方法

學(xué)習(xí)地點(diǎn)

我們?cè)诿绹R薩諸塞州 Rowley Rowley 河西北岸的潮間帶泥灘中進(jìn)行了這項(xiàng)研究（見圖 1），這是 Plum Island 生態(tài)系統(tǒng)長期生態(tài)研究站點(diǎn)的一部分（LTER；428430 N，708510 W；可用信息） 4 Rowley 河匯入 Plum Island Sound 河口，流經(jīng) 17.2 平方公里的小流域，半日潮，平均潮差為 3 m，潮差為 3-6 公里（Tobias et al.2003).該地區(qū)的河流為咸水，鹽度為千分之13至29（ppt;平均;17 ppt），平均銨和硝酸鹽濃度為18.3 6 7.6和6.7 6 0.7 lmol/ L，分別（顯示的是平均值 6 SE）。這些泥灘沉積物還支持相對(duì)廣泛的底棲硅藻為主的微藻群落（附近潮汐小溪的平均生物量 800 mg C/m2；Pascal et al.2013）。

沉積物核

我們直接從潮間帶手工收集沉積物核心（由丙烯酸制成，直徑 5.8 厘米，高 3 22 厘米），低潮時(shí)深度為 17 厘米。在三個(gè)采樣日期沿平行于潮汐線的橫斷面收集核心2012 年夏季：7 月 31 日、8 月 8 日和 8 月 14 日。在所有三個(gè)日期，當(dāng)沉積物仍被淹沒時(shí)，沿樣帶取了第一個(gè)巖心。然后我們?cè)谡麄€(gè)低潮期間大約每 20 分鐘收集后續(xù)巖心，最后一個(gè)巖心，再次被河水淹沒。通過這種方式，我們可以檢查沉積物 N2Ofluxes 如何隨著暴露在空氣中和溶解養(yǎng)分的缺乏而發(fā)生變化。

此外，我們?cè)?2012 年 9 月收集了一組 20 個(gè)核心用于實(shí)驗(yàn)室營養(yǎng)操作。類似于上一段中描述的采樣方法，這些核心是沿著與先前采樣日期相鄰的樣條收集的。然而，在這種情況下，我們?cè)谕顺睍r(shí)大約在同一時(shí)間收集了所有 20 個(gè)巖心。收集后立即將巖心覆蓋并放入涼爽（138C）的暗箱中，以便運(yùn)回美國馬薩諸塞州波士頓波士頓大學(xué)的環(huán)境室，用于養(yǎng)分操作和額外的分析測(cè)量（；運(yùn)輸中 1 小時(shí)）。在所有情況下（7 月至 9 月），同時(shí)測(cè)量河水柱鹽度（深度 10 厘米，哈希 HQ 40 天；拉夫蘭，美國科羅拉多州），以及沉積物溫度和含水量（Decagon Devices ProCheck 儀表；Pullman，Washington，USA）在每次取芯時(shí)都進(jìn)行了測(cè)量。

O2 和 N2O 的微剖面測(cè)量

我們使用帶有氧氣和一氧化二氮微傳感器（Unisense，Aarhus，Den-mark）的微剖面系統(tǒng)對(duì)潮灘沉積物核心內(nèi)的 O2 和 N2O 進(jìn)行高分辨率剖面測(cè)量。使用標(biāo)準(zhǔn)的 100-lm O2 和 N2O 微傳感器（Revsbech 1989，Andersen 等人 2001）以 200-500 lm 的增量分析到 0.5 厘米的深度，確保傳感器留在氧化的沉積物中以避免與硫化物發(fā)生任何干擾（Revsbech 1989，Andersen 等人 2001）。在 7 月和 8 月的采樣日期，我們?cè)谔镩g建立了顯微分析系統(tǒng)，以便在保持田間條件的情況下，采集后 10 分鐘內(nèi)可以在陰涼處對(duì)巖心進(jìn)行分析。然而，對(duì)于養(yǎng)分操作，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了剖面測(cè)量在恒定條件下測(cè)量添加營養(yǎng)物的處理效果。在所有采樣日期，在完成分析測(cè)量后，使用鋸掉的 60 毫升注射器將 1 厘米直徑的子核心取到 6 厘米深 nt 密度和孔隙度分析（Dalsgaard 等人，2000 年）。

營養(yǎng)添加

為了更好地了解這些潮灘沉積物中養(yǎng)分供應(yīng)和 N2O 動(dòng)力學(xué)的作用，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)養(yǎng)分添加實(shí)驗(yàn)來補(bǔ)充我們的實(shí)地測(cè)量。9 月下旬，我們收集了 20 個(gè)巖心，這些巖心被帶回波士頓的環(huán)境室大學(xué)設(shè)置原位沉積物溫度 (178C)。將核心分為五個(gè)處理組，每個(gè)處理組中的四個(gè)核心接受不同水平的營養(yǎng)添加：4、8、16 或 32 倍的環(huán)境 Rowley River 濃度。這五個(gè)處理包括一個(gè)常溫（不添加養(yǎng)分）處理，以及四種養(yǎng)分添加處理：硝酸鹽、銨鹽、溶解無機(jī)氮（DIN）和溶解無機(jī)氮與磷（DIN DIP）。環(huán)境處理組作為所有處理的對(duì)照，被分配到兩個(gè)核心，它們只接受過濾（0.7 lm GF/F）場(chǎng)地水作為處理。 離子處理芯以硫酸銨((NH4)2SO4)形式接受銨，DIN處理芯同時(shí)含有硝酸鹽和銨，DINtDIP處理接受硝酸、銨和磷酸鹽作為磷酸二氫鉀(KH2PO4)。對(duì)于所有處理和處理水平，營養(yǎng)物被添加到過濾現(xiàn)場(chǎng)水。

表 1. 美國馬薩諸塞州北岸海洋潮間帶泥灘的沉積物含水量 (SWC) 和氧氣特性，以及整個(gè)低潮期間的沉積物需氧量 (SOD) 和 N2O 通量。

一式三份，在添加處理之前，從每組中的一個(gè)核心中獲取初始 N2O 和 O2 配置文件。一旦獲取了這些初始配置文件，我們將規(guī)定的處理添加到每個(gè)核心并使其靜置 48 小時(shí)，此時(shí)每個(gè)巖心在不同位置對(duì) O2 和 N2O 進(jìn)行三次分析。在現(xiàn)場(chǎng)研究中，以 500 lm 為增量從 0-0.5 厘米測(cè)量剖面。然后小心地從巖心虹吸出處理水，而不會(huì)干擾沉積物表面，并將巖心暴露在大氣中 24 小時(shí)。暴露后，每個(gè)巖心的 O2 和 N2O 分析，再次重復(fù)三次，每 500 流明 0-0.5 厘米。

數(shù)據(jù)分析

O2 和 N2Ofluxes 是通過將帶有沉積物特征（例如孔隙度）的剖面數(shù)據(jù)輸入模型 PROFILE（Berg 等人，1998 年）來計(jì)算的。PROFILE 為每個(gè)測(cè)量的沉積物剖面找到一系列最小二乘擬合，然后將它們與一系列 F測(cè)試，比較；平均每個(gè)剖面 70 000 次擬合。PRO-FILE 然后使用最佳擬合作為模型剖面和菲克第一定律來計(jì)算通量（Berg 等人，1998 年）。本研究中報(bào)告的通量是沉積物空氣或水中的氣體通量界面，正值表示流出沉積物，負(fù)值表示流入沉積物。統(tǒng)計(jì)分析在 JMP（SAS Institute 2007）中進(jìn)行。變量之間的相關(guān)性使用線性或二階多項(xiàng)式回歸進(jìn)行，而根據(jù)數(shù)據(jù)集，使用配對(duì)和非配對(duì) t 檢驗(yàn)進(jìn)行均值之間的差異檢驗(yàn)。使用 Dixon's Q 檢驗(yàn)從數(shù)據(jù)集中刪除一個(gè)異常值（62 lmol N2-Nm—2.h—1），我們使用了一個(gè)符號(hào) a = 0.05，除非另有說明。

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