Name: a low-cost method of measuring the in situ primary productivity of periphyton communities of lentic waters
Uploaded: 2022-12-16T13:05:00
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Diese Studie wurde von der Tschechischen Wissenschaftsstiftung (GACR 19-05791S), RVO 67985939 und vom CAS im Rahmen des Programms der Strategie AV 21, Landrettung und Wiederherstellung, unterstützt. Vielen Dank an Ondřej Sihelský für die Aufnahmen im Feld - ohne ihn wären die Dreharbeiten die Hölle gewesen. Das Projekt wäre nicht möglich ohne eine enge Zusammenarbeit mit den Unternehmen Palivový Kombinát Ústí s.p. und Sokolovská Uhelná, die den Zugang zu den untersuchten Orten ermöglichten.

HINWEIS: Bestimmen Sie vor der Stichprobe den Grad der Replikationen basierend auf den allgemeinen Projektanforderungen, dem statistischen Design oder der erwarteten Menge an Stichprobenvariabilität. Fünf Replikatpaare von hellen und dunklen Inkubationsflaschen werden für eine präzise statistische Analyse und zur Berücksichtigung potenzieller Probenverluste oder -brüche vorgeschlagen. Die beschriebene schwimmende Versuchsbarge ist für fünf Replikate plus ein Paar Blankokontrollen ausgelegt; siehe <strong class="x...

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	<li>Blachart, J. L., 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=Potential+consequences+of+climate+change+for+primary+production+and+fish+production+in+large+marine+ecosystems.">Potential consequences of climate change for primary production and fish production in large marine ecosystems.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1605), 2979-2989 (2012).</li><li>Howarth, R. W., Michaels, A. F., Sala, O. E., Jackson, R. B., Mooney, H. A., Howarth, 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=The+Measurement+of+primary+production+in+aquatic+ecosystems.">The Measurement of primary production in aquatic ecosystems.</a> Methods in Ecosystem Science. , 72-85 (2000).</li><li>Vadenbecouer, Y. E. G., Peterson, M. J., Vander, Z., Kalff, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Benthic+algal+production+across+lake+size+gradients:+Interactions+among+morphometry,+nutrients,+and+light.">Benthic algal production across lake size gradients: Interactions among morphometry, nutrients, and light.</a> Ecology. 89 (9), 2542-2552 (2008).</li><li>Reimer, A., Landmann, G., Kempe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lake+Van,+eastern+Anatolia,+hydrochemistry+and+history.">Lake Van, eastern Anatolia, hydrochemistry and history.</a> Aquatic Geochemistry. 15 (1), 195-222 (2009).</li><li>Cantonati, M., Lowe, 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=Lake+benthic+algae:+toward+an+understanding+of+their+ecology.">Lake benthic algae: toward an understanding of their ecology.</a> Freshwater Sciences. 33 (2), 475-486 (2014).</li><li>Gaarder, T., Gran, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+production+of+plankton+in+the+Oslo+Fjord.+Rapports+et+Proces-verbaux+des+R&#233;unions.">Investigation of the production of plankton in the Oslo Fjord. Rapports et Proces-verbaux des R&#233;unions.</a> Conseil International pour l'&#201;xploration de la Mer. 42, 1-48 (1927).</li><li>Hall, R. O., Thomas, S., Gaiser, E. E., Fahey, T. J., Knapp, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+Freshwater+Primary+Productivity+and+Respiration.">Measuring Freshwater Primary Productivity and Respiration.</a> Principles and Standards for Measuring Primary Productivity. , (2007).</li><li>Howart, R., Michaels, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+6+The+Measurement+of+Primary+Production+in+Aquatic+Ecosystems.">Chapter 6 The Measurement of Primary Production in Aquatic Ecosystems.</a> Springer Science and Business Media LLC. , (2000).</li><li>Kop&#225;&#269;ek, J., Hejzlar, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semi-micro+determination+of+total+phosphorus+in+soils,+sediments,+and+organic+materials:+a+simplified+perchloric+acid+digestion+procedure.">Semi-micro determination of total phosphorus in soils, sediments, and organic materials: a simplified perchloric acid digestion procedure.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (11-12), 1935-1946 (1995).</li><li>Benson, B. B., Krause, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+concentration+and+isotopic+fractionation+of+oxygen+dissolved+in+freshwater+and+seawater+in+equilibrium+with+the+atmosphere1.">The concentration and isotopic fractionation of oxygen dissolved in freshwater and seawater in equilibrium with the atmosphere1.</a> Limnology and Oceanography. 29 (3), 620-632 (1984).</li><li>Dodds, W. K., Biggs, B. J., Lowe, 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=Photosynthesis-irradiance+patterns+in+benthic+microalgae:+variations+as+a+function+of+assemblage+thickness+and+community+structure.">Photosynthesis-irradiance patterns in benthic microalgae: variations as a function of assemblage thickness and community structure.</a> Journal of Phycology. 35 (1), 42-53 (1999).</li><li>Bott, T. L., 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=An+evaluation+of+techniques+for+measuring+periphyton+metabolism+in+chambers.">An evaluation of techniques for measuring periphyton metabolism in chambers.</a> Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 54 (3), 715-725 (1997).</li><li>Blankenship, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+and+functional+dynamics+of+photosynthetic+antenna+complexes.">Structural and functional dynamics of photosynthetic antenna complexes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (45), 13751-13752 (2015).</li><li>Hawes, I., Schwartz, A. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photosynthesis+in+an+extreme+shade+environment,+benthic+microbial+mats+from+Lake+Hoare,+a+permanently+ice-covered+Antarctic+lake.">Photosynthesis in an extreme shade environment, benthic microbial mats from Lake Hoare, a permanently ice-covered Antarctic lake.</a> Journal of Phycology. 35 (3), 448-459 (1999).</li><li>Aristegui, 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=Planktonic+primary+production+and+microbial+respiration+measured+by+14C+assimilation+and+dissolved+oxygen+changes+in+coastal+waters+of+the+Antarctic+peninsula+during+austral+summer:+Implications+for+carbon+flux+studies.">Planktonic primary production and microbial respiration measured by 14C assimilation and dissolved oxygen changes in coastal waters of the Antarctic peninsula during austral summer: Implications for carbon flux studies.</a> Marine Ecology-Progress Series. 132, 191-201 (1996).</li><li>Steemann-Nielsen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+radioactive+carbon+(14C)+for+measuring+organic+production+in+the+sea.">The use of radioactive carbon (14C) for measuring organic production in the sea.</a> Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 18 (2), 117-140 (1952).</li><li>Sanz-Mart&#237;n, 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=Relationship+between+carbon-and+oxygen-based+primary+productivity+in+the+Arctic+Ocean,+svalbard+archipelago.">Relationship between carbon-and oxygen-based primary productivity in the Arctic Ocean, svalbard archipelago.</a> Frontiers in Marine Science. 6, 468 (2019).</li><li>Nielsen, 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=Measurement+of+the+production+of+organic+matter+in+the+sea+by+means+of+carbon-14.">Measurement of the production of organic matter in the sea by means of carbon-14.</a> Nature. 167 (4252), 684-685 (1951).</li><li>J&#246;nsson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+14C-incubation+technique+for+measuring+microphytobenthic+primary+productivity+in+intact+sediment+cores.">A 14C-incubation technique for measuring microphytobenthic primary productivity in intact sediment cores.</a> Limnology and Oceanography. 36 (7), 1485-1492 (1991).</li><li>Bender, M. L., 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+comparison+of+four+methods+for+determining+planktonic+community+production.">A comparison of four methods for determining planktonic community production.</a> Limnology and Oceanography. 32 (5), 1085-1098 (1987).</li><li>&#352;imek, K., 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=Spatio-temporal+patterns+of+bacterioplankton+productivity+and+community+composition+related+to+phytoplankton+composition+and+protistan+bacterivory+in+a+dam+reservoir.">Spatio-temporal patterns of bacterioplankton productivity and community composition related to phytoplankton composition and protistan bacterivory in a dam reservoir.</a> Aquatic Microbial Ecology. 51 (3), 249-262 (2008).</li></ol>

Die in dieser Arbeit beschriebene Methodik basiert auf dem Prinzip der hellen und dunklen Flaschensauerstofftechnik in Kombination mit der nichtinvasiven Technik der Messung derO2-Konzentration mit optischen Sauerstoffsensoren. Dieses System ermöglicht die parallele Messung verschiedener Inkubationseinstellungen, da die optische Faser zur Messung vonO2 schnell von Flasche zu Flasche bewegt werden kann. Die benthischen Gemeinschaften aus verschiedenen Tiefen können sich in taxonomischer Zusammenset...

Die Primärproduktivität ist der einzige Eintrag von autochthonem Kohlenstoff in die aquatischen Systeme, die das gesamte Nahrungsnetz1 bilden. Daher ist die genaue Schätzung der Primärproduktivität ein wesentlicher Schritt zum Verständnis der Funktionsweise aquatischer Ökosysteme. Küstenzonen sind Gebiete mit hoher Primärproduktivität und biologischer Vielfalt. Neben Phytoplankton wird angenommen, dass Periphyton (im Folgenden mikrobielle Matten genannt) und Makroalgen signifikant zur Primärproduktivität in den Küstenzonenbeitragen 2. Aufgrund ihrer sessilen Lebensweise und signifikanten räumlichen Heterogenität ist die Quantifizierung der Primärproduktivität nicht trivial. 
Die Primärproduktivität wird hauptsächlich durch Lichtintensität, Temperatur, Verfügbarkeit von Nährstoffen und Verteilung der ionischen Spezies des Karbonatsystems in den jeweiligen Tiefen der euphotischen Zonenbestimmt 3,4. Die Tiefe beeinflusst deutlich die räumliche Verteilung der mikrobiellen Matten. Mikrobielle Gemeinschaften müssen mit den negativen Auswirkungen hoher Einstrahlung und ausgeprägter saisonaler Temperaturschwankungen in geringer Tiefe und mit geringerer Lichtintensität in größeren Tiefen zurechtkommen. Zusätzlich zum Tiefengradienten erzeugen dynamische trophische Interaktionen multiple und komplexe räumliche Muster auf verschiedenen Skalen5. Dieses komplexe System lässt sich kompliziert im Labor simulieren. Der genaueste Weg, um die metabolische Aktivität einzelner Primärproduzenten aus Küstenzonen abzuleiten, ist der Aufbau von In-situ-Experimenten.
Die in diesem Papier vorgestellte Methodik basiert auf der traditionellen Kammermethode 2,6,7 zusammen mit einem transportablen und einfach zu bauenden kostengünstigen schwimmenden Lastkahn. Dies ermöglicht die Messung der Primärproduktivität in verschiedenen Tiefen unter dem natürlichen Lichtspektrum, der Temperatur und der unterschiedlichen Verteilung der ionischen Spezies des Karbonatsystems mit der Tiefe. Die Methode basiert auf dem Prinzip des hellen versus dunklen Flaschensauerstoffs, der zuerst zur Messung der Phytoplankton-Photosyntheseeingesetzt wurde 6 und immer noch häufig verwendetwird 6,7. Es vergleicht die Änderungsrate des Sauerstoffs in Flaschen, die im Licht aufbewahrt werden (einschließlich der Auswirkungen der Primärproduktivität und Atmung), mit denen, die im Dunkeln gehalten werden (nur Atmung)8. Die Methode verwendet die Sauerstoffevolution (Photosynthese) als Proxy für die Primärproduktivität. Die gemessenen Größen sind die Netto-Ökosystemproduktivität (NEP, als Änderung der O2-Konzentration im Laufe der Zeit bei Lichtverhältnissen) und die Ökosystematmung (RE, als Änderung derO2-Konzentration über die Zeit im Dunkeln). Die Bruttoökosystemproduktivität (GEP) ist die Berechnung der Differenz zwischen den beiden (Tabelle 1). Der Begriff "Ökosystem" wird hier verwendet, um zu bezeichnen, dass das Periphyton aus autotrophen und heterotrophen Organismen besteht. Die bedeutendste Verbesserung dieser traditionellen Kammermethode ist die Verwendung nichtinvasiver optischer Sauerstoffsensoren und die Optimierung dieser primär planktonischen Methode zur Messung der periphytischen Primärproduktivität.
Die Technik wird am Beispiel der Messung mikrobieller Matten in der Küstenzone neu entstandener Bergbaufolgeseen in der Tschechischen Republik - Milada, Most und Medar - beschrieben. Die metabolische Aktivität mikrobieller Matten wird durch direkte in situ Messung vonO2-Flüssen bestimmt, die direkt in bestimmten Tiefen durchgeführt wird, wo die untersuchten Gemeinschaften natürlich vorkommen. Die heterotrophe und phototrophe Aktivität wird in geschlossenen Glasflaschen gemessen, die mit nichtinvasiven optischen Sauerstoffsensoren ausgestattet sind. Diese Sensoren erfassen den Sauerstoffpartialdruck anhand der Fluoreszenz lichtempfindlicher Farbstoffe. Die Flaschen mit mikrobiellen Matten werden aufgehängt und auf einer schwimmenden Vorrichtung in den entsprechenden Tiefen inkubiert. Die Sauerstoffkonzentration in den Flaschen wurde während der Tageslichtperiode kontinuierlich von dem kleinen Boot aus gemessen.
Proben intakter mikrobieller Matten werden gesammelt und von Tauchern in gasdichte Inkubationsflaschen in bestimmten Tiefen gelegt. Jede Flasche ist mit einem nicht-invasiven optischen Sauerstoff-Mikrosensor ausgestattet, der die Produktivität/den Verbrauch von O2 im Laufe der Zeit überwacht. Alle Messungen werden in fünf nachgebildeten Dunkel-Hell-Paaren in jeder Tiefe durchgeführt. Die Temperaturintensitäten und die Intensitäten der photosynthetisch aktiven Strahlung (PHAR) werden während der gesamten Inkubation in entsprechenden Tiefen gemessen. Nach 6 h In-situ-Inkubation (Tageslichtstunden) werden die mikrobiellen Matten aus den Flaschen geerntet und getrocknet. O2-Flüsse werden zu mikrobieller Biomasse normalisiert. Als Kontrolle werden die Flussmittel um Änderungen der O2-Konzentration in getrennten hellen und dunklen gasdichten Flaschen (Blindkontrollen) korrigiert, die Seewasser ohne mikrobielle Mattenbiomasse enthalten. Im Folgenden finden Sie detaillierte Anweisungen zum Bau des schwimmenden Lastkahns und zur Durchführung des gesamten Experiments Schritt für Schritt. Diese Arbeit präsentiert auch repräsentative Ergebnisse aus den Messungen von mikrobiellen Matten in zwei Tiefen (1 m und 2 m) mit fünf Replikaten in jeder Tiefe. Die tatsächliche Temperatur und Lichtintensität wurden während des gesamten Experiments mit Datenloggern gemessen.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum angle L profile 40 x 40 mm x 3 mm, length 2,000 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum flat bar 40 x 3 x 350 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket 15 L with concrete infill&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carabine hook with screw lock 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>electric tape black</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extruded polystyrene (XPS) material 500 x 200 x 150 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibox 3 LCD trace</td>
			<td>PreSens Precision Sensing GmbH</td>
			<td></td>
			<td>stand-alone fiber optic oxygen meter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hondex PS-7 Portable Depth Sounder</td>
			<td>Hondex&#160; - Honda Electronics</td>
			<td></td>
			<td>to measures distances through water - to bottom depth measurement; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KORKEN - glass tight-seal jar 0.5 L</td>
			<td>IKEA</td>
			<td></td>
			<td>incubation bottles; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>metal hook&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Sensor Spot SP-PSt3-NAU-D5</td>
			<td>PreSens Precision Sensing GmbH</td>
			<td></td>
			<td>non-invasive optical oxygen sensor for measurements under Real Conditions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCOUT infantable canoe</td>
			<td>GUMOTEX</td>
			<td></td>
			<td>https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 10 x 170 mm with hexagonal nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 4 x 15 mm with hexagonal nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw 4 x 15 mm with wing nuts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Snap hooks 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel Carabine hook 50 x 5 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel chain with wire diameter 3 mm, inside link 5.5 x 26 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel chain, 5 m</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>toothbrush</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tweezer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 10 x 50 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 4 x 10 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Washer 4 x 10 mm</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a low-cost method of measuring the in situ primary productivity of periphyton communities of lentic waters

Die Messung der in situ Primärproduktivität von Periphyton während des Vegetationsperiodengradienten kann den quantitativen Effekt von Umwelttreibern (hauptsächlich Phosphorkonzentration und Lichtintensität) und Artenzusammensetzung auf die Primärproduktivität aufklären. Die Primärproduktivität wird hauptsächlich durch Lichtintensität, Temperatur, Verfügbarkeit von Nährstoffen und Verteilung der ionischen Spezies des Karbonatsystems in den jeweiligen Tiefen der euphotischen Zone bestimmt. Es ist ein komplexes System, das im Labor sehr schwer zu simulieren ist. Dieser billige, transportable und einfach zu bauende schwimmende Lastkahn ermöglicht die genaue Messung der Primärproduktivität direkt unter den tatsächlichen natürlichen Bedingungen. Die Methodik basiert auf der Messung der Primärproduktivität in Echtzeit mit nicht-invasiven Sauerstoffsensoren, die in dicht verschlossenen Gläsern integriert sind, was eine Online-Überwachung des Sauerstoffflusses ermöglicht und neue Einblicke in metabolische Aktivitäten liefert. Detaillierte saisonale in situ Messungen der Bruttoprimärproduktivität von mikrobiellen Matten (oder anderen benthischen Organismen) können das aktuelle Wissen über die Prozesse verbessern, die die Dynamik der Primärproduktivität in lentischen Gewässern steuern.

<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64078/64078fig05.jpg"> Abbildung 5: Netto- und Bruttoökosystemproduktivität mikrobieller Matten bei Tageslicht. (A) Light bottle-net ecosystem productivity: time course data of net oxygen productivity of microbial mats from the light bottles. Die Änderung der Sauerstoffkonzentration in Inkubationsflaschen wurde nach 1 h bei Tageslicht gemessen. Graue Kreise: Flaschen m...

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A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters

Hier wird eine kostengünstige und transportable Methode/Einrichtung zur Messung der Primärproduktivität mikrobieller Matten unter tatsächlichen in situ Umgebungstemperatur- und Lichtbedingungen vorgestellt. Der Versuchsaufbau basiert auf weit verbreiteten Materialien und kann unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt werden, während er die Vorteile von Labormodellen bietet.

Eine kostengünstige Methode zur Messung der In-situ-Primärproduktivität von Periphytongemeinschaften linsenförmiger Wässer

Measuring the in situ primary productivity of periphyton during the growing season gradient can elucidate the quantitative effect of environmental drivers ...

Eine detaillierte In-situ-Messung der Bruttoproduktivität von Periphyton oder einem beliebigen Wassermikroorganismus an einem geeigneten Standort kann das aktuelle Wissen über die Prozesse verbessern, die die Dynamik der Primärproduktivität in lentischen Gewässern steuern. Die wichtigsten Verbesserungen der vorgeschlagenen Methoden sind Nicht-Invasivität, Kosteneffizienz und die Möglichkeit gleichzeitiger Messungen an verschiedenen Orten. Es ermöglicht auch die Sammlung großer Datenbestände ohne zusätzliche Kosten.Ersetzen Sie den Lastkahn bei der Durchführung der Experimente und verwenden Sie ein aufblasbares Kajak, da es leicht zu transportieren ist. Wählen Sie einen Ort mit einer idealen Tiefe, um den Schwimmer zu verankern. Als nächstes befestigen Sie den zusammengebauten Lastkahn hinter dem Heck des Bootes und senken Sie den Anker vorsichtig entlang der Seite des Bootes.Richten Sie den Anker aus, indem Sie ihn leicht unter die Wasseroberfläche hängen, so dass der Schwimmer leicht mit dem Anker an die Stelle mit der erforderlichen Tiefe gezogen werden kann. Nachdem Sie die Stelle erreicht haben, lösen Sie den Anker vom Boot und senken Sie ihn auf den Boden, dann befestigen Sie den Lastkahn an der Ankerkette und die Ketten zum Befestigen der Inkubationsflaschen am Lastkahn. Um die Inkubationsflaschen vorzubereiten, befestigen Sie sauerstoffoptische Sensorspots an der Innenwand von transparenten, weithalsigen 0,5-Liter-Flaschen mit gasdichten Verschlüssen und machen Sie dann eine undurchsichtige Schicht für die dunklen Behandlungsflaschen, indem Sie sie mit schwarzem Klebeband umwickeln.Schneiden Sie ein winziges Loch in die Stelle des platzierten optischen Sensors und stellen Sie sicher, dass das geschnittene Loch etwas kleiner als der Durchmesser des Sensors ist, um zu verhindern, dass Licht in die Flasche eindringt. Legen Sie die Inkubationsflaschen in die tragbare Box und tauchen Sie mit der Box in die jeweilige Tiefe, ohne das Sediment im umgebenden Wasser zu stören. Als nächstes füllen Sie die Proben mit einer langen Pinzette vorsichtig in die Inkubationsflaschen und achten Sie darauf, die Biomasse der Probe nicht zu sehr zu stören.Wenn die mikrobiellen Matten auf einer festen Oberfläche wie einem kleinen Stein wachsen, geben Sie den ganzen Stein mit intakter Biomasse vorsichtig in die Flasche. Füllen Sie ein Paar helle und dunkle Flaschen mit sauberem Wasser aus der jeweiligen Tiefe ohne Sedimente, um als Blankokontrollen zu dienen. Nachdem Sie sichergestellt haben, dass das Wasser in allen Inkubationsflaschen sauber ist und keine störenden Sedimente enthält, bringen Sie die verschlossenen Flaschen zum Boot, das am schwimmenden Lastkahn verankert ist.Befestigen Sie die ersten beiden Paar Inkubationsflaschen an den Karabinerhaken an der ersten Kette und messen Sie dann die anfängliche Sauerstoffkonzentration in jeder Flasche mit dem faseroptischen Sauerstoffmessgerät. Befestigen Sie das optische Kabel des Messgeräts an dem in der Flasche montierten Sauerstoffsensor und lesen Sie innerhalb weniger Sekunden die Sauerstoffkonzentration im Messgerät ab und zeichnen Sie den Messwert auf. Unmittelbar nach der Messung die Kette mit den angebrachten Flaschen vorsichtig wieder ins Wasser senken und sicherstellen, dass die Inkubationsflaschen in der gleichen Tiefe platziert werden, aus der die darin platzierte Biomasse entnommen wurde.Messen Sie nach einer Stunde erneut die Sauerstoffkonzentration, indem Sie jede Kette mit den Flaschen vorsichtig in das Boot ziehen. Zuvor wurde das Ablesen des Sauerstoffwertes demonstriert und die Proben wieder ins Wasser abgesenkt. Nachdem Sie alle Messungen abgeschlossen haben, nehmen Sie die Proben aus den Inkubationsflaschen und schrubben Sie die mikrobielle Matte, die auf der Oberfläche einer harten Substanz wie Stein gewachsen ist, mit einer Zahnbürste oder einem kleinen Messer, dann geben Sie den Inhalt in Plastikflaschen.Ein Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Laufe der Zeit zeigt sich sowohl in den Kontroll- als auch in den Probenflaschen, die Licht ausgesetzt sind, was auf die Nettoproduktivität des Ökosystems hinweist. Dennoch ist die Steigung bei Flaschen mit mikrobiellen Mattenproben deutlich höher. Die zeitliche Veränderung der Sauerstoffkonzentration in den dunklen Flaschen ist die Summe aus autotropher und heterotropher Atmung.In diesem Fall unterscheidet sich die Steigung der Sauerstoffkonzentration in der Kontrollflasche nicht signifikant von Null. Die Subtraktion der Atmungsraten von der Netto-Ökosystemproduktivität ergibt die Rate der Brutto-Ökosystemproduktivität, und die Daten entsprechen gut der Definition. Eine praktische Anwendung dieser Methode wurde in den Feldern von drei Bergbaufolgeseen erreicht, die die grobe Ökosystemproduktivität der periphytischen Gemeinschaft während der Vegetationssaison zeigen.Während des Biomasse-Probenahmeprozesses unter Wasser ist es wichtig sicherzustellen, dass keine Luftblasen in den Inkubationsflaschen eingeschlossen bleiben, sobald sie nach dem Hinzufügen der Proben geschlossen werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, den Sauerstoffaustausch zwischen dem Gewässer und jedem Organismus oder einer Gemeinschaft von Organismen einer geeigneten Größe zu quantifizieren. Diese Methode ermöglicht es, die ganzjährige Primärproduktivität ausgewählter Organismen in situ zu untersuchen, indem der natürliche Zustand so weit wie möglich gestaltet wird, wodurch eine bessere Vorstellung von seiner relativen Bedeutung für den gesamten Kohlenstoffstoffwechsel gegeben wird.

Research

JoVE Journal

Environment

A Low-Cost Method of Measuring the In Situ Primary Productivity of Periphyton Communities of Lentic Waters

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

Bestimmung mikrobieller extrazelluläre Enzymaktivität in Wasser, Böden und Sedimente mit hohem Durchsatz Mikrotiterplatten-Assays

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

Forschung

Umwelt

A Noninvasive Method For In situ Determination of Mating Success in Female American Lobsters (Homarus americanus)

A Noninvasive Method For In situ Determination of Mating Success in Female American Lobsters Homarus americanus

Eine nichtinvasive Methode zur<em&gt; In situ</em&gt; Bestimmung des Gegen Erfolg im Frauen amerikanischen Hummer (<em&gt; Homarus americanus</em&gt;)

Despite being one of the most productive fisheries in the Northwest Atlantic, much remains unknown about the natural reproductive dynamics of American ...

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

Quantifizierung von Schwermetallen und anderen anorganischen Kontaminanten auf die Produktivität von Mikroalgen

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Saubere Probenahme und Analyse von River und Estuarine Waters für Spurenmetallforschung

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

Die Vorbehandlung von Lignocellulose-Biomasse mit Low-Cost-ionischen Flüssigkeiten

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of ...

Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis

Extraktion von Organochlor-Pestiziden aus Kunststoff-Pellets und Kunststoff-Typ-Analyse

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment ...

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus (Murayama), Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

Messung der Flug Fähigkeit des Käfers Ambrosia, Platypus Quercivorus (Murayama), mit einem Low-Cost, klein und leicht konstruierte Flug Mühle

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

Eine Flexible Low-Cost-Hydrokultur-System für die Bewertung der Pflanze Antworten auf kleine Moleküle unter sterilen Bedingungen

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies

Bau eine kompakte Low-Cost Strahlungsschild für Luft-Temperatur-Sensoren in ökologischer Feldstudien

Low cost temperature sensors are increasingly used by ecologists to assess climatic variation and change on ecologically relevant scales. Although ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Bau eines Low-Cost mobilen Inkubator für Feld und Labor

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...