacteria.">Acetylene inhibition of nitrous-oxide reduction by denitrifying bacteria.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 69 (3), 705-710 (1976).</li><li>Groffman, P. M., 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=Methods+for+measuring+denitrification:+Diverse+approaches+to+a+difficult+problem.">Methods for measuring denitrification: Diverse approaches to a difficult problem.</a> Ecological Applications. 16 (6), 2091-2122 (2006).</li><li>Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denitrification+rates+in+a+marine+sediment+as+measured+by+the+acetylene+inhibition+technique.">Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique.</a> Applied and Environmental Microbiology. 36 (1), 139-143 (1978).</li><li>Revsbech, N. P., Nielsen, L. P., Christensen, P. B., Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+oxygen+and+nitrous-oxide+microsensor+for+denitrification+studies.">Combined oxygen and nitrous-oxide microsensor for denitrification studies.</a> Applied and Environmental Microbiology. 54 (9), 2245-2249 (1988).</li><li>Jorgensen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Annual+pattern+of+denitrification+and+nitrate+ammonification+in+estuarine+sediment.">Annual pattern of denitrification and nitrate ammonification in estuarine sediment.</a> Applied and Environmental Microbiology. 55 (7), 1841-1847 (1989).</li><li>Laverman, A. M., Van Cappellen, P., van Rotterdam-Los, D., Pallud, C., Abell, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+rates+and+pathways+of+microbial+nitrate+reduction+in+coastal+sediments.">Potential rates and pathways of microbial nitrate reduction in coastal sediments.</a> FEMS Microbiology Ecology. 58 (2), 179-192 (2006).</li><li>Ambus, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+denitrification+enzyme-activity+in+a+streamside+soil.">Control of denitrification enzyme-activity in a streamside soil.</a> FEMS Microbiology Ecology. 102 (3-4), 225-234 (1993).</li><li>Christensen, P. B., Rysgaard, S., Sloth, N. P., Dalsgaard, T., Schw&#230;rter, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sediment+mineralization,+nutrient+fluxes,+denitrification+and+dissimilatory+nitrate+reduction+to+ammonium+in+an+estuarine+fjord+with+sea+cage+trout+farms.">Sediment mineralization, nutrient fluxes, denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in an estuarine fjord with sea cage trout farms.</a> Aquatic Microbial Ecology. 21 (1), 73-84 (2000).</li><li>Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denitrification+Temperature+Dependence+in+Remote,+Cold,+and+N-Poor+Lake+Sediments.">Denitrification Temperature Dependence in Remote, Cold, and N-Poor Lake Sediments.</a> Water Resources Research. 54 (2), 1161-1173 (2018).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nitrous Oxide sensor user manual. , (2011).</li><li>Glew, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Miniature+gravity+corer+for+recovering+short+sediment+cores.">Miniature gravity corer for recovering short sediment cores.</a> Journal of Paleolimnology. 5 (3), 285-287 (1991).</li><li>Andersen, K., Kjaer, T., Revsbech, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+oxygen+insensitive+microsensor+for+nitrous+oxide.">An oxygen insensitive microsensor for nitrous oxide.</a> Sensors and Actuators B-Chemical. 81 (1), 42-48 (2001).</li><li>Weiss, R. F., Price, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrous+oxide+solubility+in+water+and+seawater.">Nitrous oxide solubility in water and seawater.</a> Marine Chemistry. 8 (4), 347-359 (1980).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nitrous Oxide Microsensors Specifications. , (2018).</li><li>Koike, I., Revsbech, N. P., S&#248;rensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+18.+Measurement+of+sediment+denitrification+using+15-N+tracer+method.">Ch. 18. Measurement of sediment denitrification using 15-N tracer method.</a> Denitrification in Soil and Sediment 10.1007/978-1-4757-9969-9 F.E.M.S. Symposium Series. , 291-300 (1990).</li><li>Hvorslev, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes. , 521 (1949).</li><li>Glew, J. R., Smol, J. P., Last, W. M., Last, W. M., Smol, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+5.+Sediment+Core+Collection+and+Extrusion.">Ch. 5. Sediment Core Collection and Extrusion.</a> Tracking Environmental Change Using Lake Sediments: Basin Analysis, Coring, and Chronological Techniques. 1, 73-105 (2001).</li><li>Behrendt, A., de Beer, D., Stief, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+activity+distribution+of+dissimilatory+nitrate+reduction+in+coastal+marine+sediments.">Vertical activity distribution of dissimilatory nitrate reduction in coastal marine sediments.</a> Biogeosciences. 10 (11), 7509-7523 (2013).</li><li>Laverman, A. M., Meile, C., Van Cappellen, P., Wieringa, E. B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vertical+distribution+of+denitrification+in+an+estuarine+sediment:+Integrating+sediment+flowthrough+reactor+experiments+and+microprofiling+via+reactive+transport+modeling.">Vertical distribution of denitrification in an estuarine sediment: Integrating sediment flowthrough reactor experiments and microprofiling via reactive transport modeling.</a> Applied and Environmental Microbiology. 73 (1), 40-47 (2007).</li><li>Melton, E. D., Stief, P., Behrens, S., Kappler, A., Schmidt, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+spatial+resolution+of+distribution+and+interconnections+between+Fe-+and+N-redox+processes+in+profundal+lake+sediments.">High spatial resolution of distribution and interconnections between Fe- and N-redox processes in profundal lake sediments.</a> Environmental Microbiology. 16 (10), 3287-3303 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SensorTrace BASIC 3.0 user manual. , (2010).</li><li>Schwing, P. 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=Sediment+Core+Extrusion+Method+at+Millimeter+Resolution+Using+a+Calibrated,+Threaded-rod.">Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod.</a> Journal of visualized experiments. (114), 54363 (2016).</li><li>Bernhardt, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ecology.+Cleaner+lakes+are+dirtier+lakes.">Ecology. Cleaner lakes are dirtier lakes.</a> Science. 342 (6155), 205-206 (2013).</li><li>Finlay, J. C., Small, G. E., Sterner, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+influences+on+nitrogen+removal+in+lakes.">Human influences on nitrogen removal in lakes.</a> Science. 342 (6155), 247-250 (2013).</li><li>Seitzinger, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denitrification+in+fresh-water+and+coastal+marine+ecosystems-+ecological+and+geochemical+significance.">Denitrification in fresh-water and coastal marine ecosystems- ecological and geochemical significance.</a> Limnology and Oceanography. 33 (4), 702-724 (1988).</li><li>Seitzinger, S. P., Nielsen, L. P., Caffrey, J., Christensen, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denitrification+measurements+in+aquatic+sediments+-+a+comparison+of+3+methods.">Denitrification measurements in aquatic sediments - a comparison of 3 methods.</a> Biogeochemistry. 23 (3), 147-167 (1993).</li><li>Christensen, P. B., Nielsen, L. P., Revsbech, N. P., Sorensen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microzonation+of+denitrification+activity+in+stream+sediments+as+studied+with+a+combined+oxygen+and+nitrous-oxide+microsensor.">Microzonation of denitrification activity in stream sediments as studied with a combined oxygen and nitrous-oxide microsensor.</a> Applied and Environmental Microbiology. 55 (5), 1234-1241 (1989).</li><li>Peter, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Denitrification+in+sediment+determined+from+nitrogen+isotope+pairing.">Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing.</a> FEMS Microbiology Ecology. 9 (4), 357-361 (1992).</li><li>Risgaard-Petersen, N., Nielsen, L. P., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Meyer, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+isotope+pairing+technique+in+sediments+where+anammox+and+denitrification+coexist.">Application of the isotope pairing technique in sediments where anammox and denitrification coexist.</a> Limnology and Oceanography-Methods. 1, 63-73 (2003).</li></ol>

De vigtigste fordele ved den beskrevne metode er brugen af minimalt forstyrret sediment kerne prøver og kontinuerlig registrering af N2O ophobning. Disse tillade vurdering af relativt lav denitrifikation satser, der er sandsynligvis svarer til de forekommende i situ. Ikke desto mindre er nogle aspekter vedrørende coring, sensor ydeevne og potentielle forbedringer diskuteret.
En tilsyneladende enkel men kritisk trin i metoden er god core opsving. Grænsefladen sediment/van...

Menneskeskabte ændring af kvælstofkredsløbet er et af de mest udfordrende problemer for Earth system1. Menneskelig aktivitet har mindst fordoblet niveauer af reaktivt nitrogen til biosfære2. Der er dog stadig stor usikkerhed med hensyn til hvordan den globale N cyklus skal evalueres. Et par flux skøn har opgjort med mindre end ±20% fejl, og mange har usikkerheder ±50% og større3. Disse usikkerheder viser behovet for nøjagtige skøn over denitrifikation satser på tværs af økosystemer og en forståelse af de underliggende mekanismer af variation. Denitrifikation er en mikrobiel aktivitet hvorigennem kvælstofholdige oxider, hovedsagelig nitrat og nitrit, er reduceret til dinitrogenoxider gasser, N2O og N24. Vej er yderst relevant biosfæren tilgængeligheden af reaktivt nitrogen, fordi det er den primære processen med fjernelse5. N2O er en drivhusgas med en GWP-værdi på næsten 300 gange at co2 over 100 år, og det er den nuværende største årsag til ozonlaget i stratosfæren som følge af de store mængder der udsendes6,7.
I følgende præsenterer vi en protokol til estimering af sediment denitrifikation priser ved hjælp af kerner og N2O mikrosensorer eksperimentelt (figur 1). Denitrifikation priser estimeres ved hjælp af acetylen hæmning metode8,9 og målinger af ophobning af N2O i en defineret periode (figur 2 og figur 3). Vi demonstrere metoden ved at anvende det på mountain lake sedimenter. Dette casestudie fremhæver resultater af metoden til påvisning af forholdsvis lave priser med minimal forstyrrelse af fysiske struktur af sedimenterne.
Denitrifikation er særligt vanskelig at måle10. Der er flere alternative tilgange og metoder, hver med fordele og ulemper. Ulemperne for tilgængelige metoder omfatter brug af dyre ressourcer, utilstrækkelig følsomhed og behovet for at ændre substrat niveauer eller ændre den fysiske konfiguration af processen ved hjælp af forstyrret prøver10. En endnu mere grundlæggende udfordring at måle N2 er dets forhøjede baggrundsniveauer i miljøet10. Reduktion af N2O N2 hæmmes af acetylen (C2H2)8,9. Således kan denitrifikation kvantificeres ved at måle den akkumulerede N2O ved tilstedeværelse af C2H2, som er muligt på grund af lav miljømæssige N2O niveauer.
Brug C2H,2 at måle denitrifikation priser i sedimenter blev udviklet omkring 40 år siden11, og indarbejdelsen af N2O sensorer opstod omkring 10 år senere12. De mest almindeligt anvendte acetylen-baseret tilgang er "statisk kernen". Den akkumulerede N2O er målt under en inkubationstid på op til 24 timer efter C2H2 er føjet til headspace forseglet sediment core10. Metoden beskrevet her følger denne procedure med nogle nyskabelser. Vi tilføje C2H2 af boblende gassen i vand fasen af kernen i nogle minutter, og vi fylde alle headspace med stikprøven vand før måling ophobning af N2O med en gastransport. Vi har desuden en omrøring system, der forhindrer stratificering af vandet uden resuspending sedimentet. Proceduren, der kvantificerer denitrifikation sats pr. sediment areal (fx, µmol N2O m-2 h-1).
Den høje rumlige og tidsmæssige variation af denitrifikation præsenterer en anden vanskelighed i dens nøjagtig kvantificering10. Normalt måles N2O ophobning sekventielt ved gaskromatografi af headspace prøver, der er indsamlet under inkubation. Den beskrevne metode giver forbedret overvågning af den tidsmæssige variation af N2O ophobning, fordi mikrosensorer giver en kontinuerlig signal. Gastransport multimeter er en digital mikrosensorer forstærker (picoammeter) der grænseflader med modtagne og computeren (figur 1en). Multimeter giver mulighed for flere N2O mikrosensorer skal anvendes på samme tid. For eksempel, op til fire sediment kan kerner fra den samme undersøgelse site måles samtidig at tage højde for den rumlige variation.
Core tilgang forstyrrer knap sediment struktur i forhold til nogle andre metoder (fx, gylle). Hvis integriteten af sedimenterne er ændret, fører dette til urealistiske denitrifikation priser13 der er kun tilstrækkelige til relative sammenligninger. Højere priser er altid fremstillet med gylle metoder i forhold til core metoder14, fordi sidstnævnte bevarer begrænsning af denitrifikation af substrat diffusion15. Gylle foranstaltninger anses ikke for repræsentative i situ satser16; de giver relativ foranstaltninger for sammenligninger med den nøjagtige samme procedure.
Metoden er velegnet til estimering af denitrifikation satser i enhver sediment type, der kan være kernehus. Vi anbefaler især metoden til udførelse af eksperimentelle manipulationer af nogle af de drivende faktorer. Eksempler er eksperimenter, der ændrer nitrat tilgængelighed og temperatur som er nødvendig for anslåelse af energi aktivering (Een) af denitrifikation17 (figur 2).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2.jpg"> Figur 1 : Eksperimentel opsætning. (en) generelt eksperimentel setup at anslå sediment denitrifikation priser ved hjælp af kerner og N2O mikrosensorer. Inkubation kammer sikrer mørket og kontrolleret temperatur (±0.3 ° C) betingelser. Fem intakt sediment kerner kan behandles samtidigt ved hjælp af deres respektive N2O sensorer. (b) N2O sensor calibration kammer. Vi tilpasset det med gummipropper og sprøjter at blande N2O vand (se protokollen trin 3.4.3). Der er et termometer til at styre vandtemperaturen. (c) nærbillede af et sediment core prøve med sensoren indsat i den centrale hul i dækslet til PVC og leddene forsegles med tape. Omrøreren hængende i vandet, og en elektromagnet er tæt på det og fastgjort til den ydre del af akryl røret. (d) Næroptagelse af N2O mikrosensorer tip beskyttet af et metal stykke. (e) en sediment kerne, der bare er blevet tilbagebetalt. Det var samplet fra en båd i en dyb sø; akryl røret med kerne er stadig fastgjort til messenger-tilpasset tyngdekraften corer19. Se Tabel af materialer til alle de elementer, der er nødvendige til at udføre denne metode. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:595px;" width="594">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:227px;">Messenger-adapted gravity corer</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Reference in the manuscript. Made by Glew, J.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:227px;">Sampling tube</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Acrylic. Dimensions: 100 cm (h) &#215; 6.35 cm (d) &#215; 6.50 cm (D). Sharpen the edge of the sampling tube that penetrates into the sediment to minimize the disturbance in the recovered sediment core sample.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Handheld sounder</td>
			<td style="width:65px;">Plastimo</td>
			<td style="width:100px;">38074</td>
			<td style="width:203px;">Echotest II Depth Sounder.</td>
		</tr>
		<tr height="128">
			<td height="128" style="height:128px;width:227px;">Rubber stopper</td>
			<td style="width:65px;">VWR</td>
			<td style="width:100px;">DENE1012114</td>
			<td style="width:203px;">With two holes, used to mix the N2O-water in the calibration chamber. Dimensions: 20 mm (h) &#215; 14 mm (d) &#215; 18 mm (D) (3 mm hole (D)).</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:227px;">Rubber stopper</td>
			<td style="width:65px;">VWR</td>
			<td style="width:100px;">217-0125</td>
			<td style="width:203px;">To seal the bottom part of the methacrylate tube and to sample in shallow water bodies. Dimensions: 45 mm (h) &#215; 56 mm (d) &#215; 65 mm (D).</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:227px;">PVC cover</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">To seal the top side part of the acrylic tube. Dimensions: 45 mm (h) &#215; 56 mm (d) &#215; 65 mm (D). Dimensions: 65 mm (D).</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:227px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Waterproof. To ensure all joints (PVC cover sampling tube and PVC cover sensor) and to avoid water leaks.</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:227px;">Thermometer</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Portable and waterproof, to measure the temperature in the water overlying the sediment just after sampling the cores.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:227px;">GPS</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">To save the location of a new sampling site or to arrive at a previous site.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Wader</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">For littoral or shallow site samplings.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:227px;">Boat</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">An inflatable boat is the best option for its lightness if the sampling site is not accessible by car.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:227px;">Rope</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Rope with marks showing its length (e.g., marked with a color code to distinguish each meter).</td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:227px;">N2O gas bottle and pressure reducer</td>
			<td style="width:65px;">Abell&#243; Linde</td>
			<td style="width:100px;">32768-100</td>
			<td style="width:203px;">Gas bottle reference.</td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:227px;">C2H2 gas bottle and pressure reducer</td>
			<td style="width:65px;">Abell&#243; Linde</td>
			<td style="width:100px;">32468-100</td>
			<td style="width:203px;">Gas bottle reference.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:227px;">Tube used to evacuate the excess of water</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Consists of a solid part (e.g., a 5 ml pipette tip without its narrowest end) inserted in a silicone tube.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">Nitrous Oxide Minisensor w/ Cap</td>
			<td style="width:65px;">Unisense</td>
			<td style="width:100px;">N2O-R</td>
			<td style="width:203px;">We use 4 sensors at a time.</td>
		</tr>
		<tr height="235">
			<td height="235" style="height:235px;width:227px;">Microsensor multimeter 4 Ch. 4 pA channels</td>
			<td style="width:65px;">Unisense</td>
			<td style="width:100px;">Multimeter</td>
			<td style="width:203px;">Picoammeter logged to a laptop. The standard device allows for 2 sensor picoammeter connections (e.g., N2O sensor), one pH/mV and a thermometer. We ordered a device with four picoammeter connections, allowing the use of 4 N2O sensors simultaneously.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:227px;">SensorTrace Basic 3.0 Windows software</td>
			<td style="width:65px;">Unisense</td>
			<td style="width:100px;"></td>
			<td style="width:203px;">Sensor data acquisition software.</td>
		</tr>
		<tr height="107">
			<td height="107" style="height:107px;width:227px;">Calibration Chamber incl. pump</td>
			<td style="width:65px;">Unisense</td>
			<td style="width:100px;">CAL300</td>
			<td style="width:203px;">Calibration chamber. We tuned it with rubber stoppers and syringes to mix the N2O-water without making bubbles.</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:227px;">Incubation chamber</td>
			<td style="width:65px;">Ibercex</td>
			<td style="width:100px;">E-600-BV</td>
			<td style="width:203px;">Indispensable equipment for working at a constant temperature (&#177;0.3 &#176;C). It also allows control of the photoperiod.</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:227px;">Electric stirrer</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Part of the stirring system. It hangs in the water, overlying the sediment subject, by a fishing line that is hooked to the PVC cover.</td>
		</tr>
		<tr height="252">
			<td height="252" style="height:252px;width:227px;">Electromagnet</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Part of the stirring system. It is fixed to the outside of the acrylic tube, approximately at the same level as the stirrer. It is activated episodically (ca. 1 on-off per s) by a circuit, attracting the stirrer when it is on and releasing it when it is off, thereby generating the movement that agitates the water.</td>
		</tr>
		<tr height="126">
			<td height="126" style="height:126px;width:227px;">Electromagnetic pulse circuit</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">Part of the stirring system. It is connected by wires to the electromagnet and sends pulses of current that turn the electromagnet on and off.</td>
		</tr>
		<tr height="170">
			<td height="170" style="height:170px;width:227px;">Uninterruptible power supply (UPS)</td>
			<td style="width:65px;">-</td>
			<td style="width:100px;">-</td>
			<td style="width:203px;">It improves the quality of the electrical energy that reaches the measurement device, filtering the highs and low of the voltage, thereby ensuring a more constant and stable N2O sensor signal.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

estimating sediment denitrification rates using cores and n2o microsensors

Denitrifikation er den primære biogeokemiske proces at fjerne reaktive nitrogen fra biosfæren. Den kvantitative evaluering af denne proces er blevet særlig relevant for vurderingen af den menneskeskabte ændres globale kvælstofkredsløbet og emission af drivhusgasser (dvs. N2O). Der findes flere metoder til måling af denitrifikation, men ingen af dem er helt tilfredsstillende. Problemer med eksisterende metoder omfatter deres utilstrækkelige følsomhed, og behovet for at ændre substrat niveauer eller ændre den fysiske konfiguration af processen ved hjælp af forstyrret prøver. Dette arbejde beskriver en metode til vurdering af sediment denitrifikation satser, der kombinerer coring, acetylen hæmning og mikrosensorer målinger af den akkumulerede N2O. De vigtigste fordele ved denne metode er en lav forstyrrelse af sediment struktur og samlingen af en kontinuerlig registrering af N2O ophobning; disse aktiverer skøn over pålidelige denitrifikation priser med minimum værdier op til 0,4-1 µmol N2O m-2 h-1. Evnen til at manipulere nøglefaktorer er en yderligere fordel for at opnå eksperimentelle indsigter. Protokollen beskriver procedurer for indsamling af kerner, kalibrere sensorer, udfører acetylen hæmning, måling af N2O ophobning, og beregningen denitrifikation. Metoden er velegnet til estimering denitrifikation satser i enhver akvatiske system med genfindelig sediment kerner. Hvis N2O-koncentrationen er over detektionsgrænsen for sensoren, kan acetylen hæmning trin udelades til at anslå N2O-emissioner i stedet for denitrifikation. Vi viser, hvordan til at estimere både faktiske og potentielle denitrifikation priser ved at øge nitrat tilgængelighed samt temperatur afhængigheden af processen. Vi illustrere procedure ved hjælp af mountain lake sedimenter og diskutere fordele og svagheder ved den teknik sammenlignet med andre metoder. Denne metode kan ændres til særlige formål. for eksempel kan det kombineres med 15N røbestoffer at vurdere nitrifikation og denitrifikation eller felt i situ målinger af denitrifikation priser.

468 denitrifikation satser alt blev anslået ved hjælp af protokollen over i sedimenter fra pyrenæiske mountain søer i perioden 2013-2014. Vi viser nogle af disse resultater til at illustrere proceduren (figur 2 og figur 3). Generelt, har den lineære model mellem N2O koncentration og tid god korrelation (R2 ≥ 0,9). Hældningen af forholdet giver et estimat af denitrifikation sats (trin 7.3; f.eks.<...

Watch this Scientific Journal Video about Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors at JoVE.com

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Denne metode estimerer sediment denitrifikation priser i sediment kerner ved hjælp af acetylen hæmning teknik og mikrosensorer målinger af den akkumulerede N2O. Protokollen beskriver procedurer for indsamling af kerner, kalibrere sensorer, udfører acetylen hæmning, måling af N2O ophobning, og beregningen denitrifikation.

Estimering af Sediment denitrifikation priser ved hjælp af kerner og N2O mikrosensorer

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

Denne metode kan hjælpe med at besvare centrale spørgsmål i biogeokemi i forbindelse med denitrificering i sedimenter, som er relevante for forståelsen af kvælstofcyklussen og drivhusgasemissionerne. De største fordele ved denne teknik er den lave forstyrrelse af sedimentstrukturen og beholderregistreringen af nitrogenoxidakkumulering med henblik på pålidelig lse af denitrificeringshastigheden. For dybvandsområder skal prøveudtagningsstedet vælges i overensstemmelse med undersøgelsesmålene.Vær opmærksom på positionen ved hjælp af GPS-koordinater og tag måledybden ved hjælp af en håndholdt lyd. Der skal anvendes et rør tilpasset tyngdekraftskorringssystem, indtil prøvetagningsrøret er ca. en meter fra sedimentet. Stabilisere prøvetagningsudstyret i 60 sekunder for at sikre korrekt sedimentindtrængning og genvinding af en knap forstyrret sedimentkerne.Der frigives ca. en meter mere reb, så prøvetagningsrøret trænger ind i sedimentet. Vær opmærksom på, at hvis prøvetagningsrøret trænger for meget ind, kan det forstyrre vand-sediment interface. Slip budbringeren, mens du forsøger at holde spændingen i rebet, så corer forbliver fast og i en lodret position.Genvind corer ved at trække rebet konstant og forsigtigt. Når kernen er tæt på overfladen, men stadig er helt nedsænket, skal du placere en gummiprop i bunden af prøvetagningsrøret. Løft hele coring systemet op fra vandet.Undersøg vand-sediment interface. Det skal være klart og ikke synligt forstyrret. Slip prøverøret ud af kernen, og anslæng et PVC-dæksel på toppen.Forsegle røret med tape undgå dannelsen af luftrummet. Når prøveudtagning fra bogstavelige levesteder og lavvandede organer, kjole i en vadefuker til prøveudtagning i meget lavt vand. Sæt prøvetagningsrøret manuelt ind i sedimentet.Anlæt en gummiprop i prøvetagningsglassets overside for at opnå et vakuum. Fjern corer fra sedimentet og hurtigt indføre en anden gummi prop på røret bunden. For kalibreringsværdien med nul lattergas skal sensorsignalet først læses, så sensorspidsen er dykket ned i deioniseret vand.For at kalibrere med lattergasvand i den ønskede koncentration opnås lattergasmættet vand ved at boble lattergas i deioniseret vand i et par minutter. Lattergasmættet vand fortyndes ved at tilsætte et bestemt volumen mættet lattergasvand til en mængde deioniseret vand. Bland forsigtigt lattergasmættet vand med deioniseret vand i kalibreringsbeholderen for at fortynde det til den ønskede koncentration.Ved blanding af opløsningen skal du passe på ikke at generere bobler, da dette ville fjerne lattergas fra kalibreringsopløsningen. Læs nu sensorsignalet, når det er konstant. Denne aflæsning er kalibreringsværdien med X micromolar lattergasvand.Skift PVC-dækslet øverst på hver sedimentkerne til et andet dæksel med et hul i midten og en hængende magnetisk omrører. Reseal krydset med tape. Reducer vandfasen af hver prøve til en omtrentlig højde på 12 centimeter.Til dette, først indsætte en silicium rør i det centrale hul. Derefter sætte sedimentet kerne i en cylinder og skubbe den nederste prop for at skabe tryk. Proppen og sedimentprøven går op, og det overskydende vand passerer gennem røret.Opsaml vandet i et modtagerfartøj. Udfør acetylenhæmning ved at boble med acetylengas i kernens vandfase i ca. 10 minutter. Undgå at opspnuse sedimentet.Fyld alt luftrummet med det forrige sidevand, før du forsegler krydssensoren PVC-dækslet. Placer sensoren i sedimentkernen gennem det centrale hul i pvc-dækslet oversiden. Sensorens spids skal være placeret i vandfasen over omrøreren.Tænd for det elektromagnetiske pulskredsløb, der er en del af omrøringssystemet. Flyt elektromagnetet rundt i den ydre del af akrylrøret, indtil omrøreren bevæger sig kontinuerligt, og fastgør den derefter med tape. Luk inkubationskammeret for at sikre en konstant temperatur.Tryk på optageknappen på sensorsoftwaren for at begynde at optage sensorsignalet. Tryk derefter på stopknappen i slutningen af måleperioden. Vent mindst 10 minutter med sensorens spids nedsænket i frit lattergasvand, før signalet fra nulnudst lattergaskalibreringsforanstaltningen aflæses.Når du har udført en endelig sensorkalibrering, skal du gemme filen ved hjælp af sensorsoftwaren. For at udføre beregninger af denitrificeringshastigheden skal du starte med en tabuleret outputfil, der genereres af sensorens software, og som indeholder registreringen af sensorens signal i millivolt og mikromånenuspiske oxider og kalibreringsdataene. Bloker sensorens signal mod tiden for at visualisere lattergasakkumuleringstendensen.Brug kun tidsintervallet med en lineær akkumulering eksklusive prøvens indledende akklimatiseringsperiode og en mulig endelig mætning på grund af substratbegrænsning. Denitrification satser blev anslået ved hjælp af denne protokol i sedimenter fra Pyrenæiske bjergsøer i perioden 2013 til 2014. Her måles satserne fra Lake Plan uden nitrat tilsætning.Målingerne er støjende, og kun i nogle tilfælde kan satserne vurderes korrekt. I dette tal udviser de samme prøver, der er vist med nitrat tilsætning, mere stabile aflæsninger og et godt skøn over de potentielle rater. Mens denne procedure tilnærmer denitrificering og se satserne, det giver også en måde at eksperimentelt ændre nøglefaktorer, der styrer denne aktivitet.For at teste temperatur og substrater, så glem ikke, at en god kontrol af temperaturen er afgørende for en god og stabil måling. Desuden er en uforstyrret sediment-vand-grænseflade under kerneopsamlingen det første og afgørende krav til en pålidelig vurdering. Efter denne procedure, andre metoder som N15 nøgletal kan kombineres for at undersøge nitrification, denitrification kobling, og andre kvælstof cyklus processer.

Research

JoVE Journal

Environment

Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors

Measuring Rates of Herbicide Metabolism in Dicot Weeds with an Excised Leaf Assay

Måling Satser for Ukrudtsmiddel Metabolisme i tokimbladede Ukrudt med en udskåret Leaf Assay

In order to isolate and accurately determine rates of herbicide metabolism in an obligate-outcrossing dicot weed, waterhemp (Amaranthus tuberculatus), we ...

Sediment Core Sectioning and Extraction of Pore Waters under Anoxic Conditions

Sediment Core Sektionsinddeling og Udvinding af Pore Waters under iltfattige forhold

We demonstrate a method for sectioning sediment cores and extracting pore waters while maintaining oxygen-free conditions. A simple, inexpensive system is ...

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Kontinuerlig Instream overvågning af næringsstoffer og Sediment i landbruget vandskel

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

Preparation of DMMTAV and DMDTAV Using DMAV for Environmental Applications: Synthesis, Purification, and Confirmation

Preparation of DMMTAV and DMDTAV Using DMAV for Environmental Applications: Synthesis, Purification, and Confirmation

Forberedelse af DMMTAV og DMDTAV bruger DMAV for miljømæssige programmer: syntese, rensning og bekræftelse

Dimethylated thioarsenicals such as dimethylmonothioarsinic acid (DMMTAV) and dimethyldithioarsinic acid (DMDTAV), which are produced by the metabolic ...

Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris

Prøveudtagning, sortering og kendetegner Microplastics i akvatiske miljøer med høj suspenderet Sediment belastninger og store flydende vragrester

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only ...

Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Laboratorium og felt protokol til estimering ark Erosion priser fra Dendrogeomorphology

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to ...

Investigation of Plant Interactions Across Common Mycorrhizal Networks Using Rotated Cores

Undersøgelse af plante interaktioner på tværs af fælles Mycorrhizal netværk ved hjælp af roteret kerner

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi influence plant mineral nutrient uptake and growth, hence, they have the potential to influence plant interactions. The ...

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

Måling af de potentielle satser for dissimilatorisk nitratreduktion til Ammonium baseret på 14NH4+/15NH4+ Analyser via Sekventiel konvertering til N2O

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has ...

Sampling for Estimating Frankliniella Species Flower Thrips and Orius Species Predators in Field Experiments

Sampling for Estimating Frankliniella Species Flower Thrips and Orius Species Predators in Field Experiments

Prøveudtagning til estimering af Frankliniella arter blomst Thrips og Orius arter rovdyr i felt eksperimenter

The western flower thrips, Frankliniella occidentalis (Pergande), is a polyphagous pest that has been spread worldwide. The extensive use of insecticides ...

Enhanced Oil Recovery using a Combination of Biosurfactants

Forbedret oliegenvinding ved hjælp af en kombination af biooverfladeaktive stoffer

Biosurfactants are surface-active compounds capable of reducing the surface tension between two phases of different polarities. Biosurfactants have been ...