Este estudio presenta un método de excavación para la investigación hidrológica subterránea, geoquímica, y la heterogeneidad microbiológica de un lisímetro suelo. El lisímetro simula una ladera artificial que era inicialmente bajo condición homogénea y se había sometido a aproximadamente 5000 mm de agua durante ocho ciclos de riego en un período de 18 meses.
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Artículo de método
Lisímetro suelo de excavación para acoplados hidrológicos, geoquímicos, e investigaciones microbiológicas
En este artículo
Resumen
Resumen
El estudio de la coevolución de los procesos hidrológicos y biogeoquímicos en el subsuelo de los paisajes naturales puede mejorar la comprensión de los procesos acoplados del sistema terrestre. Este conocimiento es imperativo para mejorar las predicciones de los ciclos hidrobioquímicos, especialmente en escenarios de cambio climático. Presentamos un método experimental, diseñado para capturar la heterogeneidad subsuperficial de un sistema de suelo inicialmente homogéneo. Este método se basa en el muestreo destructivo de un lisímetro de suelo diseñado para simular una ladera a pequeña escala. Un lisímetro de pesaje de un metro cúbico de capacidad se dividió en secciones (vóxeles) y se excavó capa por capa, recogiendo submuestras de cada vóxel. El procedimiento de excavación tuvo como objetivo detectar la incipiente heterogeneidad del sistema centrándose en la evaluación espacial de las propiedades hidrológicas, geoquímicas y microbiológicas del suelo. Los resultados representativos de algunas variables fisicoquímicas analizadas muestran el desarrollo de heterogeneidad. Se planea realizar trabajos adicionales para probar las interacciones entre las firmas hidrológicas, geoquímicas y microbiológicas para interpretar los patrones observados. Nuestro estudio también demuestra la posibilidad de llevar a cabo excavaciones similares con el fin de observar y cuantificar diferentes aspectos del desarrollo del suelo bajo diferentes condiciones ambientales y escala.
Introducción
La dinámica del suelo y del paisaje están determinadas por la interacción compleja de factores físicos, químicos y biológicos 1. El flujo de agua, la erosión geoquímica, y la actividad biológica dan forma al desarrollo general del paisaje en un ecosistema estable 2,3. Si bien los cambios de superficie son las características más notables de paisaje 4, los efectos acumulados de la comprensión hidrológica, geoquímica, y los procesos microbiológicos en la región subsuperficial es crucial para comprender las fuerzas subyacentes que dan forma a un paisaje 2. Futuros escenarios de perturbación climática confunden aún más la previ....
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Protocolo
1. Elaborar una matriz de muestreo para garantizar sistemática y exhaustiva de muestreo de Lisímetro
- Divida lisímetro en voxels de longitud, el ancho y la profundidad fija.
- Utilice un espacio euclidiano sistema de coordenadas y dividir la distancia total a lo largo de cada dirección (X, Y y Z) en un número suficiente de intervalos igualmente espaciados. Considere la posibilidad de desechar el suelo cerca de las paredes del lisímetro para evitar los efectos de contorno.
NOTA: Un buffer de 5 cm a lo largo de las cuatro paredes que se adopte en este experimento para evitar los efectos de frontera, asegurando al mismo tiempo que el volumen de s....
- Utilice un espacio euclidiano sistema de coordenadas y dividir la distancia total a lo largo de cada dirección (X, Y y Z) en un número suficiente de intervalos igualmente espaciados. Considere la posibilidad de desechar el suelo cerca de las paredes del lisímetro para evitar los efectos de contorno.
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Resultados
Las dimensiones de los voxels aseguraron toma de muestras para hidrológica, geoquímica, y las mediciones microbiológicos. El procedimiento de excavación se descubrieron 324 núcleos para el análisis microbiológico, 972 puntos de datos pXRF, 324 bolsas de muestras geoquímicas, 180 muestras Ksat (128 vertical y horizontal 52), y 311 muestras de densidad aparente. flujo preferencial de colorante azul brillante también se observó a una profundidad de 30 cm por debajo de la superficie. Un conj.......
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Discusión
Evolución del paisaje es el efecto acumulativo de la hidrológica, geoquímicos y biológicos 12. Estos procesos de control de flujo y transporte de agua y elementos, y las reacciones biogeoquímicos en la evolución de los paisajes. Sin embargo, la captura de las interacciones de forma simultánea requiere un diseño experimental precisamente coordinada y toma de muestras. Además, el estudio de la evolución del paisaje incipiente es difícil en los sistemas naturales, con capacidades limitadas para identificar ".......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos a Ty P.A. Ferré, Till Volkman, Edwin Donker, Mauricio Vera por ayudarnos durante la excavación, y a Triffon J. Tatarin, Manpreet Sahnan y Edward Hunt por su ayuda en el análisis de las muestras. Este trabajo se llevó a cabo en Biosfera 2, Universidad de Arizona y fue financiado por el Programa de Investigación de Becas EAR_1344552 y Honores de la Fundación Nacional de Ciencias de Biosfera 2.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Cinta métrica | Any | Any | Es crucial prevenir la contaminación cruzada de las muestras. Por lo tanto, es útil tener varias espátulas para aislar el límite del vóxel. |
| Tinte azul brillante | Waldeck GmBH & Co | B0770 | Las reglas se pueden utilizar para dibujar cuadrículas. La estrategia de muestreo puede modificarse en función de experimentos individuales. |
| Soil Corer | AMS | 56975 | Se puede utilizar cualquier tinte Brilliant Blue fabricado comercialmente. |
| 75% Etanol | Cualquiera | Cualquiera Para la fotografía se utilizó una cámara Nikon D90 y un objetivo de 50 mm. Se puede utilizar cualquier cámara y lente de alta resolución para este propósito. | |
| Cualquier uso | de tinte y cartón de color está sujeto a experimentos individuales y/o preguntas de investigación. | ||
| Espátula | Any | Se | pueden usar guantes de jardinería si el manejo del desnúcleo |
| Guantes | Any | Asegúrese | de que las muestras de microbiología se mantengan en hielo durante el muestreo y se congelen lo antes posible. |
| KimWipes | KimTech Science | Any | Water se puede usar para lavar el descorazonador del suelo, antes de desinfectar con etanol. |
| Bolsas de muestras estériles | Fisher Scientific | Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZ | Mantenga a mano cubetas y recogedores para facilitar la eliminación de la suciedad de desecho. |
| El | diseño original de miniLEO tiene varios sensores integrados en el lisímetro. Dichos sensores pueden o no ser necesarios en función del alcance del diseño experimental individual. | ||
| Espectrometría fluorescente de rayos X | XRF, OLYMPUS | DS-2000 Delta XRF | |
| Núcleos de polipropileno | Cualquiera | Cualquiera Núcleos | |
| de metal | Cualquiera | Cualquier | |
| tapa para núcleos de polipropileno | Cualquier | martillo | |
| Cualquier | Cualquier | ||
| espátula de plástico | Cualquiera | Cualquier | |
| mascarilla | Cualquiera | cualquier |
Referencias
- Brady, N. C., Weil, R. R. The nature and properties of soils. , Pearson Prentice Hall. (2008).
- Chorover, J., Kretzschmar, R., Garica-Pichel, F., Sparks, D. L. Soil biogeochemicial processes within the critical zone. Elements. 3, 321-326 (2007).
- Troch, P. A., et al.
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