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 spanska regeringen tillhandahålls medel genom den Ministerio de Educación som ett pre-stipendium till C.P-L. (FPU12-00644) och forskningsanslag av Ministerio de Economia y Competitividad: NitroPir (CGL2010-19737), Lacus (CGL2013-45348-P), överföra () CGL2016-80124-C2-1-P). Projektet REPLIM (INRE - INTERREG-programmet. EUUN - Europeiska unionen. EFA056/15) stöds slutliga skrivandet av protokollet.

1. beredning
Obs: Börja detta dagen innan i mätningarna.
<ol><li>Montera den mätning setup (figur 1en, se Tabell för material). Obs: För att säkerställa en konstant och hög kvalitet strömförsörjning, mätning enheten är ansluten till den grepp via en avbrottsfri elkälla (UPS) som också kan fungera som en säkerhetskopia. Vid långvariga strömavbrott tjäna ett bilbatteri som en extra strömkälla.</li>...

<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 främsta fördelarna med den beskrivna metoden är användning av minimalt störd sediment borrkärnor och kontinuerlig inspelning av N2O ansamling. Dessa tillåter skattning av relativt låga denitrifikation priser som sannolikt liknar de förekommande i situ. Dock diskuteras vissa aspekter rörande coring, sensor prestanda och potentiella förbättringar.
En tydligen enkla men kritiska steg i metoden är bra core återhämtning. Sediment och vatten gränssnittet måste...

Antropogena förändringar av Kvävets kretslopp är en av de mest utmanande problem för Earth system1. Mänsklig aktivitet har minst fördubblats nivåerna av reaktiva kväve tillgängligt till biosfär2. Finns dock fortfarande stor osäkerhet om hur den globala N cykeln utvärderas. Några flux uppskattningar har kvantifierats med mindre än ±20% fel, och många har osäkerheten i ±50% och större3. Dessa osäkerheter indikerar behov av noggranna uppskattningar av denitrifikation priser hela ekosystem och en förståelse för de bakomliggande mekanismerna av variation. Denitrifikation är en mikrobiell aktivitet genom vilken kväveinnehållande oxider, främst nitrat och nitrit, reduceras till Kvävetetroxid gaser, N2O och N24. Vägen är mycket relevanta för biosfären tillgängligheten av reaktiva kväve eftersom det är den primära bearbetningsprocessen borttagning5. N2O är en växthusgas med uppvärmningspotential nästan 300 gånger att co2 över 100 år, och det är den nuvarande största orsaken till stratosfäriska ozonskiktet stora kvantiteter vara utsända6,7.
I följande presenterar vi ett protokoll för att uppskatta sediment denitrifikation priser använda kärnor och N2O mikrosensorer försöksvis (figur 1). Denitrifikation priser beräknas med hjälp av acetylen hämning metod8,9 och mätningar av ansamling av N2O under en definierad period (figur 2 och figur 3). Vi visar metoden genom att tillämpa det till mountain lake sediment. Denna fallstudie visar utförandet av metoden för att påvisa relativt låga priser med minimal störning för den fysiska strukturen i sedimenten.
Denitrifikation är särskilt svårt att mäta10. Det finns flera alternativa metoder och metoder, med fördelar och nackdelar. Nackdelar med tillgängliga metoder inkluderar deras användning av dyra resurser, otillräcklig känslighet och behovet av att ändra nivåerna som substrat eller förändra den fysiska konfigurationen av processen med störda prover10. En ännu mer grundläggande utmaning att mäta N2 är dess förhöjda bakgrundsnivåerna i miljön10. Minskning av N2O till N2 hämmas av acetylen (C2H2)8,9. Således, denitrifikation kan kvantifieras genom att mäta den ackumulerade N2O i närvaro av C2H2, vilket är möjligt på grund av låga miljömässiga N2O nivåer.
Användning av C2H2 att mäta denitrifikation priser i sediment utvecklades ungefär 40 år sedan11och införlivandet av N2O sensorer inträffade ungefär 10 år senare12. Det mest tillämpad acetylen-baserat tillvägagångssättet är den ”statiska kärna”. Den ackumulerade N2O mäts under en inkubationstid på upp till 24 h efter C2H2 läggs till headspace förseglade sediment core10. Den metod som beskrivs här följer proceduren med några innovationer. Vi lägger C2H2 av bubblande gasen i vatten fas kärnan i några minuter, och vi fyller alla headspace med prov vatten innan du mäter ansamling av N2O med en mikrogivare. Vi har även en omrörningsanordning system som förebygger skiktningen av vattnet utan omblandning av sediment. Förfarandet kvantifierar denitrifikation frekvensen per sediment yta (t.ex., µmol N2O m-2 h-1).
Hög rumsliga och tidsmässiga variationen av denitrifikation presenterar en annan svårighet i dess exakt kvantifiering10. Vanligtvis mäts N2O ackumulering sekventiellt genom gaskromatografi av headspace prover som samlats in under ruvningen. Den beskrivna metoden ger förbättrad övervakning av temporala variationen av N2O ansamling, eftersom mikrogivare ger en kontinuerlig signal. Mikrogivare multimeterns är en digital mikrogivare förstärkare (picoammeter) som gränssnitt med givare och datorn (figur 1en). Multimeterns tillåter flera N2O mikrosensorer användas samtidigt. Till exempel, upp till fyra sediment kan kärnor från samma studie plats mätas samtidigt till kontot för den rumsliga variationen.
Metoden med core störer knappt sediment struktur jämfört med vissa andra metoder (t.ex., slam). Om integritet av sedimentsna ändras, leder detta till orealistiska denitrifikation priser13 som är endast lämpliga för relativa jämförelser. Högre priser erhålls alltid med flytgödsel metoder jämfört med core metoder14, eftersom den senare bevarar begränsning av denitrifikation av substrat diffusion15. Flytgödsel åtgärder inte kan anses vara representativ i situ priser16; de ger relativa åtgärder för jämförelser med exakt samma procedur.
Den metod som beskrivs är lämpligt för att uppskatta denitrifikation priser i någon typ av sediment som kan vara kärnhus. Vi rekommenderar särskilt metoden för att utföra experimentella manipulationer av några av de drivande faktorerna. Exempel är experiment som ändra nitrat tillgänglighet och temperatur som behövs för att uppskatta energi aktivering (Een) av denitrifikation17 (figur 2).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2.jpg"> Figur 1 : Experimentell setup. (en) allmänna experiment att uppskatta sediment denitrifikation priser med kärnor och N2O mikrosensorer. Inkubation kammaren säkerställer mörker och temperaturreglerad (±0.3 ° C) förhållanden. Fem intakta sedimentkärnor kan bearbetas samtidigt med deras respektive N2O sensorer. (b), N2O sensor kalibrering kammare. Vi anpassade det med gummiproppar och sprutor att blanda den N2O vatten (se protokollet steg 3.4.3). I området i närheten finns det en termometer för att kontrollera vattentemperaturen. (c) Närbild av ett sediment core urval med sensorn in i hål i mitten av locket PVC och fogarna tätas med tejp. Omröraren hängande i vattnet, och elektromagneten ligger nära det och fixade till den yttre delen av akryl röret. (d), närbild av de N2O mikrogivare tips skyddas av en metallbit. (e) en sediment-kärna som bara har återvunnits. Det samplades från en båt i en djup sjö; akryl röret med kärnan är fortfarande fast till messenger-anpassad gravitation corer19. Se Tabell för material för alla objekt som behövs för att utföra denna metod. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58553/58553fig1v2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</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 är primära biogeokemiska processen att ta bort reaktivt kväve från biosfären. Den kvantitativa utvärderingen av denna process har blivit särskilt relevant för bedömningen av antropogena-förändrad global Kvävets kretslopp och utsläpp av växthusgaser (dvs N2O). Det finns flera metoder för att mäta denitrifikation, men ingen av dem är helt tillfredsställande. Problem med befintliga metoder inkluderar deras otillräcklig känslighet, och behovet av att ändra nivåerna som substrat eller förändra den fysiska konfigurationen av processen med störda prover. Detta arbete beskriver en metod för att uppskatta sediment denitrifikation priser som kombinerar coring, acetylen hämning och mikrogivare mätningar av den ackumulerade N2O. De främsta fördelarna med denna metod är en låg störning av sediment struktur och insamling av en kontinuerlig registrering av N2O ackumulering; Dessa möjliggör uppskattningar av tillförlitliga denitrifikation priser med lägsta värden upp till 0.4-1 µmol N2O m-2 h-1. Förmågan att manipulera nyckelfaktorer är en ytterligare fördel för att erhålla experimentella insikter. Protokollet beskrivs förfaranden för insamling av kärnar ur, kalibrera den sensorer, utför acetylen hämning, mäta N2O ansamling och beräkning denitrifikation. Metoden är lämplig för att uppskatta denitrifikation priser i alla akvatiska system med hämtas sedimentkärnor. Om N2O koncentrationen ligger över detektionsgränsen för sensorn, kan steget acetylen hämning utelämnas att uppskatta N2O utsläpp istället för denitrifikation. Vi visar hur för uppskattning av både faktiska och potentiella denitrifikation genom att öka nitrat tillgänglighet samt temperaturberoendet av processen. Vi illustrerar förfarandet enligt mountain lake sediment och diskutera fördelar och svagheter av tekniken jämfört med andra metoder. Denna metod kan ändras för särskilda ändamål. Det kan till exempel kombineras med 15N spårämnen att bedöma nitrifikation och denitrifikation eller fält i situ mätningar av denitrifikation priser.

Totalt 468 denitrifikation priser uppskattades med hjälp av protokollet ovan i sediment från pyreneiska mountain lakes under perioden 2013-2014. Vi visar några av dessa resultat att illustrera förfarandet (figur 2 och figur 3). Den linjära modellen mellan N2O koncentration och tid har generellt god korrelation (R2 ≥ 0.9). Lutningen på förhållandet ger en uppskattning av andelen denitrifikation (ste...

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

Denna metod bedömer sedimenten denitrifikation priser i sedimentkärnor som använder acetylen hämning teknik och mikrogivare mätningar av den ackumulerade N2O. Protokollet beskrivs förfaranden för insamling av kärnar ur, kalibrera den sensorer, utför acetylen hämning, mäta N2O ansamling och beräkning denitrifikation.

Uppskatta Sediment denitrifikation priser med kärnor och N2O mikrosensorer

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

Denna metod kan hjälpa till att besvara viktiga frågor i biogeokemi i samband med denitrifiering i sediment som är relevanta för att förstå kvävecykeln och utsläppen av växthusgaser. De viktigaste fördelarna med denna teknik är den låga störningen av sedimentstrukturen och behållareregistreringen av kväveoxidansamling för tillförlitlig denitrifieringshastighetsuppskattning. För djuphavskroppar väljer du provtagningsplatsen enligt undersökningssyftena.Ta del av positionen med hjälp av GPS-koordinater och ta mätdjupet med hjälp av en handhållen ljudare. Sätt ut ett budbäraranpassat system för att använda gravitationskoring tills provtagningsröret är ungefär en meter från sedimentet. Stabilisera provtagningsutrustningen i 60 sekunder för att säkerställa korrekt sedimentinträngning och återhämtning av en knappt störd sedimentkärna.Släpp ut ungefär en meter mer rep så att provtagningsröret tränger in i sedimentet. Var medveten om att om provtagningsröret tränger in för mycket kan det störa gränssnittet mellan vatten och sediment. Släpp budbäraren samtidigt som du försöker hålla spänningen i repet så att corer förblir fast och i vertikalt läge.Återhämta corer genom att dra repet ständigt och försiktigt. När corern är nära ytan men ändå helt nedsänkt, placera en gummipropp längst ner på provtagningsröret. Upplyft hela coringsystemet från vattnet.Inspektera gränssnittet mellan vatten och sediment. Det ska vara tydligt och inte synbart stört. Släpp provröret från corern och placera ett PVC-lock på ovansidan.Täta röret med tejp undvika bildandet av luftutrymme. Vid provtagning från bokstavliga livsmiljöer och grunda vattenkroppar, klä dig i en vadare för provtagning i mycket grunt vatten. För in provtagningsröret manuellt i sedimentet.Placera en gummipropp i den övre sidan av provtagningsröret för att få ett vakuum. Ta ut corern ur sedimentet och snabbt introducera en annan gummipropp vid tubbotten. För kalibreringsvärdet med noll lustgas, läs först av sensorsignalen som håller sensorspetsen nedsänkt i avjoniserat vatten.För att kalibrera med lustgasvatten vid önskad koncentration, få lustgasmättat vatten genom att bubbla lustgas i avjoniserat vatten i några minuter. Späd lustgasen mättat vatten genom att tillsätta en specifik volym mättat lustgasvatten till en volym av avjoniserat vatten. Blanda försiktigt lustgasmättat vatten med avjoniserat vatten i kalibreringskärlet för att späda ut det till önskad koncentration.När du blandar lösningen, var noga med att inte generera bubblor eftersom detta skulle eliminera lustgas från kalibreringslösningen. Nu, läs sensorsignalen när den är konstant. Denna avläsning är kalibreringsvärdet med X mikromolar lustgasvatten.Byt PVC-överdraget som finns högst upp på varje sedimentkärna till ett annat skydd med ett hål i mitten och en hängande magnetisk omrörare. Återförslut korsningen med självhäftande tejp. Minska vattenfasen för varje prov till en ungefärlig höjd av 12 centimeter.För detta, först sätta in en kiselrör i det centrala hålet. Lägg sedan sedimentkärnan i en cylinder och tryck bottenproppen för att skapa tryck. Proppen och sedimentprovet går upp och överskottsvattnet passerar genom röret.Samla upp vattnet i ett mottagarkärl. Utför acetylenhämningen genom att bubbla med acetylengas i kärnfasens vattenfas i cirka 10 minuter. Undvik att återstära sedimentet.Fyll hela luftutrymmet med det tidigare överblivna vattnet innan du förseglar korsningssensorn PVC-lock. Placera sensorn i sedimentkärnan genom det centrala hålet på den övre sidan PVC-kåpan. Sensorns spets ska vara placerad i vattenfasen ovanför omröraren.Koppla på den elektromagnetiska pulskretsen som ingår i omrörningssystemet. Flytta elektromagneten runt den yttre delen av akrylröret tills omröraren rör sig kontinuerligt och sedan fixera den på plats med hjälp av tejp. Stäng inkubationskammaren för att säkerställa en konstant temperatur.Tryck på inspelningsknappen på sensorns programvara för att börja registrera sensorsignalen. Tryck sedan på stoppknappen i slutet av mätperioden. Vänta minst 10 minuter med givarens spets nedsänkt i fritt lustgasvatten innan du läser av signalen från kalibreringsmåttet noll lustgas.När du har utfört en slutlig sensorkalibrering sparar du filen med hjälp av sensorns programvara. För att utföra beräkningar av denitrifieringsgraden, börja med en tabulated utdatafil som genereras av sensorns programvara som innehåller rekordet av sensorns signal i millivolt och mikromolargas och kalibreringsdata. Blockera sensorns signal mot tiden för att visualisera lustgasackumuleringstrenden.Använd endast tidsintervallet med en linjär ackumulation exklusive provets inledande acklimatiseringsperiod och en eventuell slutlig mättnad på grund av substratbegränsning. Denitrifikationsgraden uppskattades med hjälp av detta protokoll i sediment från pyreneiska bergsjöar under perioden 2013 till 2014. Här mäts priserna från Lake Plan utan nitrattillsats.Mätningarna är bullriga och endast i vissa fall kan skattesatserna uppskattas ordentligt. I denna siffra uppvisar samma prover som visas med nitrattillsats stabilare avläsningar och god uppskattning av de potentiella satserna. Även om detta förfarande approximativt denitrifikation och se priser, det ger också ett sätt att experimentellt ändra viktiga faktorer som styr denna verksamhet.För att testa temperatur och substrat, glöm inte att en bra kontroll av temperaturen är grundläggande för en bra och stabil mätning. Vidare är ett ostört sediment-vattengränssnitt under kärnuppsamlingen det första och kritiska kravet för en tillförlitlig uppskattning. Efter detta förfarande kan andra metoder som N15-förhållanden kombineras för att undersöka nitrifikation, denitrifikationskoppling och andra kvävecykelprocesser.

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

Mätning priser av herbicid Metabolism i Dicot Ogräs med en utskuren Leaf analys

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

Sedimentpropp Sektione och Utvinning av Pore Waters under anoxiska förhållanden

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 övervakning av näringsämnen och Sediment i jordbruket vattendelare

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

Beredning av DMMTAV och DMDTAV med DMAV för miljötillämpningar: syntes, rening och bekräftelse

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

Provtagning, sortering och karaktärisera mikroplast i akvatiska miljöer med högt svävande Sediment laster och stora flytande skräp

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 och fält-protokollet för att uppskatta ark Erosion priser från 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

Utredning av växt interaktioner mellan gemensamma utöka nätverk använder roteras kärnor

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

Mätning av de Dissimilatory Nitratminskningens potentiella frekvenser till ammonium Baserat på 14NH4+/15NH4+ Analyser via Sekventiell omvandling till 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

Provtagning för att uppskatta Frankliniella arter Flower Thrips och Orius arter rovdjur i fältexperiment

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

Förbättrad oljeåtervinning med en kombination av biotensider

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