The authors acknowledge the Water Quality Analysis Laboratory at the University of New Hampshire for assistance with sample analysis. The authors also thank two anonymous reviewers whose comments have helped to improve the manuscript. This work is funded by the National Science Foundation (DEB-1556603). Partial funding was also provided by the EPSCoR Ecosystems and Society Project (NSF EPS-1101245), New Hampshire Agricultural Experiment Station (Scientific Contribution #2662, USDA National Institute of Food and Agriculture (McIntire-Stennis) Project (1006760), the University of New Hampshire Graduate School, and the New Hampshire Water Resources Research Center.

<ol>
	<li>Brookshire, E. N. J., Valett, H. M., Thomas, S. A., Webster, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atmospheric+N+deposition+increases+organic+N+loss+from+temperate+forests.">Atmospheric N deposition increases organic N loss from temperate forests.</a> Ecosystems. 10 (2), 252-262 (2007).</li><li>Bernhardt, E. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twenty+years+apart:+Comparisons+of+DOM+uptake+during+leaf+leachate+releases+to+Hubbard+Brook+Valley+streams+in+1979+and+2000.">Twenty years apart: Comparisons of DOM uptake during leaf leachate releases to Hubbard Brook Valley streams in 1979 and 2000.</a> J Geophys Res. 113, G03032 (2008).</li><li>Taylor, P. G., Townsend, A. 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H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+response+of+dissolved+organic+nitrogen+to+nitrate+availability+in+headwater+streams.">Direct response of dissolved organic nitrogen to nitrate availability in headwater streams.</a> Biogeochemistry. 126 (1), 1-10 (2015).</li><li>Stream Solute Workshop. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concepts+and+methods+for+assessing+solute+dynamics+in+stream+ecosystems.">Concepts and methods for assessing solute dynamics in stream ecosystems.</a> J N Am Benthol Soc. 9 (2), 95-119 (1990).</li><li>Kilpatrick, F. A., Cobb, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Measurement of discharge using tracers: U.S Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations. , (1985).</li><li>Rodr&#237;guez-Cardona, B., Wymore, A. S., McDowell, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DOC:+NO3-+and+NO3-+uptake+in+forested+headwater+streams.">DOC: NO3- and NO3- uptake in forested headwater streams.</a> J Geophys Res - Biogeo. 121, (2016).</li><li>Kilpatrick, F. A., Wilson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Book+3+Chapter+A9,+Measurement+of+time+of+travel+in+streams+by+dye+tracing.">Book 3 Chapter A9, Measurement of time of travel in streams by dye tracing.</a> Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey. , (1989).</li><li>Lutz, B. D., Bernhardt, E. S., Roberts, B. J., Mulholland, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Examining+the+coupling+of+carbon+and+nitrogen+cycles+in+Appalachian+streams:+the+role+of+dissolved+organic+nitrogen.">Examining the coupling of carbon and nitrogen cycles in Appalachian streams: the role of dissolved organic nitrogen.</a> Ecology. 92 (3), 720-732 (2011).</li><li>Michalzik, B., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+dissolved+organic+nitrogen+and+carbon+in+a+Central+European+Norway+spruce+ecosystem.">Dynamics of dissolved organic nitrogen and carbon in a Central European Norway spruce ecosystem.</a> Eur J Soil Sci. 50 (4), 579-590 (1990).</li><li>Solinger, S., Kalbitz, K., Matzner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controls+on+the+dynamics+of+dissolved+organic+carbon+and+nitrogen+in+a+Central+European+deciduous+forest.">Controls on the dynamics of dissolved organic carbon and nitrogen in a Central European deciduous forest.</a> Biogeochemistry. 55 (3), 327-349 (2001).</li><li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patterns+in+chemical+fractionation+of+organic+nitrogen+in+Rocky+Mountain+streams.">Patterns in chemical fractionation of organic nitrogen in Rocky Mountain streams.</a> Ecosystems. 6 (5), 483-492 (2003).</li><li>Kaushal, S. S., Lewis, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+and+transport+of+organic+nitrogen+in+minimally+disturbed+montane+streams+of+Colorado,+USA.">Fate and transport of organic nitrogen in minimally disturbed montane streams of Colorado, USA.</a> Biogeochemistry. 74 (3), 303-321 (2005).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Das Ziel des Nährstoffs Impulsverfahren, wie hier dargestellt, ist die Antwort des sehr unterschiedlichen Pool von Umgebungsfließgewässer DOM über einen Dynamikbereich eines zugegebenen anorganischen Nährstoff zu charakterisieren und zu quantifizieren. Wenn die zugegebene gelöste Stoff in ausreichendem Maße die Konzentration des reaktiven gelösten Stoffs zunimmt, kann eine große folgernd Raum geschaffen werden, um zu verstehen, wie die biogeochemischen Kreisläufe von DOM zu Nährstoffkonzentrationen verknüpft ist. Dieser Nährstoff Puls Ansatz ist ideal , da es keine der mit Plateau-Stil Zusatz (zB peristaltische Pumpe) angeschlossenen Maschinen beinhaltet und umfasst keine teuren Isotopentechniken. Diese Manipulationen sind leicht reproduzierbar und mehrere Experimente können an einem einzigen Tag durchgeführt werden. Wir empfehlen jedoch, dass, wenn Experimente am gleichen Tag in einem einzigen Strom Reichweite replizierende, daß Zusätze von mehreren Stunden getrennt sind, für eine ausreichende Spülung des restlichen gelösten Stoffe zu ermöglichen. in these Ökosystem Manipulationen können wir die Zugabe von Nährstoffen in Reaktion Veränderungen in der Konzentration des Umgebungs Pool von DOM zu messen. Jedoch bei diesem Ansatz ist es nicht möglich, auf die Komponente des DOM Pool Kommentar tatsächlich über Änderungen in der Konzentration von DON und DOC verringert oder erhöht. Wir können nicht erkennen , ob es sich um eine bestimmte Form von DON beispielsweise ist, wird die bevorzugt mit dem Zusatz von NO 3 verbraucht -. Änderungen könnten aufgrund einer sehr reichlich vorhanden und verfügbar Formen von DON (zB Aminosäuren), die über ausreichend verändert wurden die Gesamtkonzentration zu ändern. Jedoch ist dieses Feld basierten Ansatz leicht mit hochauflösenden analytischen Chemie Methoden (zB Fluoreszenzspektroskopie, Fourier - Transformations - Ionenzyklotronresonanz - Massenspektrometrie) zusammengepaßt werden können , um zu bestimmen , welche Komponenten oder Klassen von Molekülen direkt an die experimentelle Manipulation reagieren. Neben DOM cheMistry, andere biologische und ökologische Faktoren, die die Reaktion von DOM auf den Mehrnährstoff beeinflussen können. Um zu verstehen, kann diese Multi-Faktor-Interaktion andere Felddaten gesammelt werden, um andere wichtige Variablen zu untersuchen. Zeitliche Änderungen in der Richtung der DON Reaktion auf Nitrat (3A-3F) kann gegen heterotrophen dominierten Prozesse autotrophic reflektieren. Zum Beispiel kann die positive Beziehung in 3A, zu reflektieren , die Aktivität von autotrophen Organismen. Es ist wahrscheinlich , dass im Mai gibt es noch eine ausreichende photosynthetisch aktive Strahlung ist der Strom (vor Anliegerkronenschluß) erreicht und das beobachtete Muster spiegelt diese Organismen von DON auf NO Verschiebung 3 - als Quelle von Stickstoff, der in DON zu einer Erhöhung Konzentration. Die negative Beziehung später in der Saison (zB Abbildung 3E) beobachtet, stellt wahrscheinlich die Aktivität von heterotrophen Mikroorganismen , die D sind der BergbauON für ihr Energiegehalt. Um diese Art von Test biologisch-basierten Hypothese könnte die zukünftige Forschung gleichzeitige Messungen von autotrophen stehenden Lager, mikrobielle Aktivität Ebenen oder Enzymkonzentrationen übernehmen, zum Beispiel. Untersuchen DOM-Nitrat Interaktionen über andere Umweltgradienten, einschließlich gelöstem Sauerstoff und Temperatur, könnte dazu beitragen, die Rolle der anderen physiochemischen Parameter in den Antrieb des gekoppelten biogeochemischen von DOM und Nitrat zu erläutern. Die Auswahl der niedrigen NO 3 - Ströme ist von wesentlicher Bedeutung für den Erfolg dieser Versuche und die Fähigkeit zu behalten Veränderungen im DON Pool zu messen. Studien , die die Interaktion zwischen NO 3 untersuchen - und DON sollte beispielsweise in Strömen auftreten , in denen NO 3 - macht weniger als 50% des TDN Pool. Die Präzision der DON über Subtraktion Messung wird stark reduziert , wenn NO 3 - trägt einen zu großen Anteil an derTDN Pool da ein multiplikatives Fehlerterm DON Messungen umgibt , die aus der Analyse von TDN ergibt, NO 3 - und NH 4 +. Eine solche suboptimalen Bedingungen können in negativen DON-Konzentrationen führen. So kann diese Technik in Systemen beschränkt werden , die durch NO 3 stark beeinträchtigt sind - wie zum Beispiel Mündungen. Obwohl größere Bäche und Flüsse ihre eigene Reihe von Herausforderungen stellen, kann diese Methode zu Systemen höherer Ordnung anwendbar. Zum Beispiel, Panzer et al. 5 durchgeführt , ein Nährstoffpuls - Experiment in der 7 - ter Ordnung Ober Snake River in Wyoming die Aufnahme Kinetik der gelösten anorganischen N. zu untersuchen Es kann Möglichkeiten , ähnliche Versuche in beiden Seen, Böden oder Grundwasser durchzuführen. Allerdings sind solche Experimente schwierig aufgrund der Herausforderungen im Zusammenhang mit einem System zu einem Gradienten von Nährstoffkonzentrationen ausgesetzt oder mit einem Gehalt Versuchseinheiten in einer Weise, die minimize Unterbrechung und experimentelle Artefakte. Dies ist einer der Vorteile für diese Art von Manipulationsversuchen Strom Ökosysteme mit. Dennoch ist die Entwicklung ähnlicher Methoden für andere Ökosysteme, vor allem Systeme beeinträchtigt durch übermäßige N Belastung (zB Mündungen), könnten wichtige Management Auswirkungen haben , wie wir die Art und Weise , in denen verschiedene Formen von N treiben Eutrophierung und toxische Algenblüten in den Küstengewässern zu verstehen beginnen , .

Gelöste organische Stoffe (DOM) ist eine wichtige Energie- und Nährstoffquelle Ökosysteme Süßwasser und ist als organische Substanz definiert, die ein 0,7-um-Filter durchläuft. Innerhalb von aquatischen Ökosystemen kann DOM auch Lichtdämpfung und Metallkomplexbildung beeinflussen. DOM ist ein sehr vielfältig und heterogene Mischung von organischen Verbindungen mit verschiedenen funktionellen Gruppen, sowie essentielle Nährstoffe wie Stickstoff (N) und Phosphor (P). Während der Begriff &quot;DOM&quot; beschreibt den gesamten Pool einschließlich ihrer C, N und P-Komponenten, wird seine Konzentration gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) gemessen. Die inhärente molekulare Komplexität des DOM-Pool jedoch schafft Herausforderungen zu seiner Studie. Beispielsweise gibt es keinen direkten Weg, um den Bruchteil der gesamten DOM Pool von organischen Nährstoffen wie gelösten organischen Stickstoff (DON) und des gelösten organischen Phosphor (DOP) umfaßte zu messen. Stattdessen muss die Konzentration an organischen Nährstoffen durch Differenz bestimmt werden ( <em&gt; zB [DON] = [gesamte gelöste Stickstoff] - [gelösten anorganischen Stickstoff]). eine realistische DOM Änderung in einen Stream hinzuzufügen ist aufgrund der Vielfalt der Umgebungs DOM Pool schwierig. Frühere Studien haben einzelne Kohlenstoffquellen hinzugefügt (zB Glucose, Harnstoff 1) oder eine bestimmte Quelle wie Blattsänfte Sickerwasser 2 bis Konzentrationen im Bereich manipulieren. Jedoch sind diese Quellen nicht besonders repräsentativ für die Umgebungs DOM-Pool. Der Versuch , zu verfeinern oder Umgebungs DOM für nachfolgende Experimente konzentrieren auch mit Schwierigkeiten , einschließlich der Verlust bestimmter Fraktionen (zB hochlabile Komponenten) während der Verarbeitung eingewirkt ist. Als Ergebnis ist es schwierig, die Bedienelemente auf der Umgebungs DOM Pool zu verstehen, wie wir derzeit keine Methode besitzen, um direkt die Umgebungs DOM Pool manipulieren. Da jedoch die Biogeochemie von DOM ist mit Nährstoffen üblicherweise in der Umwelt (z nitrate [NO 3 -] 3), können wir andere gelöste Stoffe hinzufügen Ökosysteme zu streamen und die Reaktion des DOM - Pool zu diesen Manipulationen zu messen. Durch die Untersuchung, wie die DOM Pool reagiert auf eine breite Palette von experimentell verhängten Nährstoffkonzentrationen wir hoffen, einen besseren Einblick in zu gewinnen, wie DOM reagiert Umweltbedingungen fluktuiert. Ein Verfahren, das üblicherweise in Strom Biogeochemie verwendet wird, ist der Nährstoffzugabe Methode. Nährstoffzugabe Experimente haben traditionell verwendet worden , Aufnahmekinetik oder das Schicksal des zusätzlichen gelösten Stoff 4,5,6,7 zu verstehen. Nährstoff Additionen können kurzfristige auf dem hr 6 bis Tag Skala 4 oder längerfristigen Manipulationen im Laufe mehrerer Jahre 8 sein. Nährstoff Additionen kann auch das isotopisch markierte Nährstoffe ( zum Beispiel 15 N-NO 3 -) durch biogeochemischen Reaktionen hinzugefügt Nährstoff zu verfolgen. Allerdings isotopenbasierten Studien sind oft Expensive und erfordern anspruchsvolle Analysen (zB Verdaus) der mehreren Kammern benthic wo isotopisch markierte Nährstoffe zurückgehalten werden kann. Kürzliche Versuche haben den Nutzen der kurzfristigen Nährstoffimpulse ergeben , die Steuerelemente auf nicht hinzugefügt und Umgebungs Solute wie DOM 9,10, offenbart einen neuen Weg zu erläutern , durch die Echtzeit - in - situ - biogeochemischen Reaktionen zu untersuchen. Hier beschreiben wir und zeigen die wichtigsten methodischen Schritte zur Durchführung von kurzfristigen Nährstoff Impulse mit dem Ziel, das Verständnis der gekoppelten biogeochemischen von C und N und insbesondere die Kontrollen auf der sehr unterschiedlichen DOM-Pool. Dies leicht reproduzierbares Verfahren beinhaltet die Zugabe eines Nährstoffs Impuls zu einem experimentellen Strom erreichen und Veränderungen in der Konzentration von sowohl der Stell gelöstem Stoff und der Antwortvariablen von Interesse (zB DOC, DON, DOP) zu messen. Durch die direkte Nährstoffkonzentrationen in situ Manipulation wir sind in der Lage , um indirekt die DOM verändernPool und untersuchen , wie DOM Konzentrationsänderungen über einen Dynamikbereich von Nährstoffkonzentrationen 10.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="593">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Nitrate</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Chloride</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td>Store purchased table salt can be used as well, however, it does contain trace levels of impurities</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Whatman GFF glass-fiber filters</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BD Filtering Syringe</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">EMD Millipore Swinnex Filter Holders</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe stop-cock</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">YSI Multi-parameter probe</td>
			<td style="width:91px;">Yellow Springs International</td>
			<td>556-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Wide mouth HDPE 125 ml bottles</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">60 ml HDPE bottles</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">20 L bucket</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Field measuring tape</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lab labeling tape</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stir stick</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cooler</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sharpie pen</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Field notebook</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tweezers</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Zip-lock bags</td>
			<td style="width:91px;">Any</td>
			<td style="width:119px;">Any</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

understanding dissolved organic matter biogeochemistry through in situ nutrient manipulations in stream ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. Yet the in situ study of DOM is difficult as the molecular complexity of the DOM pool cannot be easily reproduced for experimental purposes. Nutrient additions to streams however, have been shown to repeatedly alter the in situ and ambient DOM pool. Here we demonstrate an easily replicable field-based method for manipulating the ambient pool of DOM at the ecosystem scale. During nutrient pulse experiments changes in the concentration of both dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen can be examined across a wide-range of nutrient concentrations. This method allows researchers to examine the controls on the DOM pool and make inferences regarding the role and function that certain fractions of the DOM pool play within ecosystems. We advocate the use of this method as a technique to help develop a deeper understanding of DOM biogeochemistry and how it interacts with nutrients. With further development this method may help elucidate the dynamics of DOM in other ecosystems.

<img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig3.jpg" /> Abbildung 3:. Beispiel Ergebnisse von Nitrat (NO 3 -) Zugänge mit Gelöster organischer Stickstoff (DON) als Reaktionsvariable Analysen sind lineare Regressionen. Sternchen stellen statistische Signifikanz bei α = 0,05. Beachten Sie den Dynamikbereich in NO 3 - Konzentration , die mit dem Nährstoff Pulsverfahren erzielt wurde. Verschiedene Tafeln repräsentieren verschiedene Experimente über Monate und Standorte. Site - Abkürzungen beziehen sich auf die drei experimentellen Ströme 10. Positive Korrelationen interpretiert DON Rolle als Nährstoffquelle zu reflektieren, während negative Korrelationen interpretiert werden DON Rolle als Energiequelle zu reflektieren. Die Experimente , die in keiner signifikanten Beziehung geführt werden entweder als interpretiert einen nicht reagierenden DON Pool zu reflektieren (dh sehr recalcitrant) oder dass die Nährstoffbasierte Prozesse und energiebasierte Verfahren sind off-Einstellung. Bitte beachten Sie Wymore et al. 10 für weitere Diskussion der Ergebnisse. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54704/54704fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54704/54704fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54704/54704fig4.jpg" /> Abbildung 4:. Beispiel Ergebnisse von Nitrat (NO 3 -) Zugänge mit gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) als Reaktionsvariable Analysen sind lineare Regressionen. Sternchen stellen statistische Signifikanz bei α = 0,05. Verschiedene Tafeln repräsentieren verschiedene Experimente über Monate und Standorte. Site - Abkürzungen beziehen sich auf die drei experimentellen Ströme 10. Über die meisten Experimente wurden keine signifikanten Änderungen in der Umgebungs DOC Pool beobachtet. Negative Ergebnisse können eine aufschlussreich sein,Kampf biogeochemische Prozesse gekoppelt. Bitte beachten Sie Wymore et al. 10 für weitere Diskussion der Ergebnisse. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54704/54704fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54704/54704fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Durch die direkte in situ Manipulation von NO 3 -, konnten wir indirekt Konzentrationen des DOM - Pool ändern in die biogeochemischen Kontrollen der Umgebungs DOM Pool einen Einblick Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse einer Studie, die die Interaktion zwischen NO 3 geprüft -. Und DON 10. Obwohl die genaue Größe des gelösten Stoffes Anstieg über Experimente variiert (aufgrund von Schwankungen in der Konzentration Hintergrund solute) ausreichend große Gradienten von NO 3 - wurden über den Nährstoffzugabe Ansatz geschaffen. Aus dieser Reihe von Experimenten über drei Wasserscheiden in New Hampshire, USA, wir sind in der Lage Rückschlüsse auf die ökologische Rolle von DON in Quellflüsse zu machen. Als organischer Nährstoff dienen kann DON entweder als Energiequelle (Kohlenstoff) oder als Stickstoffquelle. In diesen niedrigen NO 3 - Ströme, interpretiert man die Zunahme der DON - Konzentration seiner Verwendung als Nährstoffquelle zu reflektieren. Durch die Bereitstellung der mikrobiellen Gemeinschaften mit einer hochverfügbaren Form von N als NO 3 -, verschob sich die Gemeinde von DON auf diese neu verfügbaren Form. Dies wurde zuvor genannt worden als die DON Release Hypothese 15. Im Gegensatz dazu werden die negativen Korrelationen wir in diesen Nitrat Manipulationen beobachtet interpretiert DON Nutzung als Energiequelle zu reflektieren. Dieser heterotrophen Prozess wurde 1,15 die passive-Kohlenstoff - Fahrzeug Hypothese bezeichnet. Die sehr variable Reaktion von DON in der gesamten Vegetationsperiode schlägt starke Saisonalität in wie DON hinzugefügt Nährstoffe reagiert. Diese Daten liefern einige dererste feldbasierte experimentelle Ergebnisse in Bezug auf die ökologische Rolle, die DON innerhalb Strom Ökosysteme dient. Negative Ergebnisse von diesen Ökosystem Manipulationen sind auch in Bezug auf Kontrollen auf biogeochemische Prozesse sichtbar machen. Zum Beispiel zeigt 4 keine meßbare Reaktion im Umgebungs DOC - Pool auf die Zugabe von NO 3 -. Dies deutet darauf hin , dass die Umgebungs Pool von DOC sehr widerspenstig ist (dh nicht bioreaktiver). Wenn Nährstoffimpulse wiederholt über die Vegetationsperiode beispielsweise durchgeführt werden, können wir Rückschlüsse und Schlussfolgerungen zu ziehen, wie und wann die verschiedenen Fraktionen des DOM-Pool werden durch Wasser mikrobiellen Gemeinschaften eingesetzt. Durch diese manipulative Ökosystem angelegte Experimente konnten wir Wechselwirkungen zwischen bestimmten Fraktionen des DOM-Pool über einen dynamischen Bereich des hinzugefügten Nährstoff zu erkennen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, insbesondere, dass der N-reiche Fraktionund C-reiche Fraktion des DOM - Pool Zyklus unabhängig und können ihre eigenen einzigartigen Satz von ökologischen und biogeochemischen Kontrollen 16,17 haben. Durch die Nutzung dieser Nährstoffzugabe Methode , die wir in der Lage gewesen manipulative feldbasierte Daten zu schaffen , die starke Beweise und Unterstützung Muster von DON Labilität bietet , die bisher nur im Labor Inkubationen 18,19 beobachtet.

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Verständnis der Biogeochemie gelöster organischer Materie durch In-situ-Nährstoffmanipulationen in Bachökosystemen | Umwelt | Video

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Gelöste organische Materie stellt eine wichtige Quelle von Energie und Nährstoffen Ökosysteme zu streamen. Hier zeigen wir eine feldbasierte Methode , um die Umgebungs Pool von gelösten organischen Stoffen in situ durch leicht replizierbar Nährstoffimpulse zu manipulieren.

Organische Substanzen Biogeochemie Gelöster Verständnis durch<em&gt; In Situ</em&gt; Nährstoff Manipulations in Stream-Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

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Nanyang Technological University

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Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

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10.1K Aufrufe.  University of New Hampshire.  Gelöste organische Materie stellt eine wichtige Quelle von Energie und Nährstoffen Ökosysteme zu streamen. Hier zeigen wir eine feldbasierte Methode , um die Umgebungs Pool von gelösten organischen Stoffen in situ durch leicht replizierbar Nährstoffimpulse zu manipulieren. 

Serie: Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VACUSIP eine verbesserte Inex Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Messung von partikulären und gelösten Verbindungen, die durch Active Suspension Feeders Verarbeitet

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Forschung

Umwelt

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the production of synthetic PM for laboratory studies have become a widespread necessity. Herein, experimental protocols demonstrate approaches to produce aerosolized organic PM by &#945;-pinene ozonolysis in a flow tube reactor. Methods are described for measuring the size distributions and morphology of the aerosol particles. The video demonstrates basic operations of the flow tube reactor and related instrumentation. The first part of the video shows the procedure for preparing gas-phase reactants, ozonolysis, and production of organic PM. The second part of the video shows the procedures for determining the properties of the produced particle population. The particle number-diameter distributions show different stages of particle growth, namely condensation, coagulation, or a combination of both, depending on reaction conditions. The particle morphology is characterized by an aerosol particle mass analyzer (APM) and a scanning electron microscope (SEM). The results confirm the existence of non-spherical particles that have grown from coagulation for specific reaction conditions. The experimental results also indicate that the flow tube reactor can be used to study the physical and chemical properties of organic PM for relatively high concentrations and short time frames.

This paper describes the operation procedure for the flow tube reactor and related data collection. It shows the protocols for setting the experiments, recording data and generating the number-diameter distribution as well as the particle mass information, which gives useful information about chemical and physical properties of the organic aerosols.

Herstellung und Messung von organischen Partikeln in einem Flow Rohrreaktor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric chemistry and climate. The complex production mechanisms and reaction pathways make this a challenging research topic. To address these issues, an environmental chamber, providing enough residence time and close-to-ambient concentrations of precursors for secondary organic materials, is needed. The Harvard Environmental Chamber (HEC) was built to serve this need, simulating the production of gas and particle phase species from volatile organic compounds (VOCs). The HEC has a volume of 4.7 m3 and a mean residence time of 3.4 h under typical operating conditions. It is operated as a completely mixed flow reactor (CMFR), providing the possibility of indefinite steady-state operation across days for sample collection and data analysis. The operation procedures are described in detail in this article. Several types of instrumentation are used to characterize the produced gas and particles. A High-Resolution Time-of-Fight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) is used to characterize particles. A Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS) is used for gaseous analysis. Example results are presented to show the use of the environmental chamber in a wide variety of applications related to the physicochemical properties and reaction mechanisms of organic atmospheric particulate matter.

This paper describes operation procedures for the Harvard Environmental Chamber (HEC) and related instrumentation for measuring gaseous and particle species. The environmental chamber is used to produce and study secondary organic species produced from the organic precursors, especially related to atmospheric organic particulate matter.

Herstellung und Messung von organischen Partikeln in der Harvard-Klimakammer

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

Knowledge of habitat suitability for freshwater mussels is an important step in the conservation of this endangered species group. We describe a protocol for performing in situ juvenile exposure tests within oligotrophic river catchments over one-month and three-month periods. Two methods (in both modifications) are presented to evaluate the juvenile growth and survival rate. The methods and modifications differ in value for the locality bioindication and each has its benefits as well as limitations. The sandy cage method works with a large set of individuals, but only some of the individuals are measured and the results are evaluated in bulk. In the mesh cage method, the individuals are kept and measured separately, but a low individual number is evaluated. The open water exposure modification is relatively easy to apply; it shows the juvenile growth potential of sites and can also be effective for water toxicity testing. The within-bed exposure modification needs a high workload but is closer to the conditions of a natural juvenile environment and it is better for reporting the real suitability of localities. On the other hand, more replications are needed in this modification due to its high-hyporheic environment variability.

Bioindication Testing of Stream Environment Suitability for Young Freshwater Pearl Mussels Using In Situ Exposure Methods

In situ bioindications enable determination of the suitability of an environment for endangered mussel species. We describe two methods based on the juvenile exposure of freshwater pearl mussels in cages to oligotrophic river habitats. Both methods are implemented in variants for open water and hyporheic water environments.

Bioindikation Prüfung von Stream Umwelt Eignung für junge Süßwasser Perle Miesmuscheln mit In Situ Belichtungsmethoden

Knowledge of habitat suitability for freshwater mussels is an important step in the conservation of this endangered species group. We describe a protocol ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic bonds that constitute the organic component of soils. However, the relatively low organic matter content of soils (commonly &#60; 5% by mass) and absorbance overlap of mineral and organic functional groups in the mid-infrared (MIR) region (4,000-400 cm-1) engenders substantial interference by dominant mineral absorbances, challenging or even preventing interpretation of spectra for SOM characterization. Spectral subtractions, a post-hoc mathematical treatment of spectra, can reduce mineral interference and enhance resolution of spectral regions corresponding to organic functional groups by mathematically removing mineral absorbances. This requires a mineral-enriched reference spectrum, which can be empirically obtained for a given soil sample by removing SOM. The mineral-enriched reference spectrum is subtracted from the original (untreated) spectrum of the soil sample to produce a spectrum representing SOM absorbances. Common SOM removal methods include high-temperature combustion (&#39;ashing&#39;) and chemical oxidation. Selection of the SOM removal method carries two considerations: (1) the amount of SOM removed, and (2) absorbance artifacts in the mineral reference spectrum and thus the resulting subtraction spectrum. These potential issues can, and should, be identified and quantified in order to avoid fallacious or biased interpretations of spectra for organic functional group composition of SOM. Following SOM removal, the resulting mineral-enriched sample is used to collect a mineral reference spectrum. Several strategies exist to perform subtractions depending on the experimental goals and sample characteristics, most notably the determination of the subtraction factor. The resulting subtraction spectrum requires careful interpretation based on the aforementioned methodology. For many soil and other environmental samples containing substantial mineral components, subtractions have strong potential to improve FTIR spectroscopic characterization of organic matter composition.

SOM underlies many soil functions and processes, but its characterization by FTIR spectroscopy is often challenged by mineral interferences. The described method can increase the utility of SOM analysis by FTIR spectroscopy by subtracting mineral interferences in soil spectra using empirically obtained mineral reference spectra.

Verbesserung der Infrarot-Spektroskopie Charakterisierung der organischen Bodensubstanz mit spektralen Subtraktionen

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Single-throughput Complementary High-resolution Analytical Techniques for Characterizing Complex Natural Organic Matter Mixtures

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to characterize. However, to understand the thermodynamic and kinetic controls on greenhouse gas (carbon dioxide [CO2] and methane [CH4]) production resulting from the decomposition of NOM, a molecular-level characterization coupled with microbial proteome analyses is necessary. Further, climate and environmental changes are expected to perturb natural ecosystems, potentially upsetting complex interactions that influence both the supply of organic matter substrates and the microorganisms performing the transformations. A detailed molecular characterization of the organic matter, microbial proteomics, and the pathways and transformations by which organic matter is decomposed will be necessary to predict the direction and magnitude of the effects of environmental changes. This article describes a methodological throughput for comprehensive metabolite characterization in a single sample by direct injection Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FTICR-MS), gas chromatography mass spectrometry (GC-MS), nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), and proteomics analysis. This approach results in a fully-paired dataset which improves statistical confidence for inferring pathways of organic matter decomposition, the resulting CO2 and CH4 production rates, and their responses to environmental perturbation. Herein we present results of applying this method to NOM samples collected from peatlands; however, the protocol is applicable to any NOM sample (e.g., peat, forested soils, marine sediments, etc.).

This protocol describes a single throughput for complementary analytical and omics techniques culminating in a fully-paired characterization of natural organic matter and microbial proteomics in different ecosystems. This approach permits robust comparisons for identifying metabolic pathways and transformations important for describing greenhouse gas production and predicting responses to environmental change.

Single-Durchsatz ergänzende hochauflösende Analysetechniken für die Charakterisierung von komplexen natürlichen organischen Substanz Mischungen

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to ...

Leaf Area Index Estimation Using Three Distinct Methods in Pure Deciduous Stands

Accurate estimations of leaf area index (LAI), defined as half of the total leaf surface area per unit of horizontal ground surface area, are crucial for describing the vegetation structure in the fields of ecology, forestry, and agriculture. Therefore, procedures of three commercially used methods (litter traps, needle technique, and a plant canopy analyzer) for performing LAI estimation were presented step-by-step. Specific methodological approaches were compared, and their current advantages, controversies, challenges, and future perspectives were discussed in this protocol. Litter traps are usually deemed as the reference level. Both the needle technique and the plant canopy analyzer (e.g., LAI-2000) frequently underestimate LAI values in comparison with the reference. The needle technique is easy to use in deciduous stands where the litter completely decomposes each year (e.g., oak and beech stands). However, calibration based on litter traps or direct destructive methods is necessary. The plant canopy analyzer is a commonly used device for performing LAI estimation in ecology, forestry, and agriculture, but is subject to potential error due to foliage clumping and the contribution of woody elements in the field of view (FOV) of the sensor. Eliminating these potential error sources was discussed. The plant canopy analyzer is a very suitable device for performing LAI estimations at the high spatial level, observing a seasonal LAI dynamic, and for long-term monitoring of LAI.

An accurate estimation of leaf area index (LAI) is crucial for many models of material and energy fluxes within plant ecosystems and between an ecosystem and the atmospheric boundary layer. Therefore, three methods (litter traps, needle technique, and PCA) for taking precise LAI measurements were in the presented protocol.

Leaf Area Index Estimation mit drei unterschiedlichen Methoden in reinen Laubständen

Accurate estimations of leaf area index (LAI), defined as half of the total leaf surface area per unit of horizontal ground surface area, are crucial for ...

Fluorescently Labeled Bacteria as a Tracer to Reveal Novel Pathways of Organic Carbon Flow in Aquatic Ecosystems

Elucidating trophic interactions, such as predation and its effects, is a frequent task for many researchers in ecology. The study of microbial communities has many limitations, and determining a predator, prey, and predatory rates is often difficult. Presented here is an optimized method based on the addition of fluorescently labelled prey as a tracer, which allows for reliable quantitation of the grazing rates in aquatic predatory eukaryotes and estimation of nutrient transfer to higher trophic levels.

Presented here is a protocol for a single-cell, epifluorescence microscopy-based technique to quantify grazing rates in aquatic predatory eukaryotes with high precision and taxonomic resolution.

Fluoreszierend markierte Bakterien als Tracer, um neuartige Wege des organischen Kohlenstoffflusses in aquatischen Ökosystemen zu enthüllen

Elucidating trophic interactions, such as predation and its effects, is a frequent task for many researchers in ecology. The study of microbial ...

Modeling the Size Spectrum for Macroinvertebrates and Fishes in Stream Ecosystems

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological community or food web. Importantly, the size spectrum assumes that individual size, rather than species&#8217; behavioral or life history characteristics, is the primary determinant of abundance within an ecosystem. Thus, unlike traditional allometric relationships that focus on species-level data (e.g., mean species&#8217; body size vs. population density), size spectra analyses are &#8216;ataxic&#8217; &#8211; individual specimens are identified only by their size, without consideration of taxonomic identity. Size spectra models are efficient representations of traditional, complex food webs and can be used in descriptive as well as predictive contexts (e.g., predicting responses of large consumers to changes in basal resources). Empirical studies from diverse aquatic ecosystems have also reported moderate to high levels of similarity in size spectra slopes, suggesting that common processes may regulate the abundances of small and large organisms in very different settings. This is a protocol to model the community-level size spectrum in wadable streams. The protocol consists of three main steps. First, collect quantitative benthic fish and invertebrate samples that can be used to estimate local densities. Second, standardize the fish and invertebrate data by converting all individuals to ataxic units (i.e., individuals identified by size, irrespective of taxonomic identity), and summing individuals within log2 size bins. Third, use linear regression to model the relationship between ataxic M and D estimates. Detailed instructions are provided herein to complete each of these steps, including custom software to facilitate D estimation and size spectra modeling.

This is a protocol to model the size spectrum (scaling relationship between individual mass and population density) for combined fish and invertebrate data from wadable streams and rivers. Methods include: field techniques to collect quantitative fish and invertebrate samples; lab methods to standardize the field data; and statistical data analysis.

Modellierung des Größenspektrums für Makrowirbellose und Fische in Stream-Ökosystemen

The size spectrum is an inverse, allometric scaling relationship between average body mass (M) and the density (D) of individuals within an ecological ...

Combining Fluidic Devices with Microscopy and Flow Cytometry to Study Microbial Transport in Porous Media Across Spatial Scales

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as hydrodynamics, ecology and environmental engineering. Modeling bacterial transport in porous environments at different spatial scales is critical to better predict the consequences of bacterial transport, yet current models often fail to up-scale from laboratory to field conditions. Here, we introduce experimental tools to study bacterial transport in porous media at two spatial scales. The aim of these tools is to obtain macroscopic observables (such as breakthrough curves or deposition profiles) of bacteria injected into transparent porous matrices. At the small scale (10-1000 &#181;m), microfluidic devices are combined with optical video-microscopy and image processing to obtain breakthrough curves and, at the same time, to track individual bacterial cells at the pore scale. At larger scale, flow cytometry is combined with a self-made robotic dispenser to obtain breakthrough curves. We illustrate the utility of these tools to better understand how bacteria are transported in complex porous media such as the hyporheic zone of streams. As these tools provide simultaneous measurements across scales, they pave the way for mechanism-based models, critically important for upscaling. Application of these tools may not only contribute to the development of novel bioremediation applications but also shed new light on the ecological strategies of microorganisms colonizing porous substrates.

Breakthrough curves (BTCs) are efficient tools to study the transport of bacteria in porous media. Here we introduce tools based on fluidic devices in combination with microscopy and flow cytometric counting to obtain BTCs.

Kombination von Fluidic Devices mit Mikroskopie und Durchflusszytometrie zur Untersuchung des mikrobiellen Transports in porösen Medien über räumliche Skalen hinweg

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as ...