論文推薦：氧微電極刺入沉積物表層測量光合作用，測量沉積物表層光合細菌或微藻的固碳

研究固碳的老師可以推薦

研究碳循環的老師（大氣、水、土），有測大氣二氧化碳的，有測水中光合細菌和微藻的固碳。這塊應該已經做的很成熟了。我們可以推薦老師測沉積物表層生物膜中光合細菌和微藻的固碳。水下植物或石頭表層生物膜的固碳等等。尤其是有藍藻（藍細菌）的地方光合效率很高。表層的固碳活動為沉積物深層帶去了豐富的氧氣，有利于污染物的降解。

用明暗轉換法，可以在沉積物/生物膜剖面的每一個點都測出凈光合速率和呼吸速率，兩者相加=總光合速率。同時也獲得了氧在沉積物中的滲透深度。

這類應用O2和pH都要10微米，才能測出1毫米內的梯度。pH梯度能反映出表層的硝化過程。

硫化氫、N2O通常在沉積物深層出現，推薦100微米。

摘要：本研究調查了日本八戶市新田河潮汐區沉積物表層內的光合作用速率及其受光照調節的情況。利用微電極測量了沉積物中氧氣（O2）、氨（NH4+）、亞硝酸鹽（NO2）、硫化氫（H2S）和pH的穩態濃度剖面。在沉積物中發現了氧氣呼吸、反硝化和硫酸鹽還原的微區化。當光照強度超過1050毫摩爾光子/平方米/秒時，在潮汐區沉積物表面微生物墊上0.5毫米處檢測到凈光合活動。相反，在1900毫摩爾光子/平方米/秒時，在微生物墊上1.0毫米處檢測到總光合活動。隨著光照強度的增加，凈光合速率和氧氣滲透深度增加。在1900毫摩爾光子/平方米/秒時，最大凈光合速率和氧氣滲透深度分別為6.1毫摩爾O2/立方厘米/小時和2.2毫米。潮汐區微生物墊中的凈光合速率低于上游沉積物。通過人工光暗周期期間對微生物墊不同層中連續氧氣濃度測量的分析表明，對光照強度變化的光合活動響應非常快（幾秒），微生物墊中的氧氣濃度在200秒內變得穩定。對河水中的物理和化學參數進行的測量顯示，研究地點相對污染，陽光強度在時間上明顯波動。這些結果表明，沉積物中發生的原位微生物過程隨著陽光強度周期性波動而波動。

1引言

光合作用在河流系統中顯著影響碳和氮循環[1]。海洋中的主要光合微生物是浮游微藻，而在河流中，生長在沉積物表面的微生物墊中的光合微生物以及生長在石頭上的表生生物膜對光合作用活動有重要貢獻。微生物墊是具有高代謝過程特異速率的致密微生物群落[2]。這些高速率是由于密集的微生物群落和有機碳和營養物的高可用性。微生物墊中的光合微生物作為有機碳和氧氣（O2）的來源。此外，微生物墊還接收來自上覆水的有機碳和營養物。

盡管微生物墊的典型厚度僅為幾毫米，但微生物過程存在垂直分帶[3,4]。微電極的使用使得可以研究微生物過程的這種微區域化，并以高空間分辨率密切地聯系它們。氧氣呼吸過程影響淡水沉積物中的硝化作用和反硝化作用[3]，影響溫泉藍細菌墊中的硫酸鹽（SO4 2）還原[4]，以及鹽度高的微生物墊中的光合作用[5]。

在河流系統中，氧化光合作用導致O2和有機碳濃度增加，影響沉積物中的微生物過程。盡管光線穿透有限，光合作用區的厚度小于1毫米，但其中的光合速率非常高。微電極測量表明，在藍細菌墊[4,6]和天然生物膜[7]中存在高光合速率的氧化光合作用。光[6]、O2濃度[5]和溫度[4]影響藍細菌墊中的光合活動。然而，對于河口沉積物中的微生物過程和環境因素的影響了解甚少。

流經城市地區的河流從相鄰土地接收有機碳和營養物（如氮和磷）的人為輸入[7,8]。在河口，由于潮汐的影響，會發生多種物理和化學因素的變化（如陽光、有機碳和營養物的濃度、流速和鹽度的變化），以及養分的滯留[9]。這些環境因素可能影響沉積物中的微生物光合作用、氧氣呼吸、硝化作用、反硝化作用和SO4 2還原。因此，與其他環境相比，潮汐區沉積物中的微生物過程可能在空間和時間上動態變化。

在本研究中，我們調查了日本八戶市新田河潮汐區沉積物中凈光合作用活動對光強度的影響。我們進一步討論了光強度對微生物過程的微區域化的影響。使用微電極進行了沉積物中O2、NH4+、NO2、H2S和pH濃度剖面的實驗室測量，以及凈光合速率和總光合速率的測量。此外，還確定了河水質量和沉積物的環境條件。