Die Benthic Austausch von O₂, N₂ Und gelöste Nährstoffe mit kleinen Kern Inkubationen

Hinweis: Die Sammlung von Kernen mit ungestörter Sediment-Wasser-Grenzflächen zu machen gute experimentelle Messungen der Austausch von wesentlicher Bedeutung ist; hoch gestörten Kerne sind wahrscheinlich Porenwasser gelöste Stoffe mit überlagernden Wasser auszutauschen und haben die Aufnahme von Sauerstoff durch die Oxidation von Fe (II) und reduzierten Schwefelverbindungen verbessert. In diesem Beitrag möchten wir betonen, Sediment Inkubation Verfahren von Sedimenten mit nur kursorisch Aufnahme von Sedimentproben Techniken und chemische Analysen von gelösten Stoffen und Gasen. Vor der Entnahme oder auf Basis von ersten Ergebnissen, bestimmen den Grad der Replikation durch den gesamten Projektanforderungen, statistische Design oder erwartete Menge von räumlichen Variabilität in kleinem Maßstab. Doppelte Kerne sind das Minimum von vielen Studien und dreifacher Ausführung sind praktisch, wenn es eine bessere statistische Analyse. 1. Sediment Sammlung und Handhabung Hinweis: Die Sammlung von Sediment für Austauschexperimente durchgeführt unter Verwendung 1) manuelles Einlegen von Kernen using Taucher oder im flachen Wasser oder in Feuchtgebieten, durch waten, 2) Pol eine Aluminiumstange mit einem manuell geschlossenes Ventil Entkernen mit Sedimenten zu behalten, oder 3) Feld Entkernung. An jedem Standort, notieren Sie die Standortwahl der Verwendung von GPS bestimmen Bodenwasser Sauerstoff, Temperatur und Salzgehalt eine Wasserqualität sonde mit und bestimmen die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) an der Oberfläche und am Boden einen PAR-Sensor / Meter. Senken Sie die Wasserqualität sonde bis ca. 1 m über dem Sediment und notieren unteren Wassereigenschaften (Tiefe, Temperatur, gelöster Sauerstoff, Temperatur und Salzgehalt / Leitfähigkeit). Senken Sie einen PAR-Sensor mit einer Unterwasser-Sonde an der Sediment-Wasser-Grenzfläche eine Absenkung Rahmen verwendet wird. Vergleichen PAR Lesungen in der Nähe der Sedimentoberfläche zu PAR Messungen unmittelbar unterhalb der Luft-Wasser-Grenzfläche die Lichtdämpfung unter den Umgebungslichtbedingungen zu schätzen. Bereitstellen eines Kastengreifer über die Seite des Bootes / Schiff, es senkt langsam Störungen zu minimierenauf das Sediment eindringt. Untersuchen Sie den Kernkasten für sichtbare Störung oder übermäßige Aufwirbelung. Für einen Kastengreifer, legen Kernrohre in das Sediment und ein Butylstopfen verwenden, um die Oberseite des Kerns zu bedecken. Für Fluss Experimente, während der ideale Sediment / Wasser-Balance innerhalb des Kerns ist 15 cm Wasser und 15 cm des Sediments, in groben oder hochverdichtete Sedimente weniger Sedimenttiefe zu sammeln ist ein akzeptables Ergebnis. Wenn Raten von Sauerstoffmangel zu hoch sind, verschieben das Gleichgewicht in Richtung mehr Wassersäulenhöhe. Typischerweise verwenden 6,35 cm Innendurchmesser Kerne für Tiefsee Studien und für Sedimente mit benthischen Mikroalgen oder große Tierpopulationen, verwenden 10 cm ID-Cores. Die Hauptgrenze Kerngröße ist die Fähigkeit, den Boden des Kerns zu begrenzen. Verschließen Sie die Unterseite mit einem Acryl-Bodenplatte, die eine eingebettete O-Ring aufweist. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis genügend Wiederholungen gesammelt werden. Mit dem Pol corer, zunächst die Acrylbodenplatte im Kern liner, entfernen Sie den Kern aus dem Ausstecher und den Anschlag hinzuzufügen. Platz Kerne in einem hohen Wasserkühler isoliert, die mit Umgebungswasser aus dem Ort überflutet wird; dies hilft in situ Temperaturen aufrechtzuerhalten. Stellen Sie sicher, dass der Kühler bleibt aufrecht. Entsorgen Sie Kerne, die beim Transport gestört werden. Pumpenboden Wasser genommen nahe der Sedimentoberfläche in 20 L-Kanister für die Verwendung in den Experimenten. Verwenden Sie eine Membranpumpe mit 10 bis 20 l / min Kapazität oder mit hoher Geschwindigkeit peristaltische Pumpe. In flachen ungeschichtet Wasser, füllen Sie den carboy, indem sie in dem Wasser "Dunking". Filtration des Bodenwasser eine hohe Kapazität inline Patronenfilter kann an Standorten mit hohen Raten der Wassersäule Sauerstoffaufnahme oder Photosynthese (im Licht), minimiert die Korrektur aus der Wassersäule nur Steuerkerne nützlich sein. Transportieren der Kerne so schnell wie möglich an die Inkubation Möglichkeiten. Im Falle eines längeren Transport, aerobic Kerne können anoxischen und künstliche werden sprudelnden oder Zirkulation erforderlich sind. 2. Ersteinrichtung Bei der Inkubation Anlage, Ort Kerne in einer Inkubation Wanne entweder in einer Umwelt Raum mit kontrollierter Temperatur oder in einem doppelwandigen Inkubator mit Temperaturregelung über ein Heiz- / Kühl Zirkulator. Stellen Sie die Temperatur nach unten Wassertemperaturen in 1.1.1 gemessen. In Bodenwasser in den Inkubator, vollständig die Sedimentkerne eingetaucht. Auch Wasser auf 5 L Kanister mit Zapfen hinzufügen, die verwendet wird, um Ersatz Wasser verzichtet werden kann. Fügen Sie ein Wasser nur Kern (ohne Sediment) in den Inkubator. Die Verwendung von Wassersäule Rohlingen ist wichtig in den meisten Umgebungen für alle Wassersäulenverfahren zu kompensieren, die Gase und gelöste Stoffe beeinflussen. Für die Messung der Denitrifikation können diese Zuschnitte nicht nur Wassersäule Prozesse widerspiegeln, sondern den Austausch von Gasen mit den Acrylwänden des Kerns. Bubble-Kerne wi-te Luft für mindestens 2 Stunden ein thermisches Gleichgewicht und volle Sauerstoffversorgung des darüber liegenden Wasser zu gewährleisten. Sie können am nächsten Morgen über Nacht und Zeitkurse eingeleitet gehalten werden. Längere Vorinkubation Perioden wurden nicht für die Wirksamkeit ausgewertet. Zur Belüftung mit einem kleinen "T" bubbler bestehend aus ½ "PVC-Rohr mit einem Dreiwegekopplers, ein 1/8 'Rohr auf den Boden der T-Ergebnisse in das Mitreißen von Wasser eingesetzt Aufwärts während sprudelnden und sorgt nicht nur für die Sauerstoffversorgung, aber Zirkulation des Wassers in den Kern mit Wasser in der Inkubation Wanne. 3. Sediment-Wasser-Inkubation Verfahren Nach Überprüfung der Temperatur, um die Feldbedingungen, um sicherzustellen, es passt, Kreiseln zu den Spitzen der Kerne befestigen. An dieser Stelle abzudichten den Kern aus dem Tank Wasser. Lassen Sie das Probenahmeventil auf den Kern während dieses Prozesses offen. fegen manuell alle Luftblasen vorsichtig von der Unterseite des Kreisels. Elevate die Ersatzwasser carboy ~ 30-40 cm höher als die Spitzen der Inkubation Kerne und die Leitungen entleeren nach unten keine Luft in der Leitung zu beseitigen. Während immer noch fliessend, bringen Sie die Linien an den Kernplatten und die Ventile schließen. Schalten Sie die zentrale Drehscheibe Rühren und stellen Sie die Drehzahl, so dass Kerne drehen ~ 40-mal pro Minute, oder mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um die Wassersäule zu mischen, aber nicht Sediment resuspendieren. mit einem Fitting Luer Etwa 5 min nach dem alle Kerne verschlossen sind, öffnen Sie das Ersatz-Wasserventil und das Probenventil, und dann ein kurzes Stück Schlauch mit dem Probenventil befestigen. Dieses Entnahmerohr in den Boden eines 7 ml Glasrohr, das bis zum Überlaufen gefüllt ist. Vor der Röhre Capping, mit 10 & mgr; l von 30 g L -1 HgCl 2 als Konservierungsmittel. Bewahren Sie diese Proben unter Wasser bei Temperaturen nahe der Inkubationstemperatur. Andere Laboratorien haben erfolgreich eingesetzt, 12 ml "Exetainers" für samB. Lagerung. Für gelöste Stoff Probenahme, befestigen Sie den Ersatz Wasserventil 20 ml Spritzenzylinder zum Probenventil und öffnen. Der Spritzenzylinder füllt bis zur vollständigen nur Schwerkraft. Bringen Sie einen Kolben und eine Filterscheibe, und dann filtern, um die Proben in Fläschchen. Diese Proben für die Nährstoffanalyse werden eingefroren bei -20 ° C bis zur Analyse. Hinweis: Der Zeitverlauf der Abtastung in der Dunkelheit umfaßt typischerweise 4 Abtastperioden mit den Abständen zwischen der Probenahme von 0,5 bis> 2 Stunden, abhängig von der Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme. Bei niedrigen Raten der Sauerstoffaufnahme, sind die Zeitintervalle lang; in Sedimenten mit hohen Raten der Atmung, müssen Intervalle kurz sein. Übermäßig hohe Volumina an jedem Probenpunkt entnommenen Probe kann bei der Probenahme zu groß einem Anteil des gesamten Probenvolumens führen; in unserer Arbeit führen diese Probenvolumina in einem vernachlässigbaren Korrektur. Wenn größere Volumen der Probe erforderlich ist, größeren Durchmesser Kerne oder eine erhöhte Wassersäulenhöhekann erforderlich sein. Nicht mit einem zeitlichen Verlauf der Abtastung unter einem Schwellenwert von 50% Sauerstoffmangel, mit Sauerstoff Verminderungen von 25% in der Regel eine ausreichende Signal in Nährstoffkonzentrationen gehen. Hier verwenden kalibriert Optoden für die direkte Analyse von Sauerstoffkonzentrationen und die Sauerstoffsättigung. Wenn die Sedimente aus flachen, beleuchteten Umgebungen, auf der 4. Probenahme sind, schalten Sie das Licht und drei nachfolgende Proben nehmen. Man beachte , dass in stark photo Sedimenten Sättigung von O 2 und die Blasenbildung die Messung der Gasflüsse in einigen Fällen begrenzt. Die kontinuierliche Überwachung von Sauerstoff ist eine zunehmend tragfähige und wertvolle Alternative, mit LWL-Messtechnik relativ kleine Sonden aufweist, die sehr zuverlässig und präzise sind. Am Ende der Sediment Inkubationen, entweder die Höhe der Wassersäule messen oder die Wassersäule in einen Messzylinder Siphon direkt zu bestimine das Wasservolumen, und Fotos von jedem Kern nehmen. 4. Probenanalyse Pumpen Proben für die Analyse von N 2, O 2 und Ar in eine Membran Massenspektrometers Einlaß und bestimmen die Verhältnisse von N 2: Ar und O 2: Ar bis <0,03% Genauigkeit 12,23. Paare, die ein Quadrupol-Massenspektrometer mit einer Membran Einlass. Schieben Sie die Probe in die Membran Schlauch eine peristaltische Pumpe. Sammeln Sie die Probenabfall in einem Kunststoffballon und zu behandeln als chemischer Abfall aufgrund des Hg Konservierungsmittel. Kalibrieren mit entionisiertem Wasser äquilibriert mit Luft bei der Temperatur der Inkubation. Führen Sie Nährstoff mit automatisierten Analysatoren manuell auf ≤ 5 ml-Proben oder auf kleinere Volumina analysiert. Bei der Probe Auftauen, analysiert Start sofort. Die Auswahl der Nährstoffanalyseverfahren muß eine Genauigkeit ausreichend zu beobachten, Veränderungen der Nährstoffkonzentration während der Inkubation erhalten. Typische NachweisGrenzen <0,05 & mgr; mol L -1 und Zeitverlauf Trends schwierig sein kann , sowohl unter extrem niedrigen und extrem hohen Nährstoffkonzentrationen zu beobachten. Für farbmetrische Analysen von löslichen reaktiven Phosphor, verwenden Sie die Phosphomolybdatbehandlung Technik Ascorbinsäure. Für die Ammonium – Analysen nutzen 24 eine Nachtfarbentwicklung unter Verwendung eines Phenol – Hypochlorit – Reagenz. Automatisierte kolorimetrische Analysen, entweder unter Verwendung segmentierter Fluss oder einen diskreten Analysator, sind eine gute Alternative und nutzen geringeres Volumen Probe. Für Analysen von Nitrat und Nitrit, nutzen über Nacht Farbentwicklung unter Verwendung von Vanadiumchlorid als Reduktionsmittel 25, oder verwenden Sie einen automatisierten Analysator Vergleichen Extinktionen bestimmt auf einem UV / VIS-Spektrophotometer mit Standardkurven und bestimmen Konzentrationen von einer Regression von Standards Konzentrationen und Extinktionen. 5. Berechnung der Sediment-Wasser-Wechselkurse Regress die Konzentrationen von Gas oder Nährstoff gegen die Zeit unabhängig für beide dunkel und beleuchtet Inkubationen mit der Steigung als & mgr; mol L -1 h -1 ausgedrückt. Korrigieren Sie die Steigungen der Inkubation Kerne für die Neigung der Wassersäule nur für Kerne. Verwenden Sie nur signifikante Regressionen (P <0,05) für Berechnungen; Identifizierung nicht-signifikanten Daten in den endgültigen Daten-Tabellen. Berechnen Sediment-Wasser-Wechselkurse aus der Steigung der Änderung der chemischen Bestandteilkonzentrationen in der darüber liegenden Wasser: Wobei F der Fluß (& mgr; mol m -2 h -1) ist, & Delta; C / & Dgr; t die Steigung der Konzentrationsänderung in einer überlagernden Wasser (& mgr; mol L -1 h -1), V ist das Volumen des darüberliegenden Wassers (L) und A ist die Fläche des inkubierten Kern (m -2) .Um den täglichen Fluss schätzen, multiplizieren Sie die beleuchtete Rate durch die Stunden Lichtund fügen Sie dem dunklen Rate von den Stunden der Dunkelheit multipliziert. 6. Berichterstattung Wenn Ergebnisse aus Sediment-Wasser-Wechselmessungen berichten, ausreichende Informationen für andere Wissenschaftler, die Umwelt zu verstehen, die abgetastet wurde. Wesentliche Informationen beinhaltet: 1) Standortwahl und Wassertiefe, 2) die physikalischen Eigenschaften wie Feld und Inkubationstemperatur, und PAR, 3) Bodenwassereigenschaften wie Sauerstoff, Nährstoffkonzentrationen und Salinität und 4) Sedimenteigenschaften wie Korngröße, organische Stoffe Konzentrationen, und das Vorhandensein von Bodentieren.