Anthropogene Veränderung des Stickstoffkreislaufes ist eines der schwierigsten Probleme für die Erde System¹. Menschliche Tätigkeit hat mindestens das Niveau von reaktivem Stickstoff zur Verfügung, um die Biosphäre²verdoppelt. Es bleiben jedoch große Unsicherheiten in Bezug auf wie der globale N-Zyklus ausgewertet wird. Ein paar Flussmittel Schätzungen haben mit weniger als ±20 % Fehler quantifiziert worden, und viele haben Unsicherheiten von ±50 % und größer³. Diese Unsicherheiten zeigen die Notwendigkeit für genaue Schätzungen der Denitrifikation Raten über Ökosysteme und ein Verständnis für die zugrunde liegenden Mechanismen der Variation. Denitrifikation ist eine mikrobielle Aktivität durch die stickstoffhaltigen Oxide, vor allem Nitrat und Nitrit, Distickstoff Gase, N₂O und N₂⁴reduziert werden. Der Weg ist für die Biosphäre Verfügbarkeit von reaktivem Stickstoff von großer Bedeutung, denn das ist der primäre Prozess der Entfernung⁵. N₂O ist ein Treibhausgas mit einem Treibhauspotenzial fast 300-Mal, dass Co₂ in 100 Jahren, und es ist die aktuelle Hauptursache der stratosphärischen Ozonschicht aufgrund der großen Mengen wird emittierten^6,7.

Im folgenden präsentieren wir ein Protokoll für die Schätzung der Sediment Denitrifikation Preise mit Kernen und N₂O Mikrosensoren experimentell (Abbildung 1). Denitrifikation Preise sind anhand der Acetylen Hemmung Methode^8,9 und Messungen der Anhäufung von N₂O in einem definierten Zeitraum (Abbildung 2 und Abbildung 3) geschätzt. Wir zeigen die Methode indem Sie Berg Seesedimenten zuweisen. Diese Fallstudie zeigt die Leistungsfähigkeit der Methode zur Erkennung von relativ niedrigen Raten mit minimaler Störung, die physikalische Struktur der Sedimente.

Denitrifikation ist besonders schwer zu¹⁰messen. Es gibt verschiedene alternative Ansätze und Methoden, jeweils mit vor- und Nachteilen. Nachteile der zur Verfügung stehenden Methoden beinhalten die Verwendung von teuren Ressourcen, nicht genügend Sensibilität und die Notwendigkeit, die Substrat-Ebenen zu ändern oder ändern die physische Konfiguration des Prozesses mit gestörten Proben¹⁰. Eine noch grundlegendere Herausforderung zur Messung von N₂ ist seine erhöhten Hintergrundwerten in der Umwelt-¹⁰. Die Reduktion von N₂O, N₂ ist durch Acetylen (C₂H₂)^8,9gehemmt. So kann Denitrifikation durch Messung der kumulierten N₂O im Beisein von C₂H₂, das ist möglich aufgrund des niedrigen ökologischen N₂O quantifiziert werden.

Die Verwendung von C₂H₂ bis Denitrifikation in Sedimenten messen entstand vor etwa 40 Jahren¹¹und die Einbeziehung der N₂O Sensoren aufgetreten ist etwa 10 Jahre später¹². Die am häufigsten angewandte Acetylen-basierten Ansatz ist der “statische Kern”. Der kumulierte N₂O ist während einer Inkubationszeit von bis zu 24 h gemessen, nachdem der Kopfraum des versiegelten Sediment Kern¹⁰C₂H₂ hinzugefügt wird. Die hier beschriebene Methode folgt dieses Verfahren mit einigen Neuerungen. Wir fügen die C₂H₂ durch das Gas in der Wasserphase des Kerns für einige Minuten sprudelnd, und wir füllen die Headspace mit Probenwasser vor der Messung der Anhäufung von N₂O mit einem Reinstraum. Wir sind auch ein Rührsystem, die verhindert, die Schichtung des Wassers dass ohne resuspending Sediment. Das Verfahren quantifiziert die Denitrifikation Rate pro Fläche Sediment (z.B., µmol N₂O m^-2 h^-1).

Die hohe räumliche und zeitliche Variation der Denitrifikation stellt eine weitere Schwierigkeit in seine genaue Quantifizierung¹⁰. In der Regel ist N₂O Anhäufung nacheinander durch Gaschromatographie Headspace Proben gemessen, die während der Inkubation gesammelt werden. Die beschriebene Methode bietet verbesserte Überwachung der zeitlichen Variation der N₂O Anhäufung, weil die Reinstraum ein kontinuierliches Signal bietet. Reinstraum-Multimeter ist ein digital Mikrosensor Verstärker (Picoammeter), der Schnittstellen mit den Sensoren und dem Computer (Abbildung 1(ein). Das Multimeter kann mehrere N₂O Mikrosensoren zur gleichen Zeit verwendet werden. Zum Beispiel können bis zu vier Sediment Kerne aus der gleichen Studie Ort gleichzeitig entfallen die räumliche Variabilität gemessen werden.

Die Core-Ansatz stört kaum die Sediment-Struktur im Vergleich zu einigen anderen Methoden (z.B., Schlämme). Wenn die Integrität der Sedimente geändert wird, führt dies zu unrealistisch Denitrifikation Preise¹³ , die nur für relative Vergleiche ausreichend sind. Höhere Raten sind immer mit Gülle-Methoden im Vergleich zu zentralen Methoden¹⁴, abgerufen, da letztere die Begrenzung der Denitrifikation durch Substrat Verbreitung¹⁵bewahrt. Gülle-Maßnahmen können nicht als repräsentativ in Situ Preise¹⁶angesehen werden; Sie bieten relative Maßnahmen für Vergleiche mit dem exakt gleichen Verfahren.

Die beschriebene Methode eignet sich für die Schätzung der Denitrifikation Preise auf jegliche Sediment entkernt werden können. Wir empfehlen besonders die Methode für die Durchführung von experimentellen Manipulationen einiger die treibenden Faktoren. Beispiele sind Experimente, die Nitrat-Verfügbarkeit und Temperatur je nach Bedarf für die Schätzung der Aktivierungs Energie (E_ein) der Denitrifikation¹⁷ (Abbildung 2) zu ändern.

Abbildung 1 : Versuchsaufbau. (ein) General Versuchsaufbau Sediment Denitrifikation Preise mit Kernen und N₂O Mikrosensoren abzuschätzen. Die Inkubation Kammer sorgt Dunkelheit und kontrollierten Temperatur (±0.3 ° C). Fünf intakt Sedimentkerne können gleichzeitig mit ihrer jeweiligen N₂O Sensoren verarbeitet werden. (b) N₂O Kalibrierung Sensorkammer. Wir haben es mit Gummistopfen und Spritzen auf der N₂O Wasser mischen angepasst (siehe Protokoll Schritt 3.4.3). Es ist ein Thermometer, um die Wassertemperatur zu kontrollieren. (c) eingefügt Nahaufnahme von einer Sedimentprobe Kern mit dem Sensor in der Mittelbohrung des PVC-Hülle und die Fugen mit Klebeband versiegelt. Der Rührer im Wasser hängt, und der Elektromagnet ist in der Nähe und der äußere Teil des Acryl Rohr befestigt. (d) Nahaufnahme von N₂O Mikrosensor Tipp von einem Metallstück geschützt. (e) ein Sedimentkern, die gerade wiederhergestellt wurden. Es war ein Boot in einem tiefen See entnommen; das Acryl Rohr mit dem Kern ist immer noch auf die Messenger-angepasst Schwerkraft Corer¹⁹fixiert. Sehen Sie die Tabelle der Materialien für alle Elemente, die erforderlich, um diese Methode durchzuführen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.