方法

學習地點

我們在美國馬薩諸塞州 Rowley Rowley 河西北岸的潮間帶泥灘中進行了這項研究（見圖 1），這是 Plum Island 生態系統長期生態研究站點的一部分（LTER；428430 N，708510 W；可用信息） 4 Rowley 河匯入 Plum Island Sound 河口，流經 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），低潮時深度為 17 厘米。在三個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。在所有三個日期，當沉積物仍被淹沒時，沿樣帶取了第一個巖心。然后我們在整個低潮期間大約每 20 分鐘收集后續巖心，最后一個巖心，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分的缺乏而發生變化。

此外，我們在 2012 年 9 月收集了一組 20 個核心用于實驗室營養操作。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，我們在退潮時大約在同一時間收集了所有 20 個巖心。收集后立即將巖心覆蓋并放入涼爽（138C）的暗箱中，以便運回美國馬薩諸塞州波士頓波士頓大學的環境室，用于養分操作和額外的分析測量（；運輸中 1 小時）。在所有情況下（7 月至 9 月），同時測量河水柱鹽度（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）在每次取芯時都進行了測量。

O2 和 N2O 的微剖面測量

我們使用帶有氧氣和一氧化二氮微傳感器（Unisense，Aarhus，Den-mark）的微剖面系統對潮灘沉積物核心內的 O2 和 N2O 進行高分辨率剖面測量。使用標準的 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生任何干擾（Revsbech 1989，Andersen 等人 2001）。在 7 月和 8 月的采樣日期，我們在田間建立了顯微分析系統，以便在保持田間條件的情況下，采集后 10 分鐘內可以在陰涼處對巖心進行分析。然而，對于養分操作，在實驗室中進行了剖面測量在恒定條件下測量添加營養物的處理效果。在所有采樣日期，在完成分析測量后，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）。

營養添加

為了更好地了解這些潮灘沉積物中養分供應和 N2O 動力學的作用，我們設計了一個養分添加實驗來補充我們的實地測量。9 月下旬，我們收集了 20 個巖心，這些巖心被帶回波士頓的環境室大學設置原位沉積物溫度 (178C)。將核心分為五個處理組，每個處理組中的四個核心接受不同水平的營養添加：4、8、16 或 32 倍的環境 Rowley River 濃度。這五個處理包括一個常溫（不添加養分）處理，以及四種養分添加處理：硝酸鹽、銨鹽、溶解無機氮（DIN）和溶解無機氮與磷（DIN DIP）。環境處理組作為所有處理的對照，被分配到兩個核心，它們只接受過濾（0.7 lm GF/F）場地水作為處理。 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)。對于所有處理和處理水平，營養物被添加到過濾現場水。

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，我們將規定的處理添加到每個核心并使其靜置 48 小時，此時每個巖心在不同位置對 O2 和 N2O 進行三次分析。在現場研究中，以 500 lm 為增量從 0-0.5 厘米測量剖面。然后小心地從巖心虹吸出處理水，而不會干擾沉積物表面，并將巖心暴露在大氣中 24 小時。暴露后，每個巖心的 O2 和 N2O 分析，再次重復三次，每 500 流明 0-0.5 厘米。

數據分析

O2 和 N2Ofluxes 是通過將帶有沉積物特征（例如孔隙度）的剖面數據輸入模型 PROFILE（Berg 等人，1998 年）來計算的。PROFILE 為每個測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測試，比較；平均每個剖面 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算通量（Berg 等人，1998 年）。本研究中報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，負值表示流入沉積物。統計分析在 JMP（SAS Institute 2007）中進行。變量之間的相關性使用線性或二階多項式回歸進行，而根據數據集，使用配對和非配對 t 檢驗進行均值之間的差異檢驗。使用 Dixon's Q 檢驗從數據集中刪除一個異常值（62 lmol N2-Nm—2.h—1），我們使用了一個符號 a = 0.05，除非另有說明。

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