Sol Lysimètre Excavation pour Coupled hydrologiques, géochimiques et microbiologiques Enquêtes

L’étude de la coévolution des processus hydrologiques et biogéochimiques dans le sous-sol des paysages naturels peut améliorer la compréhension des processus couplés du système terrestre. L’objectif global de cette méthode est d’excaver un lysimètre de sol pour comprendre l’hétérogénie hydrologique, géochimique et microbiologique du sous-sol. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des processus couplés du système terrestre.

Par exemple, comment les processus hydrologiques et biogéochimiques coévoluent dans le sous-sol des écosystèmes naturels. Le principal avantage de cette tactique est qu’elle permet de capturer l’hétérogénéité spatiale des propriétés hydrologiques, géochimiques et microbiologiques du sol dans votre échelle d’échantillonnage. Divisez le lysimètre en voxels de longueur, de largeur et de profondeur fixes à l’aide du système de coordonnées spatiales euclidiennes.

Divisez la distance totale le long de chaque direction en un nombre adéquat d’intervalles équidistants. Attribuez à chaque échantillon un emplacement XYZ unique et identifiez-le en tant que Voxel. Dans cette excavation, X désigne l’emplacement le long de la largeur de la pente, Y désigne l’emplacement le long de la longueur de la pente et Z désigne l’emplacement le long de la profondeur de la pente.

La taille des intervalles à l’intérieur de chaque dimension détermine la largeur, la longueur et la profondeur des Voxels. Voici la division du lysimètre après détermination des intervalles d’espacement, ainsi que l’origine choisie pour le système XYZ. La division dans le schéma d’excavation actuel comporte neuf intervalles le long des directions Y et Z, et quatre intervalles le long de la direction X, produisant un total de 324 Voxels.

Pour la démarcation des voxels, fixez un ruban à mesurer sur toute la longueur de la pente pour fournir un aperçu à votre système de référence et vous guider lors de la démarcation des voxels. Marquez la dimension de chaque Voxel de sol à l’aide du ruban à mesurer. Tracez des lignes de grille pour chaque couche à l’aide de boucliers de lame en aluminium et de couteaux à mastic en plastique.

Jetez les matériaux de délimitation à cinq centimètres de chaque mur pour éviter les effets de délimitation. Prélever des échantillons microbiologiques de manière aseptique dans chaque Voxel avant les analyses hydrologiques et géochimiques, afin d’éviter la contamination croisée des échantillons. S’assurer que tous les membres qui effectuent les travaux d’excavation portent des gants neufs afin de réduire la contamination par la peau humaine.

Utilisez un carottier d’un centimètre de diamètre et de 20 centimètres de hauteur, ainsi qu’une spatule fine pour la collecte d’échantillons microbiologiques. Nettoyez le carottier et la spatule avec de l’eau distillée. Essuyez-les avec des lingettes propres et rincez-les avec de l’éthanol à 75 % à l’aide d’un flacon pulvérisateur.

Avant de laisser le carottier et la spatule sécher à l’air. Carotte à une profondeur de 10 centimètres à chaque emplacement Voxel. Ensuite, à l’aide de la spatule, videz l’échantillon de sol dans des sacs en plastique pré-stérilisés qui ont été ouverts juste avant de déposer l’échantillon.

Notez le temps de collecte de chaque échantillon. Homogénéiser les sachets d’échantillons à la main. Conservez le sac d’échantillon dans une glacière pendant l’échantillonnage et transférez-le dès que possible dans le congélateur à moins 80 degrés Celsius.

Placez le spectromètre de fluorescence à rayons X portable sur le support et pointez la fenêtre du faisceau directement sur la perle métallique de l’usine. Sélectionnez cal et attendez 30 secondes pour permettre à l’étalonnage d’être terminé. Nettoyez la fenêtre du faisceau avant de prendre chaque mesure.

Mesurez la surface de chaque voxel en trois exemplaires à trois endroits différents. Placez l’instrument à la surface du sol et attendez 90 secondes pour permettre la fin de la mesure. Noyaux métalliques propres pour les densités en vrac des voxels souhaités.

Nettoyer les noyaux en polycarbonate pour les mesures de conductivité hydraulique ou KSAT des voxels souhaités. Insérez verticalement des noyaux métalliques et des noyaux en polycarbonate dans les voxels souhaités. Veillez à ne pas endommager les capteurs ou les fils des capteurs en enfonçant doucement les noyaux dans le sol à l’aide d’une surface plane, comme un bloc de bois, entre le noyau et le marteau pour minimiser les perturbations du sol.

De plus, une fois que le noyau est à mi-chemin dans le sol, placez un deuxième noyau sur le premier noyau. Placez le bloc de bois sur le deuxième noyau et martelez doucement le bloc jusqu’à ce que le premier noyau soit enfoncé dans le sol avec les rebords du noyau encore visibles. Assurez-vous que le voxel échantillonné est isolé des limites et des voxels voisins avant la collecte des échantillons géochimiques.

Pour ce faire, utilisez des couteaux à mastic en plastique suivis de truelles à main pour prélever des échantillons de sol autour de carottes de métal ou de polypropylène dans des sacs d’échantillons géochimiques étiquetés, jusqu’à ce que les carottes puissent être facilement retirées. Retirez les noyaux en polypropylène et couvrez les deux côtés avec des capuchons en plastique rouge. Étiquetez le noyau vertical en polypropylène en V et le noyau horizontal en polypropylène en H, suivi de l’ID de l’échantillon.Retirez le noyau métallique, brossez l’excès de matériau aux deux extrémités et transférez l’échantillon du noyau dans un sac d’échantillonnage de densité apparente étiqueté.

Pesez chaque sac d’échantillon avec l’échantillon et notez le poids total. Récupérez le matériau restant du Voxel dans le sac d’échantillonnage géochimique, en laissant derrière vous quelques centimètres de sol sur les quatre côtés pour éviter la contamination croisée avec le Voxel suivant. Répétez ces étapes pour chaque Voxel.

Insérez les noyaux pour le KSAT horizontal lorsque la face latérale du Voxel s’ouvre avec une excavation séquentielle. Utilisez le bloc de bois et le deuxième noyau, comme précédemment, pour minimiser le compactage, et récupérez le noyau de sol. Voici une vue schématique tridimensionnelle des voxels du lysimètre du sol le long de la longueur, de la profondeur et de la largeur de la pente.

Une vue schématique d’un voxel le long du plan XYZ du lysimètre est présentée ici avec des exemples des types de carottes collectées. Ces carottes peuvent être vues dans un Voxel représentatif montrant la carotte microbiologique, les carottes de conductivité hydraulique horizontale et verticale, une carotte de densité apparente et l’échantillon restant du Voxel utilisé pour l’analyse géochimique. Voici une carte thermique bidimensionnelle des isoplethes d’échantillons représentatifs de densité apparente.

Les valeurs de densité apparente ont été obtenues en transférant des échantillons dans des plats de pesée en aluminium et en les séchant au four. Les cellules laissées vides représentent des voxels où la collecte d’échantillons n’a pas été possible en raison de la présence de capteurs et du manque d’espace pour accueillir des carottes de densité apparente. Une carte thermique bidimensionnelle de la concentration d’ADN est présentée ici.

Pour les carottes microbiologiques, deux grammes de sol ont été sous-échantillonnés afin d’extraire l’ADN microbien représentatif de chaque Voxel. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’excaver un lysimètre de sol pour la collecte intensive d’échantillons hydrologiques, microbiologiques et géochimiques. Cette procédure devrait produire des informations significatives sur les études du développement des sols et de l’évolution du paysage.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler que l’estimation de la taille du voxel et de l’échelle de la carrière déterminera le temps et l’effort nécessaires à la collecte des échantillons. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les prélèvements microbiologiques, hydrologiques et géochimiques doivent être effectués de manière systématique, sans détruire ni contaminer les échantillons. Nous pensons qu’un plan d’échantillonnage intensif nous permet de capturer les effets d’échelle sur les propriétés hydro, biologiques et géochimiques de manière très fine et détaillée.

L’implication de cette technique, c’est qu’elle ouvre la voie à des possibilités de fouilles similaires, afin d’observer et de quantifier différents aspects du développement des sols et leurs conditions environnementales et échelles variables. N’oubliez pas que les échantillons microbiologiques doivent être exhumés avec une extrême prudence. Suivre la procédure stérile, y compris l’utilisation de gants et d’un masque, pour éviter la contamination.

Les techniques décrites sont simples, reproductibles et souples pour répondre à de multiples questions de recherche. Cela permet la mise en œuvre de modèles expérimentaux alternatifs.