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Gradients of Anthropogenic Nutrient Enrichment Alter N Composition and DOM Stoichiometry in Freshwater Ecosystems
Global Biogeochemical Cycles ( IF 5.2 ) Pub Date : 2021-07-13 , DOI: 10.1029/2021gb006953
Adam S. Wymore 1 , Penny J. Johnes 2 , Susana Bernal 3 , E. N. Jack Brookshire 4 , Hannah M. Fazekas 1 , Ashley M. Helton 5 , Alba Argerich 6 , Rebecca T. Barnes 7 , Ashley A. Coble 1, 8 , Walter K. Dodds 9 , Shahan Haq 10 , Sherri L. Johnson 11 , Jeremy B. Jones 12 , Sujay S. Kaushal 13 , Pirkko Kortelainen 14 , Carla López‐Lloreda 1, 15 , Bianca M. Rodríguez‐Cardona 1, 16 , Robert G. M. Spencer 17 , Pamela L. Sullivan 18 , Christopher A. Yates 2 , William H. McDowell 1
Affiliation  

A comprehensive cross-biome assessment of major nitrogen (N) species that includes dissolved organic N (DON) is central to understanding interactions between inorganic nutrients and organic matter in running waters. Here, we synthesize stream water N chemistry across biomes and find that the composition of the dissolved N pool shifts from highly heterogeneous to primarily comprised of inorganic N, in tandem with dissolved organic matter (DOM) becoming more N-rich, in response to nutrient enrichment from human disturbances. We identify two critical thresholds of total dissolved N (TDN) concentrations where the proportions of organic and inorganic N shift. With low TDN concentrations (0–1.3 mg/L N), the dominant form of N is highly variable, and DON ranges from 0% to 100% of TDN. At TDN concentrations above 2.8 mg/L, inorganic N dominates the N pool and DON rarely exceeds 25% of TDN. This transition to inorganic N dominance coincides with a shift in the stoichiometry of the DOM pool, where DOM becomes progressively enriched in N and DON concentrations are less tightly associated with concentrations of dissolved organic carbon (DOC). This shift in DOM stoichiometry (defined as DOC:DON ratios) suggests that fundamental changes in the biogeochemical cycles of C and N in freshwater ecosystems are occurring across the globe as human activity alters inorganic N and DOM sources and availability. Alterations to DOM stoichiometry are likely to have important implications for both the fate of DOM and its role as a source of N as it is transported downstream to the coastal ocean.

中文翻译:

淡水生态系统中人为养分富集的梯度改变 N 组成和 DOM 化学计量

包括溶解有机氮 (DON) 在内的主要氮 (N) 物种的综合跨生物群落评估对于理解流水中无机养分和有机物质之间的相互作用至关重要。在这里,我们合成了跨生物群落的河流水 N 化学,发现溶解 N 池的组成从高度异质转变为主要由无机 N 组成,同时溶解有机物质 (DOM) 变得更加富含 N,以响应养分人为干扰的丰富。我们确定了总溶解氮 (TDN) 浓度的两个临界阈值,其中有机氮和无机氮的比例发生了变化。TDN 浓度低 (0–1.3 mg/LN) 时,N 的主要形式变化很大,DON 的范围为 TDN 的 0% 到 100%。在 TDN 浓度高于 2.8 mg/L 时,无机氮在氮库中占主导地位,DON 很少超过 TDN 的 25%。这种向无机氮占优势的转变与 DOM 池化学计量的变化相吻合,其中 DOM 逐渐富含 N,而 DON 浓度与溶解有机碳 (DOC) 浓度的关系不太紧密。DOM 化学计量学(定义为 DOC:DON 比率)的这种变化表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。这种向无机氮占优势的转变与 DOM 池化学计量的变化相吻合,其中 DOM 逐渐富含 N,而 DON 浓度与溶解有机碳 (DOC) 浓度的相关性不那么紧密。DOM 化学计量学(定义为 DOC:DON 比率)的这种变化表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。这种向无机氮占优势的转变与 DOM 池化学计量的变化相吻合,其中 DOM 逐渐富含 N,而 DON 浓度与溶解有机碳 (DOC) 浓度的相关性不那么紧密。DOM 化学计量学(定义为 DOC:DON 比率)的这种变化表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。其中 DOM 逐渐富含 N 并且 DON 浓度与溶解有机碳 (DOC) 的浓度不太紧密相关。DOM 化学计量学(定义为 DOC:DON 比率)的这种变化表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。其中 DOM 逐渐富含 N 并且 DON 浓度与溶解有机碳 (DOC) 的浓度不太紧密相关。DOM 化学计量学(定义为 DOC:DON 比率)的这种变化表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它被向下游输送到沿海海洋。DON 比率)表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在全球发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。DON 比率)表明,随着人类活动改变无机 N 和 DOM 的来源和可用性,淡水生态系统中 C 和 N 的生物地球化学循环正在全球发生根本性变化。DOM 化学计量的改变可能对 DOM 的命运及其作为 N 源的作用产生重要影响,因为它向下游输送到沿海海洋。
更新日期:2021-08-07
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