方法


学习地点


我们在美国马萨诸塞州 Rowley Rowley 河西北岸的潮间带泥滩中进行了这项研究（见图 1），这是 Plum Island 生态系统长期生态研究站点的一部分（LTER；428430 N，708510 W；可用信息） 4 Rowley 河汇入 Plum Island Sound 河口，流经 17.2 平方公里的小流域，半日潮，平均潮差为 3 m，潮差为 3-6 公里（Tobias et al.2003).该地区的河流为咸水，盐度为千分之13至29（ppt;平均;17 ppt），平均铵和硝酸盐浓度为18.3 6 7.6和6.7 6 0.7 lmol/ L，分别（显示的是平均值 6 SE）。这些泥滩沉积物还支持相对广泛的底栖硅藻为主的微藻群落（附近潮汐小溪的平均生物量 800 mg C/m2；Pascal et al.2013）。


沉积物核


我们直接从潮间带手工收集沉积物核心（由丙烯酸制成，直径 5.8 厘米，高 3 22 厘米），低潮时深度为 17 厘米。在三个采样日期沿平行于潮汐线的横断面收集核心2012 年夏季：7 月 31 日、8 月 8 日和 8 月 14 日。在所有三个日期，当沉积物仍被淹没时，沿样带取了第一个岩心。然后我们在整个低潮期间大约每 20 分钟收集后续岩心，最后一个岩心，再次被河水淹没。通过这种方式，我们可以检查沉积物 N2Ofluxes 如何随着暴露在空气中和溶解养分的缺乏而发生变化。


此外，我们在 2012 年 9 月收集了一组 20 个核心用于实验室营养操作。类似于上一段中描述的采样方法，这些核心是沿着与先前采样日期相邻的样条收集的。然而，在这种情况下，我们在退潮时大约在同一时间收集了所有 20 个岩心。收集后立即将岩心覆盖并放入凉爽（138C）的暗箱中，以便运回美国马萨诸塞州波士顿波士顿大学的环境室，用于养分操作和额外的分析测量（；运输中 1 小时）。在所有情况下（7 月至 9 月），同时测量河水柱盐度（深度 10 厘米，哈希 HQ 40 天；拉夫兰，美国科罗拉多州），以及沉积物温度和含水量（Decagon Devices ProCheck 仪表；Pullman，Washington，USA）在每次取芯时都进行了测量。


O2 和 N2O 的微剖面测量


我们使用带有氧气和一氧化二氮微传感器（Unisense，Aarhus，Den-mark）的微剖面系统对潮滩沉积物核心内的 O2 和 N2O 进行高分辨率剖面测量。使用标准的 100-lm O2 和 N2O 微传感器（Revsbech 1989，Andersen 等人 2001）以 200-500 lm 的增量分析到 0.5 厘米的深度，确保传感器留在氧化的沉积物中以避免与硫化物发生任何干扰（Revsbech 1989，Andersen 等人 2001）。在 7 月和 8 月的采样日期，我们在田间建立了显微分析系统，以便在保持田间条件的情况下，采集后 10 分钟内可以在阴凉处对岩心进行分析。然而，对于养分操作，在实验室中进行了剖面测量在恒定条件下测量添加营养物的处理效果。在所有采样日期，在完成分析测量后，使用锯掉的 60 毫升注射器将 1 厘米直径的子核心取到 6 厘米深 nt 密度和孔隙度分析（Dalsgaard 等人，2000 年）。


营养添加


为了更好地了解这些潮滩沉积物中养分供应和 N2O 动力学的作用，我们设计了一个养分添加实验来补充我们的实地测量。9 月下旬，我们收集了 20 个岩心，这些岩心被带回波士顿的环境室大学设置原位沉积物温度 (178C)。将核心分为五个处理组，每个处理组中的四个核心接受不同水平的营养添加：4、8、16 或 32 倍的环境 Rowley River 浓度。这五个处理包括一个常温（不添加养分）处理，以及四种养分添加处理：硝酸盐、铵盐、溶解无机氮（DIN）和溶解无机氮与磷（DIN DIP）。环境处理组作为所有处理的对照，被分配到两个核心，它们只接受过滤（0.7 lm GF/F）场地水作为处理。 离子处理芯以硫酸铵((NH4)2SO4)形式接受铵，DIN处理芯同时含有硝酸盐和铵，DINþDIP处理接受硝酸、铵和磷酸盐作为磷酸二氢钾(KH2PO4)。对于所有处理和处理水平，营养物被添加到过滤现场水。

表 1. 美国马萨诸塞州北岸海洋潮间带泥滩的沉积物含水量 (SWC) 和氧气特性，以及整个低潮期间的沉积物需氧量 (SOD) 和 N2O 通量。


一式三份，在添加处理之前，从每组中的一个核心中获取初始 N2O 和 O2 配置文件。一旦获取了这些初始配置文件，我们将规定的处理添加到每个核心并使其静置 48 小时，此时每个岩心在不同位置对 O2 和 N2O 进行三次分析。在现场研究中，以 500 lm 为增量从 0-0.5 厘米测量剖面。然后小心地从岩心虹吸出处理水，而不会干扰沉积物表面，并将岩心暴露在大气中 24 小时。暴露后，每个岩心的 O2 和 N2O 分析，再次重复三次，每 500 流明 0-0.5 厘米。


数据分析


O2 和 N2Ofluxes 是通过将带有沉积物特征（例如孔隙度）的剖面数据输入模型 PROFILE（Berg 等人，1998 年）来计算的。PROFILE 为每个测量的沉积物剖面找到一系列最小二乘拟合，然后将它们与一系列 F测试，比较；平均每个剖面 70 000 次拟合。PRO-FILE 然后使用最佳拟合作为模型剖面和菲克第一定律来计算通量（Berg 等人，1998 年）。本研究中报告的通量是沉积物空气或水中的气体通量界面，正值表示流出沉积物，负值表示流入沉积物。统计分析在 JMP（SAS Institute 2007）中进行。变量之间的相关性使用线性或二阶多项式回归进行，而根据数据集，使用配对和非配对 t 检验进行均值之间的差异检验。使用 Dixon's Q 检验从数据集中删除一个异常值（62 lmol N2-Nm—2.h—1），我们使用了一个符号 a = 0.05，除非另有说明。


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