一种用于收集和构建土芯协议测渗计
2016年6月6日
展示了提取和组装完整土壤岩心溶度计的详细方法，以及它们用于研究表面施用家禽垫料中的渗滤液和相关营养物质损失的用途。
该程序的总体目标是演示完整土壤岩心溶度计的收集、组装和灌溉，以研究氮在未受干扰的农业土壤中的浸出。这种方法旨在回答有关营养物质和其他化学物质的问题，这些化学物质可能会从根区以下渗出到浅层地下水中。这种技术的主要优点是它既快速又简单。
我们发现我们需要四到五次重复才能产生显著的结果。虽然在本视频中我们关注的是硝酸盐浸出，但该方法可用于研究许多其他化合物，例如磷、药物、激素或砷等金属。首先，从收集区域清除表面蔬菜、岩石和其他碎屑。
将两个溶度计主体放置在要采集溶度计的水平地面上。确保溶度计水平，以便柱内的土壤具有均匀的深度。将专门设计的、安装在拖车上的落锤安装到溶度仪主体上。
落锤就位后，部署液压驱动的支腿，将钢板与地面和溶度仪主体的顶部调平。支腿还为落锤提供稳定性。借助机械绞盘将重达 1， 180 公斤的钢板部分吊到 3 米高的塔上。
松开钢板，将柱子锤入土壤中。重复此步骤数次，直到柱边缘高于土壤表面 2 厘米。通过测量柱内外土壤的深度，检查溶度计内部的土壤压实情况。
如果柱内的土壤比柱外的土壤低 1 厘米以上，则土壤被压实，不适合研究。将胶合板盘放在色谱柱边缘内，以防止污染。用反铲在土芯旁边挖一条沟，比柱底略深。
用铲子或镐子加宽孔，并尽可能多地露出圆柱体的外部。将重金属挖掘杆沿柱子侧面的整个长度向下推，使其位于土壤和柱外壁之间。来回撬开挖杆，直到柱底土界面破裂，将柱子滑入沟槽中心。
将升降剪刀框在溶度计顶部周围，为去除土壤芯做准备。一个人握住每根杆，向上拉，直到剪刀紧紧地围绕着色谱柱，然后将溶度计从孔中提起。将溶度计放在平坦的工作面上，例如平板。
将土芯翻转过来，使底部向上后，轻轻地将土壤平整，即使 PVC 的边缘是直边。用笔刀或螺丝刀去除突出在轮辋平面上方的结石。还要松动土壤，露出其中的自然表面纹理。
用化学惰性 play、sand 填充任何空隙，然后轻轻填充。用直边平整沙子，甚至用直边的柱底，并去除多余的沙子。接下来，在溶出仪的边缘挤出一个连续的透明硅胶填缝剂圆珠。
填缝剂应足够厚，以便将穿孔的圆盘底部密封到溶出仪的底部，并防止泄漏。将多孔圆盘放在边缘，使滤布面向沙子，然后用力向下按压，使板和溶度计接触良好。然后在板的边缘钻八个均匀分布的导向孔，并用 1 英寸不锈钢螺钉和钻刀固定多孔盘。
将柔性管接头滑到溶度计底座上，使接头约 2 cm 伸出溶度计边缘。将改性的 PVC 帽安装到挠性管接头中，然后向下推帽，直到它与溶出仪主体接触。然后将紧固带放入联轴器的凹槽中，轻轻固定，不要束缚联轴器。
用手持式六角螺丝刀拧紧金属带，直到溶度计帽牢固固定到位。溶度计已准备好翻转，并运送到气候控制设施。要安装湿度传感器，首先在溶度计壁上划出 5 厘米长的水平线，深度为 5 厘米和 25 厘米。
从土壤表面测量，而不是从溶度计的边缘测量。在标记线的每一端的溶出仪壁上钻一个直径为 1 厘米的孔。用旋转切割工具将钻孔之间剩余的 3 厘米塑料切掉。
接下来，在土壤中凿出一个 1 厘米厚 x 5 厘米长的缝隙，以容纳湿度传感器的外壳。将湿度传感器推入孔中，推入清理干净的槽中，直到传感器插脚牢固地埋在土壤中，只有电线从溶度计中伸出。用刷子或抹布清洁槽壁上的污垢。
将厚厚的硅胶填缝剂珠放入插槽中，以防止水漏出。填缝剂干燥后，应用第二次硅胶循环，以确保传感器周围孔中的所有间隙都被密封。用填缝剂密封土壤和溶度计壁之间的间隙，以减少优先流下溶度计内壁的风险。
首先，刺穿一管透明硅胶填缝剂并将其装入标准填缝枪中。将填缝管的尖端放在要填充的土壤中的空隙和溶出仪主体的内表面之间。然后将填缝枪的尖端推到土壤以下约 2 厘米处。
将填缝剂从管中挤出，直到它填满空隙并渗出土壤表面。按照文本协议中的说明检查土壤芯是否水平后，将特氟龙胶带缠绕在螺纹尼龙管接头上，然后将接头顺时针旋转到盖子中。用活动扳手拧紧接头，直到看不到任何螺纹。
将一根 0.5 英寸的软管推到尼龙接头的倒钩端，然后剪断软管，使其穿过收集壶的口约 4 厘米。将容器放在溶度计下方，然后将软管放入收集壶内。用粗棉布或其他化学惰性网眼（如纱窗）覆盖土壤表面，以保护和保存土壤团聚体和表面残留物。
将 1， 450 ml 模拟雨水量入量筒中，倒入配备淋浴喷头的喷壶中。以不干扰土壤表面的速度轻轻均匀地将水洒在窗纱上。等待一段时间让水通过土壤柱渗入并渗透到盖子和收集容器中后，将溶度计向出口孔倾斜，直到所有水从溶度计储液罐盖排入收集容器。
用秤测量收集的渗滤液质量，并将质量（以克为单位）转换为毫升。将渗滤液样品倒入 350 ml 无菌塑料样品瓶中。立即用配备 0.45 微米滤纸的吸管过滤 50 ml，以准备通过流动注射分析使用彩色图像进行硝酸盐分析。
灌溉和浸出实验的代表性结果如下所示。四种土壤的平均每周渗滤液深度在 1.12 至 1.95 厘米之间。渗滤液回收率表示灌溉用水的百分比，遵循与土壤质地相关的一般趋势，从 Evesboro 和 Sassafras 沙质土壤中回收的效率略高于质地较细的 Bojac 和 Quindocqua 土壤。
该图显示，灌溉后 5 厘米和 25 厘米深度的土壤含水量变化表明，较粗和较细纹理土壤之间的水分传输存在差异。水分剖面表明灌溉水通过质地较粗的 Evesboro 沙子和 Sassafras 沙壤土的快速移动。该图显示了家禽垫料施用前后硝酸盐浓度的变化。
凋落物施用后，渗滤液中的硝酸盐浓度增加，但土壤之间的时间模式不同。渗滤液硝酸盐质量损失的差异不仅反映了渗滤液中硝酸盐浓度的趋势，还反映了渗滤液深度的差异。为了评估家禽垫料施用量和渗滤液体积对硝酸盐通量的影响，从随后的每周通量中减去垫料施用前的土壤硝酸盐通量。
尝试此过程时，注意安全很重要。作钻头或落锤时始终佩戴听力保护装置。为安全起见，切勿在落锤下方工作。
作落锤时要注意该区域的其他人，并在作时与落锤保持安全距离。看完这个视频后，您应该对如何收集完整的土壤芯、构建溶度计、安装土壤湿度传感器、进行灌溉和收集渗滤液有一个很好的了解。
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概述
本文展示了一种提取和组装完整土壤芯取样器的方法，用于研究表面施用的家禽粪便中的营养物质渗漏。该技术允许对农业土壤中氮渗漏和其他化合物进行研究。
关键研究组成部分
科学领域
- 土壤科学
- 农业研究
- 环境科学
背景
- 了解营养物质渗漏对环境保护至关重要。
- 表面施用的家禽粪便可能影响地下水质量。
- 完整的土壤芯取样器提供了研究渗漏过程的方法。
- 取样器的快速简便组装对研究有利。
研究目的
- 展示土壤芯取样器的收集和组装。
- 研究未受干扰的农业土壤中的氮渗漏。
- 探索除硝酸盐之外的各种化合物的渗漏。
所用方法
- 从收集区域移除表面植被、岩石和杂物。
- 为灌溉研究组装完整的土壤芯取样器。
- 进行多次重复实验以获得显著结果。
- 分析渗滤液中的营养物质和其他化学物质。
主要结果
- 该方法有效展示了土壤中的氮渗漏。
- 结果可应用于研究磷、金属等其他化合物。
- 需要四到五次重复以获得可靠数据。
- 该技术对研究人员来说是高效且直接的。
结论
- 完整的土壤芯取样器对研究营养物质渗漏很有价值。
- 该方法可以适用于各种环境研究。
- 快速组装促进了农业环境中的及时研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
This protocol enables the study of nutrient leaching in intact soil systems, providing a controlled platform to evaluate compound mobility and environmental fate. By preserving natural soil structure and macropore networks, it supports mechanistic de-risking in early discovery for agrochemical and environmental safety assessments. The method facilitates predictive confidence in leaching potential, informing go/no-go decisions for compound advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by quantifying leaching behavior of nitrogen-containing compounds under controlled conditions.
- Operational Value: Enables functional validation of soil-mediated transport pathways using intact core systems.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by generating quantitative leachate flux data for risk assessment.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems (intact soil cores) for downstream compound screening and leachate analysis.
- Operational Value: Standardizes leachate collection and moisture monitoring at defined depths for reproducible outputs.
- Scalability: Supports platform reuse across soil types and compound classes, including pharmaceuticals and metabolites.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-stage leaching data to preclinical environmental fate modeling.
- Mechanistic De-risking: Clarifies compound mobility through soil matrices, reducing uncertainty in environmental impact predictions.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs decisions on compound progression based on leachate concentration and flux trends.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing through lead identification to preclinical environmental safety evaluation, supporting data-driven advancement decisions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on compound leaching and soil interaction mechanisms.
- Screening: Delivers assay-ready systems with quantitative leachate volume and nutrient concentration outputs.
- Analytics: Enables measurement of leachate mass, nitrate concentration, and flux for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects leaching profiles to environmental continuity and biomarker alignment in soil-water systems.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for evaluating diverse compounds across varied soil textures and management practices.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in leaching potential, reduction of mechanistic ambiguity in soil-compound interactions.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of intact core lysimeter preparation and irrigation.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage environmental risk.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on leachate recovery and nutrient flux data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soil science, field collection, and lysimeter assembly techniques.
- Depends on instrumentation including drop hammer, winch, moisture sensors, and flow injection analysis systems.
- Necessitates cross-team standardization for soil handling, sensor installation, and leachate collection protocols.
- Involves adaptation considerations across soil textures (sandy to fine) and macropore development.
- Practical limitations include ensuring intact soil structure during extraction and preventing preferential flow along lysimeter walls.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:53
Driving Lysimeter Casing into Soil with the Drop Hammer
2:31
Removing the Soil Core
3:51
Assembling the Lysimeter
6:09
Installing Moisture Sensors
7:43
Preparing Lysimeters for Leachate Collection
9:10
Irrigating Lysimeters and Collecting Leachate
10:45
Results: Volume of Leachate, Nitrate-N Concentration and Mass Loss of Nitrate-N from Lysimeters Collected from Four Soils Series
12:36
Conclusion
