Temporal and spatial variability in nitrogen uptake kinetics during harmful dinoflagellate blooms in the East China Sea

Temporal and spatial variability in the kinetic parameters of uptake of nitrate (NO3-), ammonium (NH4+), urea, and glycine was measured during dinoflagellate blooms in Changjiang River estuary and East China Sea coast, 2005. Karenia mikimotoi was the dominant species in the early stage of the blooms and was succeeded by Prorocentrum donghaiense. The uptake of nitrogen (N) was determined using N-15 tracer techniques. The results of comparison kinetic parameters with ambient nutrients confirmed that different N forms were preferentially taken up during different stages of the bloom. NO3- (V-max 0.044 h(-1); K-s 60.8 mu M-N) was an important N source before it was depleted. NH4+ (V-max 0.049 h(-1); K-s 2.15 mu M-N) was generally the preferred N. Between the 2 organic N sources, urea was more preferred when K. mikimotoi dominated the bloom (V-max 0.020 h(-1); K-s 1.35 mu M-N) and glycine, considered as a dominant amino acid, was more preferred when P. donghaiense dominated the bloom (V-max 0.025 h(-1); K-s 1.76 mu M-N). The change of N uptake preference by the bloom-forming algae was also related to the variation in ambient N concentrations. Published by Elsevier B.V.

Diurnal variation in uptake and xylem contents of inorganic and assimilated N under continuous and interrupted N supply to Phleum pratense and Festuca pratensis

J. H. Macduff and A. K. Bakken. (2003). Diurnal variation in uptake and xylem contents of inorganic and assimilated N under continuous and interrupted N supply to Phleum pratense and Festuca pratensis. Journal of Experimental Botany, 54 (381) pp.431-444 Sponsorship: BBSRC / Norwegian Crop Research Institute RAE2008

Single versus multiple occupancy - Effects on toxicity parameters measured on Eisenia fetida in lead nitrate-treated soil

The mortality (7 and 14 d), weight change (7 and 14 d), and metal uptake of Eisenia fetida (Savigny, 1826) kept in Pb(NO3)(2)-treated Kettering loam soil in single- and multiple-occupancy (10 earthworms) test containers were determined. The number of earthworms to dry mass (g) ratio of soil was 1:50 in both sets of test containers. Lead concentrations were in the nominal range of 0 to 10,000 mg Pb/kg soil (mg/kg hereafter). Levels of mortality at a given concentration were statistically identical between the single- and multiple-occupancy tests, except at 1,800 mg/kg, at which significantly (p less than or equal to 0.05) more mortality occurred in the multiple-occupancy tests. Death of individual earthworms in the multiple-occupancy tests did not trigger death of the other earthworms in that soil. The LC50 values (concentration statistically likely to kill 50% of the population) were identical between the multiple- and single-occupancy soils: 2,662 mg/kg (2,598-2,984, 7 d) and 2,589 mg/kg (2,251-3,013, 14 d) for the multiple-occupancy soils and 2,827 mg/kg (2,443-3,168, both 7 and 14 d) for the single-occupancy soils (values in brackets represent the 95% confidence intervals). Data were insufficient to calculate the concentration statistically likely to reduce individual earthworm mass by 50% (EC50), but after 14 d, the decrease in earthworm weight in the 1,800 and 3,000 mg/kg tests was significantly greater in the multiple- than in the single-occupancy soils. At 1,000, 1,800, and 3,000 mg/kg tests, earthworm Pb tissue concentration was significantly (p less than or equal to 0.05) greater in earthworms from the multiple-occupancy soils. The presence of earthworms increased the NH3 content of the soil; earthworm mortality increased NH3 concentrations further but not to toxic levels.

Effect of mycorrhizae and pH change at the root-soil interface on phosphorus uptake by Sorghum using a rhizocylinder technique

Sorghum (Sorghum bicolor) was grown for 40 days in. rhizocylinder (a growth container which permitted access to rh zosphere and nonrhizosphere soil), in two soils of low P status. Soils were fertilized with different rates of ammonium and nitrate and supplemented with 40 mg phosphorus (P) kg(-1) and inoculated with either Glomus mosseae (Nicol. and Gerd.) or nonmycorrhizal root inoculum.. N-serve (2 mg kg(-1)) was added to prevent nitrification. At harvest, soil from around the roots was collected at distances of 0-5, 5-10, and 10-20 mm from the root core which was 35 mm diameter. Sorghum plants, with and without mycorrhiza, grew larger with NH4+ than with NO3- application. After measuring soil pH, 4 3 suspensions of the same sample were titrated against 0.01 M HCl or 0.01 M NaOH until soil pH reached the nonplanted pH level. The acid or base requirement for each sample was calculated as mmol H+ or OFF kg(-1) soil. The magnitude of liberated acid or base depended on the form and rate of nitrogen and soil type. When the plant root was either uninfected or infected with mycorrhiza., soil pH changes extended up to 5 mm from the root core surface. In both soils, ammonium as an N source resulted in lower soil pH than nitrate. Mycorrhizal (VAM) inoculation did not enhance this difference. In mycorrhizal inoculated soil, P depletion extended tip to 20 mm from the root surface. In non-VAM inoculated soil P depletion extended up to 10 mm from the root surface and remained unchanged at greater distances. In the mycorrhizal inoculated soils, the contribution of the 0-5 mm soil zone to P uptake was greater than the core soil, which reflects the hyphal contribution to P supply. Nitrogen (N) applications that caused acidification increased P uptake because of increased demand; there is no direct evidence that the increased uptake was due to acidity increasing the solubility of P although this may have been a minor effect.

Heathland restoration on former agricultural land: effects of artificial acidification on the availability and uptake of toxic metal cations

Lowland heath is an internationally important habitat type that has greatly declined in abundance throughout Western Europe. In recent years this has led to a growing interest in the restoration of heathland on agricultural land. This generally requires the use of chemical treatments to return soil chemical conditions to those appropriate for the support of heathland ecosystems. However, the potential for negative impacts on the environment due to the potential of these treatments to increase the availability of trace metals via raised soil acidity requires investigation. A large-scale field study investigated the effect of two chemical treatments used in heathland restoration, elemental sulphur and ferrous sulphate, on soil acidity and whether it is possible to predict the effect of the treatments on availability of two potentially toxic cations (Al and Cd) in the soil along with their subsequent accumulation in the shoots of the grass Agrostis capillaris. Results showed that both treatments decreased soil pH, but that only elemental sulphur produced a pH similar to heathland soil. The availability of Al, measured by extraction with 1 M ammonium nitrate, could not be predicted by soil pH, depth in the soil and total Al concentration in the soil. By contrast, availability of Cd could be predicted from these three variables. Concentrations of both Al and Cd in the shoots of A. capillaris showed no significant relationship with the extractable concentration in the soil. Results are discussed in light of the possible environmental impacts of the chemical restoration techniques.

Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosol in the atmosphere

Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn