مقالة منهجية

التربة مقياس الذوبان الحفر في جانب الهيدرولوجي، الجيوكيميائية، والتحقيقات الميكروبيولوجية

DOI:

10.3791/54536

⸱

سبتمبر 11, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Biosphere 2, University of Arizona, 2Department of Soil, Water and Environmental Science, University of Arizona, 3Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة طريقة الحفر للتحقيق الهيدرولوجية تحت السطحية والجيوكيميائية وعدم التجانس الميكروبيولوجي من مقياس الذوبان التربة. على مقياس الذوبان يحاكي hillslope الاصطناعية التي كانت في البداية تحت حالة متجانسة وتعرضوا إلى ما يقرب من 5000 ملم من المياه على مدى ثماني دورات الري في فترة 18 شهرا.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

دراسة التطور المشترك للعمليات الهيدرولوجية والجيوكيميائية الحيوية في باطن ما من المناظر الطبيعية الطبيعية يمكن أن تعزز فهم عمليات نظام الأرض المقترنة. هذه المعرفة ضرورية لتحسين التنبؤات بالدورات المائية - البيوجيوكيميائية ، خاصة في ظل سيناريوهات تغير المناخ. نقدم طريقة تجريبية مصممة لالتقاط عدم التجانس تحت السطح لنظام تربة متجانس في البداية. تعتمد هذه الطريقة على أخذ عينات مدمرة من مقياس تحليل التربة المصمم لمحاكاة منحدر تل صغير النطاق. تم تقسيم مقياس الوزن بسعة متر مكعب واحد إلى أقسام (فوكسيل) وتم حفره طبقة تلو الأخرى ، مع جمع عينات فرعية من كل فوكسل. كان إجراء الحفر يهدف إلى الكشف عن عدم التجانس الأولي للنظام من خلال التركيز على التقييم المكاني للخصائص الهيدرولوجية والجيوكيميائية والميكروبيولوجية للتربة. تظهر النتائج التمثيلية لعدد قليل من المتغيرات الفيزيائية والكيميائية التي تم اختبارها تطور عدم التجانس. تم التخطيط لعمل إضافي لاختبار التفاعلات بين التوقيعات الهيدرولوجية والجيوكيميائية والميكروبيولوجية لتفسير الأنماط المرصودة. توضح دراستنا أيضا إمكانية إجراء حفريات مماثلة من أجل مراقبة وتحديد الجوانب المختلفة لتطور التربة في ظل ظروف وحجم بيئيين مختلفين.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تتشكل التربة والمناظر الطبيعية الديناميكية التي التفاعل المعقد بين الفيزيائية والكيميائية، والعمليات البيولوجية 1. تدفق المياه، التجوية الجيوكيميائية، والنشاط البيولوجي تشكل التنمية الشاملة من المناظر الطبيعية في النظام الإيكولوجي مستقرة 2،3. في حين أن التغييرات السطحية هي أكثر السمات البارزة للمشهد 4، الآثار التراكمية فهم الهيدرولوجية والجيوكيميائية وعمليات علم الأحياء الدقيقة في المنطقة تحت سطح الأرض أمر بالغ الأهمية لفهم القوى الكامنة التي تشكل المشهد 2. المستقبل السيناريوهات اضطراب المناخ مزيد يربك القدرة على التنبؤ ونمط تطور المشهد 5. وبالتالي فإنه يصبح تحديا لربط العمليات على نطاق صغير لمظهر على نطاق واسع على المشهد على نطاق 6. التجارب المعملية على المدى القصير التقليدية أو التجارب في المناظر الطبيعية مع الظروف الأولية غير معروفة والوقت متغير مما اضطر سقوط القصير في التقاط عشره عدم التجانس لا يتجزأ من تطور المناظر الطبيعية. أيضا، نظرا لاقتران غير الخطية قوية، فإنه من الصعب التنبؤ بالتغيرات البيولوجية الكيميائية من النمذجة الهيدرولوجية في الأنظمة غير المتجانسة 7. هنا، نحن تصف المنهج التجريبي الرواية إلى حفر hillslope التربة تسيطر عليها بالكامل ورصدها مع الظروف الأولية المعروفة. ويهدف لدينا إجراء أعمال الحفر وأخذ العينات في الاستيلاء على التجانس النامية في hillslope على طوله وعمقه، وذلك بهدف توفير بيانات شاملة للتحقيق في التفاعلات المائية الحيوية الجيوكيميائية وتأثيرها على عمليات تكوين التربة.

الأنظمة الهيدرولوجية وجدت في الطبيعة هي أبعد ما تكون عن كونها ثابتة في الوقت المناسب، مع تغييرات في ردود الهيدرولوجية التي تجري على نطاق واسع من المقاييس المكانية والزمانية 3. الهيكل المكاني للمسارات تدفق على طول المناظر الطبيعية يحدد معدل ومدى وتوزيع ردود الفعل الجيوكيميائية والاستعمار البيولوجي التي تدفعالتجوية، ونقل وترسيب الأملاح والرواسب، ومزيد من بنية التربة التنمية. وهكذا، ودمج المعرفة من بيدولوجيا والجيوفيزياء، وعلم البيئة في النظريات والنماذج التجريبية لتقييم العمليات الهيدرولوجية وتحسين التنبؤات الهيدرولوجية وقد اقترح 8،9. يتأثر تطور المشهد أيضا العمليات البيولوجية الكيميائية الموجودة تحت سطح الأرض جنبا إلى جنب مع ديناميات المياه، والهجرة عنصري خلال تطوير التربة، والتحولات المعدنية الناجمة عن رد فعل من الأسطح المعدنية مع الهواء والماء، والكائنات الحية الدقيقة 10. وبالتالي، فمن المهم دراسة تطوير المناطق الساخنة الجيوكيميائية داخل المشهد المتطورة. بالإضافة إلى ذلك، فمن الأهمية بمكان أن ترتبط أنماط التجوية الجيوكيميائية لعملية الهيدرولوجية والتوقيعات الميكروبيولوجية خلال تكوين التربة بدايته من أجل فهم ديناميات التنمية المشهد تعقيدا. تخضع عمليات محددة من نشأة التربةمن التأثير المشترك للمناخ، والمدخلات البيولوجية والإغاثة والوقت على المادة الأم محددة. وقد تم تصميم هذه التجربة لمعالجة التغاير في التجوية المادة الأم التي يحكمها تغيرات الهيدرولوجية والجيوكيميائية المرتبطة الإغاثة (بما في ذلك المنحدر والعمق) وتباين يرتبط في النشاط الميكروبي التي يقودها التدرجات البيئية (أي الأكسدة المحتملة) في ظل ظروف حيث تقام المادة الأم والمناخ والوقت ثابت. وفيما يتعلق النشاط الميكروبي، الكائنات المجهرية في التربة من العناصر الهامة ولها تأثير عميق على استقرار المشهد 11. أنها تلعب دورا حاسما في بنية التربة، وركوب الدراجات البيولوجية الكيميائية من المواد الغذائية، ونمو النبات. وبالتالي، فمن الضروري أن نفهم المغزى من هذه الكائنات كسائقين التجوية، نشأة التربة، وعمليات تشكيل المشهد، وفي الوقت نفسه تحديد الآثار المتبادلة للالهيدرولوجية تدفق مسارات ونحن الجيوكيميائيةathering على بنية المجتمع الميكروبي والتنوع. ويمكن تحقيق ذلك من خلال دراسة التباين المكاني لتنوع المجتمع الميكروبي على المشهد تتطور الذي الهيدرولوجية والخصائص الجيوكيميائية وتدرس أيضا في نفس الوقت.

هنا، نقدم إجراء حفريات في مقياس الذوبان التربة، واسمه عمليا miniLEO، مصممة لتقليد واسعة النطاق نماذج حوض صفر بأمر من تطور المرصد المناظر الطبيعية (LEO) يضم في المحيط الحيوي 2 (جامعة أريزونا). تم تطوير miniLEO لتحديد نطاق صغير أنماط تطور المشهد الناجمة عن عمليات غير المتجانسة التراكمية المائية الحيوية الجيوكيميائية. وهو مقياس الذوبان 2 م في الطول، و 0.5 مترا في العرض، و 1 مترا في الطول، والمنحدر من 10 درجة (الشكل 1). بالإضافة إلى ذلك، يتم عزل جدران مقياس الذوبان والمغلفة مع غير القابلة للتحلل من جزئين التمهيدي الايبوكسي ومجموع شغل الأليفاتية معطف يوريتان لتجنب تلوث محتمل أو الرشحالمعادن من الإطار مقياس الذوبان في التربة. وقد شغل مقياس الذوبان مع صخرة البازلت سحق أنها انتزعت من وديعة من أواخر العصر الجليدي تيفرا المرتبطة ميريام كريتر في ولاية اريزونا الشمالية. كانت مادة البازلت تحميل مطابقة للمواد المستخدمة في التجارب LEO أكبر من ذلك بكثير. ووصف التركيب المعدني، وتوزيع حجم الجسيمات، والخصائص الهيدروليكية التي كتبها Pangle وآخرون. 12. وقد اصطف مواجهة تسرب منحدر مع شاشة مثقب البلاستيك (0.002 م المسام قطر، و 14٪ المسامية). تم تجهيز النظام مع أجهزة الاستشعار مثل محتوى الماء ودرجة الحرارة أجهزة الاستشعار، ونوعين من أجهزة الاستشعار المحتملة المياه، عينات التربة والمياه، الهيدروليكية التوازن الوزن، تحقيقات الموصلية الكهربائية، ومحولات الضغط لتحديد ارتفاع منسوب المياه الجوفية. وقد رويت مقياس الذوبان لمدة 18 شهرا قبل الحفر.

كان الحفر الدقيق في نهجها ويهدف إلى الإجابة عن سؤالين واسعة: (1) ما الهيدرولوجية والجيوكيميائية، والتوقيعات الميكروبية يمكن ملاحظتها في طول وعمق المنحدر مع الاحترام لظروف الأمطار محاكاة و (2) ما إذا كانت العلاقات والتغذية المرتدة بين العمليات المائية الحيوية الجيوكيميائية التي تحدث على hillslope يمكن استخلاصه من التوقيعات الفردية. جنبا إلى جنب مع الإعداد التجريبية وإجراء أعمال الحفر، نقدم البيانات والاقتراحات النيابية حول كيفية تطبيق بروتوكولات الحفر مماثلة للباحثين الراغبين في الدراسة إلى جانب ديناميات الأرض نظام و / أو عمليات التنمية التربة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. وضع مصفوفة أخذ العينات للتأكد من أخذ العينات المنتظمة والشاملة للمقياس الذوبان

  1. تقسيم مقياس الذوبان في voxels ثابتة الطول والعرض والعمق.
    1. استخدام الفضاء الإقليدية نظام التنسيق وتقسيم المسافة الإجمالية على طول كل اتجاه (X، Y و Z) إلى وجود عدد كاف من فترات زمنية متساوية. النظر في التخلص من التربة بالقرب من جدران مقياس الذوبان لتجنب الآثار الحدود.
      ملاحظة: اعتمد عازلة 5 سم على طول الجدران الأربعة في هذه التجربة لتجنب الآثار الحدود، مع ضمان أن حجم التربة التي تم جمعها كافية.
    2. تعيين كل عينة XYZ الموقع الفريد وتحديد باعتبارها فوكسل.
      ملاحظة: في هذه الحفر، X يدل على موقع على طول عرض المنحدر، Y يدل على موقع على طول المنحدر، في حين Z يدل على موقع على عمق المنحدر. حجم فترات داخل كل البعد يحدد العرض والطول والعمق من voxels. Figure 2 يبين تقسيم مقياس الذوبان بعد تحديد فترات المباعدة جنبا إلى جنب مع الأصل الذي تم اختياره للنظام XYZ. تقسيم في مخطط الحفريات الحالي لديه 9 فترات على طول كلا الاتجاهين Y و Z و 4 فترات طول اتجاه X، وتنتج ما مجموعه 324 voxels 10 سم × 20 سم × 10 سم أبعاد (الشكل 3).
      ملاحظة: استراتيجية أخذ العينات المختارة يضمن أن النظام بأكمله وأخذ عينات بالتساوي مع الحد الأدنى من الضرر لأجهزة الاستشعار. يتم تجاهل حدود كل فوكسل (1-2 سم) للحد من التلوث من voxels المجاورة. بالإضافة إلى ذلك، أبعاد فوكسل تضمن مواد التربة غير كافية لالميكروبيولوجية، الجيوكيميائية، وجمع العينات الهيدرولوجية في كل فوكسل.

figure-protocol-1
الشكل 1. الجانبية ضوء مقياس الذوبان يطل مقياس الذوبان من اتحاد كرة القدم تسربم. أيضا مرئية ثلاثة مناطق استشعار (أنابيب PVC بيضاء) على نظام المنحدر والرش في الزوايا الأربع.

figure-protocol-2
الشكل 2. أخذ العينات مخطط. مخطط أخذ العينات من مقياس الذوبان على طول XYZ. أ. س البعد يقسم العرض إلى 4 أقسام كل 10 سم في حين Y يقسم طول في 20 سم. ب. Z البعد يشير عمق وتقسيمها إلى 9 طبقات 10 سم عمق. وحددت حدود 5 سم على طول حواف مقياس الذوبان لمنع جمع العينات التي يمكن ان تظهر تأثير الحدود. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

figure-protocol-3
الشكل 3. ثلاثة دتمثيل imensional من فوكسل. التخطيطي المرئي للفوكسل واحد على طول الطائرة XYZ من مقياس الذوبان. تم تقسيم المنحدر بأكمله إلى 324 هذه voxels، مع كل فوكسل تصور وحدة أخذ العينات واحدة. من فضلك اضغط هنا لتحميل هذا الملف.

2. إضافة الزرقاء الرائعة FCF صبغ لمسار المياه تسلل في المنحدر

  1. تطبيق الصبغة الزرقاء الرائعة على سطح التربة، وهو ما يكفي لتغطية الأعلى 105 سم من سطح طول اتجاه Y. تغطية التربة المتبقية مع الأغطية البلاستيكية.
    1. اختيار تركيز (هنا 10 جم / لتر) لضمان النقيض ضد تربة بازلتية سوداء. إضافة الصبغة للدبابات نظام الري وتخفف بالماء إلى التركيز المطلوب.
    2. تقرر مدة الري بناء على العمق المطلوب من الجبهة تسلل ومعدل توفيره من قبل نظام الري.
      ملاحظة: للحصول على هذه الدراسة، وهي ط ويعتبر معدل rrigation من 30 ملم / ساعة لمدة 20 دقيقة (الشكل 4) قبل الحفر كافية من أجل تحديد أنماط متباينة من تسلل المياه خلال سم القليلة الأولى.
    3. بعد تطبيق صبغ، وإعطاء الوقت للتسلل لوقف ودول الرطوبة داخل مقياس الذوبان للتوازن. لهذه الدراسة، كانت فترة 10 ساعة (بين عشية وضحاها) بين تطبيق صبغ والحفر المناسبة.

3. ترسيم Voxels

  1. إرفاق شريط قياس على طول المنحدر لتوفير نظام مرجعي في الموقع للتوجيه أثناء ترسيم voxels.
  2. بمناسبة البعد من كل فوكسل التربة مع مساعدة من شريط القياس. رسم خطوط الشبكة في كل طبقة باستخدام المدنيين كدروع الألومنيوم شفرة وسكاكين المعجون البلاستيك (الشكل 4). تجاهل المواد الحدود (5 سم من كل جدار لمنع آثار الحدود).

together.within الصفحات = "1"> figure-protocol-4
الرقم 4. عرض أعلى مقياس الذوبان. ويوضح هذا الرأي سطح مصبوغ طبقة 2 (10 سم العميق). شبكات المرسومة على سطح التربة لمساعدة أخذ العينات واضحة أيضا، جنبا إلى جنب مع المناطق الثقوب الأساسية في كل فوكسل بعد جمع العينات الميكروبيولوجي.

4. جمع العينات علم الأحياء الدقيقة

  1. جمع عينات علم الأحياء الدقيقة جو معقم و مطهر من كل فوكسل قبل الهيدرولوجية والجيوكيميائية يحلل لمنع التلوث من العينات. ضمان قفازات جديدة يتم ارتداؤها من قبل جميع أفراد تنفيذ أعمال الحفر للحد من التلوث من الجلد البشري.
  2. استخدام أخذ العينات الجوفية التربة من 1 سم وقطرها 20 سم ارتفاع، وملعقة رقيقة لجمع العينات الميكروبيولوجي. تنظيف أخذ العينات الجوفية وملعقة مع الماء المقطر، مسح جاف مع مناديل نظيفة، وشطف مع 75٪ من الإيثانول باستخدام زجاجة رذاذ. السماح أخذ العينات الجوفية وملعقة للهواء الجاف.
  3. لاحظ جالوقت ollection من كل عينة. استخدام أخذ العينات الجوفية حتى النخاع على عمق 10 سم في كل موقع فوكسل، وملعقة لتفريغ عينة التربة في أكياس بلاستيكية معقمة قبل (الشكل 5). الحرص على فتح الحقيبة فقط قبل إيداع عينة. التجانس الحقائب عينة باليد.
  4. تخزين حقيبة عينة في برودة الجليد خلال أخذ العينات، ونقل في أقرب وقت ممكن إلى -80 درجة مئوية الثلاجة.

figure-protocol-5
الرقم 5. جمع العينات علم الأحياء الدقيقة. ويرد أخذ العينات الجوفية يده الصغيرة من 20 سم × 1 سم، وأكياس معقمة، وملعقة هنا خلال أخذ العينات الميكروبيولوجية. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

5. الجيوكيمياء والهيدرولوجيا جمع العينات

  1. المناطق صورة مصبوغ في X و Y ررانيس أثناء الحفر لأعماق حيث لوحظ الصبغة. استخدام بطاقة اللون لتوفير إشارة للون احظ (الشكل 6). ضمان الإضاءة الطبيعية المناسبة موجود لتوثيق كثافة اللون بشكل صحيح.
  2. معايرة المحمولة الأشعة السينية مضان مطياف (pXRF) يوميا قبل بدء القياسات. للمعايرة وقياس من التفاصيل، انظر تعليمات الشركة الصانعة 13 (الشكل 7). لفترة وجيزة، ضع أداة على حامل وتدل على نافذة شعاع مباشرة إلى حبة مصنع للمعادن. اختر "كال" وانتظر لمدة 30 ثانية للسماح للمعايرة إلى أن تكتمل.
    1. تنظيف نافذة شعاع قبل اتخاذ كل قياس. قياس سطح كل فوكسل في ثلاث نسخ في ثلاثة مواقع مختلفة. ضع أداة pXRF على سطح التربة وانتظر لمدة 90 ثانية للسماح للقياس إلى أن تكتمل.
      ملاحظة: الأشعة السينية يمكن أن تخترق مسافة طويلة في اتجاه الشعاع. لذلك، ensuإعادة أنه ليس هناك سوى الموظفين المدربين مقابض المعدات ويحافظ على بروتوكولات السلامة المناسبة.

figure-protocol-6
الشكل 6. بطاقة اللون لمتابعة صبغ تسلل. تم تصويره في كل مكان مع تغلغل الصبغة مرئية مع بطاقة اللون يخدم كمرجع. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

figure-protocol-7
الرقم 7. المحمولة الأشعة السينية الإسفار مطياف. يده pXRF المتمركزة على سطح فوكسل. سجلت القياسات في ثلاثة مواقع مختلفة على سطح كل فوكسل ثم متوسط.

  1. النوى معدنية نظيفة (الارتفاع = 3 سم، وديا. = 5.7 سم) والبولي التعاونالدقة (الارتفاع = 6 سم، وديا. = 5.7 سم) لكثافة السائبة (BD) وقياسات التوصيل الهيدروليكي (KSAT) من voxels المطلوب، على التوالي (الشكل 8).
  2. إدراج عموديا النوى المعادن والنوى البولي (العمودي KSAT) في voxels المطلوب مع الحرص على عدم تلف أجهزة الاستشعار أو أسلاك أجهزة الاستشعار. القيام بذلك عن طريق يدق برفق النوى في التربة، مع الحرص على استخدام سطح مستو مثل كتلة من الخشب بين جوهر ومطرقة من أجل تقليل الاضطراب إلى التربة. بالإضافة إلى ذلك، وبمجرد أن الأساسي هو في منتصف الطريق في التربة، ووضع نواة الثاني على رأس النواة الأولى. وضع كتلة خشبية على رأس الأساسية الثانية وتدق بلطف كتلة حتى يتم تضمين النواة الأولى في التربة مع حافة الأساسية لا تزال واضحة.
  3. إدراج النوى لKSAT الأفقي كما وجه الجانبي للفوكسل يفتح مع الحفر متسلسل. استخدام كتلة خشبية والأساسية الثانية كما ذكر في الخطوة 5.4 لتقليل الضغط.
  4. الحرص على التأكد من أن فوكسليتم أخذ عينات معزولة عن الحدود وvoxels المجاورة قبل جمع العينات الجيوكيميائية. استخدام السكاكين المعجون البلاستيك لهذا الغرض، تليها المسجات باليد لجمع عينات من التربة حول المعدن أو البولي بروبلين النوى في الجيوكيميائية أكياس (GC) عينة المسمى حتى النوى يمكن إزالتها بسهولة (على سبيل المثال، الشكل 9A، ب).

figure-protocol-8
واستخدمت الشكل كثافة 8. السائبة والنوى التوصيل الهيدروليكي. النوى مادة البولي بروبيلين (يسار) لجمع عينات التوصيل الهيدروليكي الرأسي والأفقي في حين قلب معدني (يمين) واستخدمت لجمع عينات الكثافة.

figure-protocol-9
الرقم 9. فوكسل ترسيم الحدود. وقد استخدمت السكاكين المعجون البلاستيك إلى (A) عزلحدود فوكسل قبل (ب) الجيوكيميائية وكثافتها، والهيدروليكي جمع التوصيل الأساسية. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

  1. إزالة المعدنية الأساسية، وفرشاة قبالة المواد الزائدة من كلا الطرفين، ونقل عينة من النواة إلى كيس عينة دينار بحريني المسمى. وزن كل كيس عينة مع عينة وتسجيل الوزن الكلي.
  2. إزالة النوى البولي بروبلين. تغطية كلا الجانبين مع القبعات البلاستيكية الحمراء وتسمية الأساسية البولي بروبلين الرأسي بأنه "V" والأفقي الأساسية البولي بروبلين و"H" متبوعة معرف العينة.
  3. جمع المواد المتبقية من فوكسل في كيس عينة GC، تاركا وراءه بضعة سنتيمترات من التربة في جميع الجوانب الأربعة لمنع انتقال التلوث مع فوكسل المقبل.
  4. كرر من الخطوات 5،1-5،9 لبقية voxels في طبقة واحدة.
  5. مرة واحدة وقد تم كل voxels من طبقة واحدةالانتهاء، كرر الخطوات 3،2-5،10 للطبقة اللاحقة.
    ملاحظة: الخطوة 5.1 الاحتياجات التي يتعين القيام بها فقط لvoxels التي لها صبغة مرئية. الرجوع إلى الشكل 10 لتصور تخطيطي الممثلين فوكسل تسليط الضوء على جميع العينات التي تم جمعها من كل فوكسل.

figure-protocol-10
خط الرقم 10. فوكسل الممثل. بدد خط أحمر يشير إلى جوهر جمع عينات علم الأحياء المجهرية، تحطمت الأخضر يشير الأفقي الأساسية التوصيل الهيدروليكي، خط اندفاعة الأصفر يشير العمودي الأساسية التوصيل الهيدروليكي، يشير متقطع الأرجواني بالجملة الأساسية كثافة، والحدود البيضاوي الأزرق يشير المتبقية عينة من فوكسل تستخدم لتحليل الجيوكيميائية. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

تحليل 6. عينة

  1. استخدام العينات التي تم جمعها لالميكروبيولوجية تحليلات لالجزيئية (التربة استخراج الحمض النووي الميكروبي) 14 ومثقف (التهم لوحة متغايرة) 15 التحليلات. استخدام الحمض النووي المستخرج للتفاعلات البلمرة الكمية (QPCR) 16، والإنتاجية العالية التجارب التسلسل الجيني 17،18.
  2. استخدام العينات التي تم جمعها لالجيوكيميائية التحليلات لقياس العديد من الخصائص الجيوكيميائية بما في ذلك درجة الحموضة (وكالة حماية البيئة الأميركية طريقة 150.2)، التوصيل الكهربائي (EC) (الولايات المتحدة أسلوب وكالة حماية البيئة 120.1) والكربون والنتروجين (الولايات المتحدة أسلوب وكالة حماية البيئة 415.3، واستخراج متتابعة من عناصر 19 وحيود الأشعة السينية (XRD) والذي مدد امتصاص الأشعة السينية هيكل غرامة (EXAFS) الطيفي وفقا للمواصفات من ستانفورد مختبر السنكروترون الإشعاع، للتحقيق التحولات المعدنية.
  3. استخدام العينات التي تم جمعها الأساسية لتحليل الهيدرولوجية لإجراء التجارب المخبرية مثل الكثافة الظاهرية 20والتوصيل الهيدروليكي 21.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أبعاد voxels ضمنت مجموعة من عينات لالهيدرولوجية والجيوكيميائية والقياسات الدقيقة. أسفرت إجراء حفريات 324 النوى للتحليل الميكروبيولوجي، 972 نقاط البيانات pXRF، 324 أكياس عينة الجيوكيميائية، 180 عينات KSAT (128 الرأسي والأفقي 52)، و 311 عينات الكثافة الظاهرية. وقد لوحظ تدفق تفضيلية من الصبغة الزرقاء الرائعة أيضا على عمق 30 سم تحت سطح الأرض. وقد تم اختيار مجموعة تمثيلية من 81 عينات من شريحة واحدة العمودي للمقياس الذوبان لتحليل أولي. وكانت العينات المخ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تطور المشهد هو الأثر التراكمي لالهيدرولوجية والجيوكيميائية والعمليات البيولوجية 12. تتحكم هذه العمليات تدفق ونقل الماء والعناصر، وردود الفعل البيولوجية الكيميائية في المناظر الطبيعية المتغيرة. ومع ذلك، واستولت على التفاعل يتطلب وقت واحد تصميم تجريبي منسق بدقة وأخذ العينات. بالإضافة إلى ذلك، ودراسة تطور المشهد بدايته صعبة في النظم الطبيعية، مع قدرات محدودة لتحديد "الساعة الصفر" الظروف. تقارير الأدب الدراسة مقياس الذوبان المدمرة واحد التي أجريت لقياس كثافة جذور ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر Ty P.A. Ferré و Till Volkman و Edwin Donker و Mauricio Vera لمساعدتنا أثناء التنقيب ، و Triffon J. Tatarin و Manpreet Sahnan و Edward Hunt لمساعدتهم في تحليل العينات. تم تنفيذ هذا العمل في Biosphere 2 ، جامعة أريزونا وبتمويل من منحة المؤسسة الوطنية للعلوم EAR_1344552 وبرنامج أبحاث الشرف للمحيط الحيوي 2.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
يعد شريط القياسأيمنع التلوث المتبادل للعينات أمرا بالغ الأهمية. لذلك ، من المفيد أن يكون لديك سكاكين معجون متعددة لعزل حدود الفوكسيل.
صبغة زرقاء لامعةWaldeck GmBH & Co المساطر B0770لرسم الشبكات. يمكن تعديل استراتيجية أخذ العينات بناء على التجارب الفردية.
Soil CorerAMS56975يمكن استخدام أي صبغة زرقاء لامعة مصنعة تجاريا.
تم استخدام 75٪ من الإيثانولأيكاميرانيكون D90 وعدسة 50 مم للتصوير الفوتوغرافي. يمكن استخدام أي كاميرا وعدسة عالية الدقة لهذا الغرض.
زجاجة رذاذأياستخدام للصبغة وبطاقة الألوان هو موضوع للتجارب الفردية و / أو أسئلة البحث.
ملعقةأي يمكن استخدام أي قفازات بستنة إذا أصبح التعامل مع الكورر مملا.
قفازاتأي أيضمان حفظ عينات علم الأحياء الدقيقة في الجليد أثناء أخذ العينات وتجميدها في أسرع وقت ممكن.
يمكن استخدام KimWipesKimTech Scienceأيماء لغسل حفارة التربة قبل تعقيمها بالإيثانول.
أكياس عينة معقمةفيشر علمية Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZاحتفظ بالدلاء وأحواض الغبار في متناول اليد لتسهيل إزالة نفايات التربة.
بطاقة اللونأيأي يحتويالتصميم الأصلي ل miniLEO على العديد من أجهزة الاستشعار المضمنة في مقياس الليزيمتر. قد تكون هذه المستشعرات ضرورية وقد لا تكون ضرورية بناء على نطاق التصميم التجريبي الفردي.
طياف الأشعة السينية الفلوريXRF ، أوليمبوسDS-2000 دلتا XRF
نوى البولي بروبلينأينوى
معدنية   ؛أي أي
أغطية لنوى البولي بروبلينأيأي
مطرقةأي  أي
سكاكين معجون بلاستيكيةAny أي
أقنعة الوجهany أي
يمكن استخدام مقياس

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brady, N. C., Weil, R. R. The nature and properties of soils. , Pearson Prentice Hall. (2008).
  2. Chorover, J., Kretzschmar, R., Garica-Pichel, F., Sparks, D. L. Soil biogeochemicial processes within the critical zone. Elements. 3, 321-326 (2007).
  3. Troch, P. A., et al. Catchment coevolution: A useful framework for improving predictions of hydrological change? Water Resour. Res. 6, 1-20 (2015).
  4. Sharp, R. P. Landscape evolution (A Review). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 79, 4477-4486 (1982).
  5. Temme, A. Predicting the effect of changing climate on landscapes with computer based landscape evolution models. Key Concepts in Geomorphology. Montgomery, D. R., Bierman, P. R. , Macmillan Publishers Limited. http://serc.carleton.edu/vignettes/collection/37800.html (2013).
  6. Troch, P. A., et al. Dealing with Landscape Heterogeneity in Watershed Hydrology: A Review of Recent Progress toward New Hydrological Theory. Geogr. Compass. 3, 375-392 (2009).
  7. Wang, Y., et al. Dissecting the Hydrobiogeochemical Box. in Am. Geophys. Union Fall Meet. , (2015).
  8. Lin, H., et al. Hydropedology: Synergistic integration of pedology and hydrology. Water Resour. Res. 42 (5), W05301(2006).
  9. Band, L. E., et al. Ecohydrological flow networks in the subsurface. Ecohydrology. 7, 1073-1078 (2014).
  10. Churchman, G. j, Lowe, D. Handbook of Soil Science Properties and Process. 1, CRC Press,Taylor & Francis. (2012).
  11. van der Heijden, M. G. A., Bardgett, R. D., van Straalen, N. M. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems. Ecol. Lett. 11 (3), 296-310 (2008).
  12. Pangle, L. a, et al. The Landscape Evolution Observatory: A large-scale controllable infrastructure to study coupled Earth-surface processes. Geomorphology. 244, 190-203 (2015).
  13. User Manual: Delta Famiy Handheld XRF Analyzers. , Innov-X-Systems. http://usenvironmental.com/download/manuals/Olympus%20-%20Delta%20User%20Manual.pdf (2013).
  14. Valentìn-Vargas, A., Root, R. A., Neilson, J. W., Chorover, J., Maier, R. M. Environmental factors influencing the structural dynamics of soil microbial communities during assisted phytostabilization of acid-generating mine tailings: A mesocosm experiment. Sci Total Environ. 500-501, 314-324 (2014).
  15. JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology. Culturing and Enumerating Bacteria from Soil Samples. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
  16. JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology: Quantifying Environmental Microorganisms and Viruses Using qPCR. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
  17. Sengupta, A., Dick, W. A. Bacterial community diversity in soil under two tillage practices as determined by pyrosequencing. Microb. Ecol. 70, 853-859 (2015).
  18. Caporaso, J. G., et al. Correspondence - QIIME allows analysis of high- throughput community sequencing data. Nat. Publ. Gr. 7, 335-336 (2010).
  19. Hall, G. E. M., Vaive, J. E., Beer, R., Hoashi, M. Selective leaches revisited, with emphasis on the amorphous Fe oxyhydroxide phase extraction. J. Geochemical Explor. 56, 59-78 (1996).
  20. Grossman, R. B., Reinsch, T. G. Bulk density and linear extensibility. Methods of Soil Analysis. Part 4-Physical Methods. Dane, J. H., Topp, G. C. , Soil Science Society of America Book Series No. 5. ASA and SSSA. Madison, WI. 201-228 (2002).
  21. Reynolds, W. D., Elrick, D. E., Youngs, E. G., Amoozegar, A., Bootlink, H. W. G., Bouma, J. Saturated and field-saturated water flow parameters. Methods of Soil Analysis, Part 4-Physical Methods. Dane, J. H., Topp, G. C. , SSSA. Madison, WI. 802-816 (2002).
  22. King, G. M. Contributions of atmospheric CO and hydrogen uptake to microbial dynamics on recent Hawaiian volcanic deposits. Appl. Environ. Microbiol. 69 (7), 4067-4075 (2003).
  23. Meyer, W. S., Barrs, H. D. Roots in irrigated clay soils: Measurement techniques and responses to rootzone conditions. Irrig. Sci. 12 (3), 125-134 (1991).
  24. Graham, C. B., Woods, R. A., McDonnell, J. J. Hillslope threshold response to rainfall: (1) A field based forensic approach. J. Hydrol. 393 (1-2), 65-76 (2010).
  25. Anderson, A. E., Weiler, M., Alila, Y., Hudson, R. O. Dye staining and excavation of a lateral preferential flow network. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 5 (2), 1043-1065 (2008).
  26. Gleeson, T., Paszkowski, D. Perceptions of scale in hydrology: what do you mean by regional scale? Hydrol. Sci. J. 00, 1-9 (2013).
  27. Molins, S., Trebotich, D., Steefel, C. I., Shen, C. An investigation of the effect of pore scale flow on average geochemical reaction rates using direct numerical simulation. Water Resour. Res. 48, W03527(2012).
  28. Fierer, N., Lennon, J. T. The generation and maintenance of diversity in microbial communities. Am. J. Bot. 98 (3), 439-448 (2011).
  29. Niu, G. Y., Pasetto, D., Scudeler, C., Paniconi, C., Putti, M., Troch, P. A. Analysis of an extreme rainfall-runoff event at the Landscape Evolution Observatory by means of a three-dimensional physically-based hydrologic model. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 10, 12615-12641 (2013).
  30. Marteinsson, V., et al. Microbial colonization in diverse surface soil types in Surtsey and diversity analysis of its subsurface microbiota. Biogeosciences. 12, 1191-1203 (2015).
  31. Orcutt, B. N., Sylvan, J. B., Rogers, D. R., Delaney, J., Lee, R. W., Girguis, P. R. Carbon fixation by basalt-hosted microbial communities. Front. Microbiol. 6, 00904(2015).
  32. Wu, L., Jacobson, A. D., Chen, H. C., Hausner, M. Characterization of elemental release during microbe-basalt interactions at T=28°C. Geochim. Cosmochim. Acta. 71, 2224-2239 (2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة