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

Det spanske regjeringen gitt midler gjennom Ministerio de Educación som et predoctoral fellesskap til C.P-L. (FPU12-00644) og forskningsmidler av Ministerio de Economia y Competitividad: NitroPir (CGL2010-19737), Lacus (CGL2013-45348-P), overføre () CGL2016-80124-C2-1-P). REPLIM prosjektet (INRE - INTERREG program. EUUN - EU. EFA056/15) støttes siste skriving av protokollen.

1. forberedelse
Merk: Starte dette på dagen før målene er tatt.
<ol><li>Montere måling oppsettet (figur 1en, se Tabellen for materiale). Merk: For å sikre en konstant og høy kvalitet strømforsyning, måling enheten er koblet til den grep via en avbruddsfri strømforsyning (UPS) som kan også fungere som en sikkerhetskopi. Ved langvarig strømbrudd et 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 viktigste fordelene av metoden beskrevet er bruk av minimal forstyrret sediment kjerneprøver og kontinuerlig opptak av N2O akkumulering. Disse tillate estimering av relativt lav denitrification priser som ligner de forekommende i situ. Likevel, noen aspekter om prøvetaking, sensoren ytelsen og potensielle forbedringer diskuteres.
Et tilsynelatende enkle, men avgjørende skritt i metoden er god kjernen utvinning. Sediment/vann grensesnittet må oppfylle tre kriterier: (...

Menneskeskapte endring av det nitrogen syklusen er en av de mest utfordrende problemene for Earth system1. Menneskelig aktivitet har minst doblet nivåer av reaktivt nitrogen tilgjengelig til biosfæren2. Men fortsatt det stor usikkerhet om hvordan global N syklusen skal evalueres. Noen flux estimater har vært kvantifisert med mindre enn ±20% feil, og mange har usikkerhet av ±50% og større3. Disse usikkerhetene indikere behov for nøyaktige beregninger av denitrification priser over økosystemer og en forståelse av de underliggende mekanismene variasjon. Denitrification er en mikrobiell aktivitet som nitrogenholdige oksider, hovedsakelig nitrat og nitritt, reduseres dinitrogen gasser, N2O og N24. Veien er svært relevant for biosfæren tilgjengeligheten av reaktivt nitrogen fordi det er primære prosessen fjerning5. N2O er en drivhusgass med oppvarming potensial nesten 300 ganger at av CO2 over 100 år, og det er den gjeldende hovedårsaken med nedbryting av ozonlaget på grunn av de store mengdene som slippes ut6,7.
Nedenfor presenterer vi en protokoll for å estimere sediment denitrification priser bruker kjerner og N2O microsensors eksperimentelt (figur 1). Denitrification priser er beregnet ved hjelp av acetylen hemming metoden8,9 og målinger av akkumulering av N2O i løpet av en definert periode (figur 2 og Figur 3). Vi viser metoden ved å bruke det fjell innsjø sedimenter. Dette kasusstudiet fremhever ytelsen i metoden for å oppdage relativt lave priser med minimale forstyrrelser til strukturen i sedimentene.
Denitrification er spesielt vanskelig å måle10. Det er flere alternative tilnærminger og metoder, hver med fordeler og ulemper. Ulemper til tilgjengelige metodene omfatter bruken av kostbare ressurser, utilstrekkelig følsomhet og behovet for å endre substrat nivåer eller endre den fysiske konfigurasjonen av prosessen med forstyrret prøver10. En enda mer grunnleggende utfordring å måle N2 er de forhøyede bakgrunn i miljøet10. Reduksjon av N2O N2 er hemmet av acetylen (C2H2)8,9. Dermed kan denitrification kvantifiseres ved å måle den akkumulerte N2O i nærvær av C2H2, som er mulig på grunn av lav miljømessige N2O nivåer.
Bruk av C2H2 å måle denitrification priser i sedimenter ble utviklet ca 40 år siden11og inkorporering av N2O sensorer skjedde ca 10 år senere12. Den mest brukte acetylen tilnærmingen er "statisk kjernen". Den akkumulerte N2O måles under en inkubasjonsperiode på opptil 24 timer etter C2H2 legges til tanken lukket sediment kjernen10. Metoden beskrevet her følger denne prosedyren med noen nyvinninger. Vi legger C2H2 av bobler gassen i vann fase av kjernen i noen minutter og vi fylle alle tanken med eksempel vannet før måling akkumulering av N2O med en microsensor. Vi har også et gripende system som forhindrer lagdeling av vannet uten resuspending sediment. Prosedyren kvantifiserer denitrification prisen per sediment areal (f.eks, µmol N2O m-2 h-1).
Høy romlig og tidsmessige variasjonen av denitrification presenterer en annen vanskelighet i dens nøyaktige kvantifisering10. N2O akkumulering måles vanligvis sekvensielt i gass kromatografi headspace prøver som er samlet under incubation. Metoden beskrevet gir bedre overvåking av timelige variasjonen av N2O akkumulering, fordi microsensor gir et kontinuerlig signal. Microsensor multimeter er en forsterker med digital microsensor (picoammeter) som grensesnitt med sensor(er) og datamaskinen (figur 1en). Multimeter lar flere N2O microsensors skal brukes samtidig. For eksempel, opptil fire sediment kan kjerner fra webområdet for samme studien måles samtidig kontoen for romlig variasjon.
Kjernen tilnærming forstyrrer knapt sediment strukturen sammenlignet med noen andre metoder (f.eks, slam). Hvis integriteten til sedimenter endres, fører dette til urealistiske denitrification priser13 som bare er tilstrekkelig for relativ sammenligninger. Høyere priser hentes alltid slurry metoder i forhold til kjernen metoder14, fordi sistnevnte beholder begrensning av denitrification ved substrat diffusjon15. Slurry tiltak betraktes ikke som representant i situ priser16; de gir relative tiltak for sammenligninger med nøyaktig samme fremgangsmåte.
Metoden beskrevet er egnet for å estimere denitrification priser i eventuelle sediment type som kan være rørtråd. Spesielt anbefaler vi metoden for å utføre eksperimentelle manipulasjoner av noen av de drivende faktorene. Eksempler er eksperimenter som endrer nitrat tilgjengelighet og temperaturen etter behov for å estimere den energi aktiviseringen (Een) denitrification17 (figur 2).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2.jpg"> Figur 1 : Eksperimentelle oppsett. (en) generelt eksperimentelle oppsett for å beregne sediment denitrification priser bruker kjerner og N2O microsensors. Inkubasjon kammeret sikrer mørke og kontrollert temperatur (±0.3 ° C) forhold. Fem intakt sediment kjerner kan behandles samtidig ved hjelp av sine respektive N2O sensorer. (b) N2O sensor kalibrering kammer. Vi tilpasset det med gummi stoppers og sprøyter for å blande de N2O vann (se protokollen trinn 3.4.3). Det er et termometer til å kontrollere temperaturen. (c) nærbilde av et sediment core utvalg med sensoren inn i den sentrale hullet PVC dekselet og leddene forseglet med teip. Rørestang henger i vannet, og elektromagnet er nær den og festet til ytre del av akryl røret. (d) nærbilde av N2O microsensor tupp beskyttet av et metall stykke. (e) en sediment kjerne som bare er gjenopprettet. Det var samplet fra båt i en dyp innsjø; akryl røret med kjernen er fortsatt fast til messenger-tilpasset tyngdekraften corer19. Se Tabellen for materiale for alle elementene kreves for å utføre denne metoden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</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

Denitrification er den primære biogeochemical prosessen fjerner reaktivt nitrogen fra biosfæren. Kvantitativ vurdering av denne prosessen har blitt spesielt relevant for å vurdere det menneskeskapte-endret global nitrogen syklusen og utslipp av klimagasser (dvs. N2O). Det finnes flere metoder for måling denitrification, men ingen av dem er helt tilfredsstillende. Problemer med eksisterende metoder inkluderer deres utilstrekkelig følsomhet, og behovet for å endre substrat nivåer eller endre den fysiske konfigurasjonen av prosessen bruker forstyrret prøver. Dette verket beskriver en metode for beregning av sediment denitrification priser som kombinerer prøvetaking, acetylen hemming og microsensor målinger av akkumulert N2O. De viktigste fordelene med denne metoden er en lav forstyrrelse av sedimenter og innsamling av en kontinuerlig Journal over N2O akkumulering; Dette aktiverer estimater av pålitelig denitrification med minimum verdier til 0.4-1 µmol N2O m-2 h-1. Muligheten til å manipulere nøkkelfaktorer er en ekstra fordel for å få eksperimentelle innsikt. Protokollen beskriver fremgangsmåtene for innsamling av kjernene, kalibrere sensorene, utfører acetylen hemming, måle N2O akkumulering og beregningen denitrification. Metoden er aktuell for å estimere denitrification priser i noen akvatiske system med hentes sediment kjerner. Hvis N2O konsentrasjonen er over Deteksjonsgrensen på av sensoren, utelates acetylen hemming trinn for å beregne N2O utslipp i stedet for denitrification. Viser vi hvordan du estimerer både faktiske og potensielle denitrification priser ved å øke nitrat tilgjengelighet samt temperatur avhengigheten av prosessen. Vi illustrerer fremgangsmåten bruker fjell innsjø sedimenter og diskutere fordeler og svakheter av teknikken sammenlignet med andre metoder. Denne metoden kan være endret for spesielle formål; for eksempel, kan den kombineres med 15N tracers å vurdere nitrification og denitrification eller feltet i situ målinger av denitrification priser.

Totalt 468 denitrification priser ble beregnet ved hjelp av protokollen over i sedimenter fra Pyreneisk fjellvann i perioden 2013-2014. Vi viser noen av disse resultatene å illustrere prosedyren (figur 2 og Figur 3). Generelt, har lineær modell mellom N2O konsentrasjon og tid god sammenheng (R2 ≥ 0,9). Skråningen av forholdet gir et anslag av denitrification rate (trinn 7.3; f.eks <strong class...

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 metoden anslår sediment denitrification priser i sedimenter kjerner bruker acetylen hemming teknikk og microsensor målinger av akkumulert N2O. Protokollen beskriver fremgangsmåtene for innsamling av kjernene, kalibrere sensorene, utfører acetylen hemming, måle N2O akkumulering og beregningen denitrification.

Estimering Sediment Denitrification priser bruker kjerner og N2O Microsensors

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

Denne metoden kan bidra til å svare på viktige spørsmål i biogeokjemi knyttet til denitrifisering i sedimenter som er relevante for å forstå nitrogensyklusen og klimagassutslippene. De viktigste fordelene med denne teknikken er den lave forstyrrelsen av sedimentstrukturen og beholderregistrering av nitrogenoksidakkumulering for pålitelig denitrifiseringshastighetsestimering. For dypvannslegemer velger du prøvetakingspunktet i henhold til granskningsmålene.Legg merke til posisjonen ved hjelp av GPS-koordinater og ta måledybden ved hjelp av en håndholdt klingende. Distribuer et budbringer-tilpasset gravitasjonskoringssystem til prøvetakingsrøret er omtrent en meter fra sedimentet. Stabiliser prøvetakingsutstyret i 60 sekunder for å sikre riktig sedimentpenetrasjon og gjenoppretting av en knapt forstyrret sedimentkjerne.Slipp ut omtrent en meter til tau slik at prøvetakingsrøret trenger inn i sedimentet. Vær oppmerksom på at hvis prøvetakingsrøret trenger for mye, kan det forstyrre vann-sedimentgrensesnittet. Slipp budbringeren mens du prøver å holde spenningen i tauet slik at corer forblir fast og i vertikal stilling.Gjenopprett corer ved å trekke tauet konstant og forsiktig. Når corer er nær overflaten, men fortsatt helt nedsenket, plasser en gummipropp på bunnen av prøvetakingsrøret. Løft hele koringsystemet opp fra vannet.Inspiser vann-sedimentgrensesnittet. Det skal være klart og ikke synlig forstyrret. Løsne prøverøret fra coreren og plasser et PVC-deksel på toppen.Forsegle røret med tape unngå dannelse av luftrommet. Når du prøver fra bokstavelige habitater og grunne vannlegemer, kle deg i en vadefugl for prøvetaking på svært grunt vann. Sett prøvetakingsrøret manuelt inn i sedimentet.Plasser en gummipropp på oversiden av prøvetakingsrøret for å oppnå et vakuum. Fjern coreren fra sedimentet og introder raskt en annen gummipropp på rørbunnen. For kalibreringsverdien med null lystgass, les først sensorsignalet som holder sensorspissen nedsenklet i deionisert vann.For å kalibrere med lystgassvann ved ønsket konsentrasjon, oppnå lystgass mettet vann ved boblende lystgass i deionisert vann i noen minutter. Fortynn lystgassmettet vann ved å legge til et bestemt volum mettet lystgassvann til et volum av deionisert vann. Bland forsiktig lystgassmettet vann med deionisert vann i kalibreringsbeholderen for å fortynne det til ønsket konsentrasjon.Når du blander løsningen, må du være forsiktig så du ikke genererer bobler, da dette ville eliminere lystgass fra kalibreringsløsningen. Les sensorsignalet når det er konstant. Denne målingen er kalibreringsverdien med X mikromært lystgassvann.Bytt PVC-dekselet på toppen av hver sedimentkjerne til et annet deksel med et hull i midten og en hengende magnetisk rører. Reseal krysset med tape. Reduser vannfasen av hver prøve til en omtrentlig høyde på 12 centimeter.For dette setter du først inn et silisiumrør i det sentrale hullet. Legg deretter sedimentkjernen i en sylinder og skyv bunnproppen for å skape trykk. Proppen og sedimentprøven går opp og overflødig vann passerer gjennom røret.Samle vannet i et mottakerfartøy. Utfør acetylenhemmingen ved å boble med acetylengass i vannfasen av kjernen i ca. 10 minutter. Unngå å bruke sedimentet på igjen.Fyll all luftrommet med det forrige vannet før du forsegler fkjøresensorens PVC-deksel. Plasser sensoren i sedimentkjernen gjennom det sentrale hullet på det øverste PVC-dekselet. Spissen på sensoren skal være plassert i vannfasen over røreren.Slå på den elektromagnetiske pulskretsen som er en del av omrøringssystemet. Flytt elektromagnetet rundt den ytre delen av akrylrøret til omrøreren beveger seg kontinuerlig og fest det deretter på plass ved hjelp av tape. Lukk inkubasjonskammeret for å sikre en konstant temperatur.Trykk på opptaksknappen på sensorprogramvaren for å starte opptaket av sensorsignalet. Trykk deretter på stoppknappen på slutten av måleperioden. Vent i minst 10 minutter med sensorens spiss nedsenket i fritt lystgassvann før du leser signalet om null lystgasskalibreringsmålet.Når du har utført en endelig sensorkalibrering, lagrer du filen ved hjelp av sensorprogramvaren. For å utføre denitrifiseringshastighetsberegninger, start med en tabulert utdatafil generert av sensorens programvare som inneholder registreringen av sensorens signal i millivolt og mikromolar lystgass og kalibreringsdataene. Blokker sensorens signal mot tiden for å visualisere lystgassakkumuleringstrenden.Bruk bare tidsperioden med en lineær akkumulering unntatt den første akklimatiseringsperioden for prøven og en mulig endelig metning på grunn av substratbegrensning. Denitrifiseringsraten ble estimert ved bruk av denne protokollen i sedimenter fra pyreneiske fjellvann i perioden 2013 til 2014. Her måles prisene fra Lake Plan uten nitrattillegg.Målinger er støyende, og bare i noen tilfeller kan prisene bli riktig estimert. I dette tallet viser de samme prøvene som vises med nitrattillegg mer stabile avlesninger og god estimering av de potensielle ratene. Selv om denne prosedyren tilnærmer seg denitrifisering og se prisene, gir den også en måte å eksperimentelt endre viktige faktorer som kontrollerer denne aktiviteten.For å teste temperatur og underlag, ikke glem at en god kontroll av temperaturen er grunnleggende for en god og stabil måling. Videre er et uforstyrret sedimentvannsgrensesnitt under kjernesamlingen det første og kritiske kravet til en pålitelig estimering. Etter denne prosedyren kan andre metoder som N15-forhold kombineres for å undersøke nitrifisering, denitrifiseringskobling og andre nitrogensyklusprosesser.

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 Utbredelsen av ugressmiddel Metabolism i dicot Weeds med et utskåret Leaf analysen

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

Sedimentkjerne Seksjonering og Utvinning av Pore farvann under anoksiske betingelser

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 overvåking av næringsstoffer og sedimenter i landbruket nedslagsfelt

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

Utarbeidelse av DMMTAV og DMDTAV bruker DMAV for miljømessige programmer: syntese, rensing og bekreftelse

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

Prøvetaking, sortering og karakteriserer Microplastics i akvatiske miljøer med høy suspendert Sediment laster og stort flytende avfall

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

Laboratory og felt protokollen for beregning ark erosjon 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

Undersøkelse av anlegget interaksjoner over vanlige Mycorrhizal nettverk bruker rotert kjerner

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 av de potensielle frekvensene av dissimilatory nitratreduksjon til ammonium basert på 14NH4+/15NH4+ Analyser via sekvensiell 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

Prøvetaking for estimering Frankliniella arter Flower thrips og Orius arter rovdyr i Field 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 oljeutvinning ved hjelp av en kombinasjon av biosurfaktanter

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