פרוטוקול Lysimeters Core קרקע איסוף הבנייה
June 6th, 2016
מודגמת שיטה מפורטת למיצוי והרכבה של ליזימטרים שלמים של ליבת קרקע והשימוש בהם לחקר תשטיף ואובדן נלווה של חומרים מזינים מפסולת עופות המיושמת על פני השטח.
המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים איסוף, הרכבה והשקיה של ליזימטר ליבת קרקע שלם כדי לחקור שטיפת חנקן דרך קרקעות חקלאיות ללא הפרעה. שיטה זו נועדה לענות על שאלות הנוגעות לחומרים מזינים וכימיקלים אחרים שיכולים לזלוג מתחת לאזור השורשים למי תהום רדודים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מהירה וקלה.
גילינו שאנו זקוקים לארבעה או חמישה שכפולים כדי להפיק תוצאות משמעותיות. למרות שבסרטון זה הסתכלנו על שטיפת חנקות, ניתן להשתמש בשיטה לחקר תרכובות רבות אחרות, כגון זרחן, תרופות, הורמונים או מתכות כמו ארסן. כדי להתחיל, הסר ירקות פני השטח, סלעים ופסולת אחרת מאזור האיסוף.
מקם שני גופי ליזימטר על קרקע מישורית שבה יש לקחת ליזימטרים. ודא שהליזימטרים מפולסים, כך שהאדמה בתוך העמוד תהיה בעומק אחיד. הכניסו פטיש טיפה שתוכנן במיוחד ומותקן על נגרר למקומו מעל גופי הליזימטר.
כאשר פטיש הטיפה נמצא במקומו, פרוס מתלים המופעלים הידראולית כדי ליישר את לוח הפלדה עם הקרקע והחלק העליון של גופי הליזימטר. המשטחים מספקים גם יציבות לפטיש. הרם חלקית את לוח הפלדה במשקל 1, 180 קילוגרם במעלה מגדל בגובה 3 מטר בעזרת כננת מכנית.
שחרר את לוח הפלדה כדי לפטיש לעמודים באדמה. חזור על שלב זה מספר פעמים, עד ששפת העמוד תהיה 2 ס"מ מעל פני האדמה. בדוק אם יש דחיסת קרקע בתוך הליזימטר על ידי מדידת עומק האדמה בתוך העמוד ומחוצה לו.
אם האדמה בתוך העמוד נמוכה ביותר מ-1 ס"מ מהאדמה שמחוץ לעמוד, הקרקעות נדחסות ואינן מתאימות למחקר. הנח דיסק דיקט בתוך שפת העמוד כדי למנוע זיהום. חפור תעלה ליד ליבת האדמה ומעט עמוקה יותר מתחתית העמוד בעזרת מחפרון.
הרחב את החור בעזרת חפירה או מכוש, וחשוף כמה שיותר מהחלק החיצוני של הגליל. דחף מוט חפירה ממתכת כבדה כלפי מטה לכל אורך צד העמוד, כך שיהיה בין האדמה לקיר העמוד החיצוני. חטט את מוט החפירה קדימה ואחורה עד שממשק האדמה בתחתית העמוד נשבר, והחלק את העמוד למרכז התעלה.
מסגרו את מספרי ההרמה סביב החלק העליון של הליזימטר כהכנה להסרת ליבת האדמה. כשאדם מחזיק כל מוט, משוך כלפי מעלה עד שהמספריים נסגרים בחוזקה סביב העמוד, והרם את הליזימטר מהחור. הנח את הליזימטר על משטח עבודה שטוח, כגון לוח שטוח.
לאחר הפיכת ליבת האדמה כך שהצד התחתון כלפי מעלה, יש ליישר בעדינות את האדמה גם עם שפת ה- PVC בקצה ישר. הסר אבנים הבולטות מעל מישור השפה בעזרת סכין עט או מברג. שחרר גם את האדמה וחשוף את מרקמי פני השטח הטבעיים בה.
מלאו את כל החללים בחול משחק אינרטי כימית וארזו אותו בעדינות. דרג את החול אפילו עם תחתית העמוד עם קצה ישר, והסר את עודפי החול. לאחר מכן, הוציאו חרוז עגול רציף של איטום סיליקון שקוף סביב שפת הליזימטר.
האיטום צריך להיות עבה מספיק כדי לאטום את תחתית הדיסק המחורר לליזימטר, ולמנוע דליפה. הנח את הדיסק המחורר על השפה, כשבד המסנן פונה לחול, ולחץ כלפי מטה בחוזקה כדי לאפשר מגע טוב של הצלחת והליזימטר. לאחר מכן קדחו שמונה חורי פיילוט במרווחים שווים סביב קצה הצלחת, והדקו את הדיסק המחורר עם ברגי נירוסטה בגודל 1 אינץ' ומקדחה.
החלק את צימוד הצינור הגמיש על בסיס הליזימטר, כך שכ -2 ס"מ מהצימוד בולטים מעל שפת הליזימטר. הכנס את מכסה ה-PVC שהשתנה לתוך צימוד הצינור הגמיש, ודחף את המכסה כלפי מטה עד שהוא יוצר מגע עם גוף הליזימטר. לאחר מכן הניחו את רצועות ההידוק בחריצי הצימוד ואבטחו קלות מבלי לכווץ את הצימוד.
הדק את רצועות המתכת בעזרת דרייבר משושה כף יד עד שמכסה הליזימטר מוחזק היטב במקומו. הליזימטר מוכן להיפוך, והובלתו למתקן מבוקר אקלים. להתקנת חיישני לחות, רשמו תחילה קו אופקי באורך 5 ס"מ על קיר הליזימטר בעומקים של 5 ו -25 ס"מ.
מדוד מפני האדמה, ולא משפת הליזימטר. קדחו חור בקוטר 1 ס"מ דרך דופן הליזימטר בכל קצה של הקווים המסומנים. חותכים את 3 ס"מ הפלסטיק הנותרים בין החורים הקדוחים בעזרת כלי חיתוך סיבובי.
לאחר מכן, יש לסתום חריץ בעובי 1 ס"מ ובאורך 5 ס"מ לתוך האדמה כדי להכיל מעטפת של חיישן לחות. דחוף את חיישן הלחות לתוך החור, לתוך החריץ הנקי, עד ששיני החיישן קבורים היטב באדמה ורק החוט בולט מהליזימטר. נקה את האדמה מקירות החריץ בעזרת מברשת או סמרטוט.
מרחו חרוז עבה של איטום סיליקון לתוך החריץ כדי למנוע דליפת מים החוצה. לאחר שהאיטום התייבש, יש למרוח מחזור שני של סיליקון כדי להבטיח שכל הרווחים בחור המקיף את החיישן אטומים. אטום פערים בין האדמה לקיר הליזימטר בעזרת איטום כדי להפחית את הסיכון לזרימה מועדפת במורד הקירות הפנימיים של הליזימטר.
ראשית, חודרים וטוענים צינור של איטום סיליקון שקוף לאקדח איטום רגיל. הנח את קצה צינור האיטום בין החלל באדמה למילוי לבין הפנים הפנימיות של גוף הליזימטר. ואז דחף את קצה אקדח האיטום מתחת לאדמה כ -2 ס"מ.
סוחטים את האיטום מהצינור עד שהוא ממלא את החלל ונוטף מעל פני האדמה. לאחר בדיקה שליבת האדמה מפולסת כמתואר בפרוטוקול הטקסט, עטפו סרט טפלון סביב אביזר צינור הניילון המושחל, וסובבו את ההתאמה בכיוון השעון לתוך המכסה. הדק את הולם בעזרת מפתח ברגים מתכוונן עד שאף אחד מהחוטים לא נראה לעין.
דחף צינור בגודל 0.5 אינץ 'על הקצה הדוקרני של אביזר הניילון, וחתוך את הצינור כך שיעבור כ -4 ס"מ לתוך פי כד האיסוף. הניחו את המיכל מתחת לליזימטר, והניחו את הצינור בתוך כד האיסוף. מכסים את פני האדמה בבד גבינה, או ברשת אינרטית כימית אחרת כגון מסך חלון, כדי להגן ולשמר אגרגטים באדמה ושאריות פני השטח.
מודדים 1, 450 מ"ל מי גשם מדומים לגליל מדורג, ושופכים אותם למזלף המצויד בראש מקלחת. מפזרים בעדינות ובאופן שווה את המים על מסך החלון בקצב שאינו מפריע למשטח האדמה. לאחר המתנה של פרק זמן עד שהמים יחלחלו ויחלחלו דרך עמוד האדמה לתוך המכסה ומיכל האיסוף, הטה את הליזימטר פנימה לכיוון חור היציאה עד שכל המים יתנקזו ממכסה מאגר הליזימטר לתוך כלי האיסוף.
מדוד את מסת התשטיף שנאסף בקנה מידה, והמר מסה בגרמים למיליליטר. יוצקים את דגימת התשטיף לבקבוק דגימת פלסטיק סטרילי של 350 מ"ל. סנן מיד 50 מ"ל עם משפך יניקה המצויד בנייר סינון 0.45 מיקרון כהכנה לניתוח חנקות באמצעות הדמיות צבעוניות באמצעות ניתוח הזרקת זרימה.
תוצאות מייצגות של ניסויי ההשקיה והשטיפה מוצגות כאן. עומק התשטיף השבועי הממוצע נע בין 1.12 ל-1.95 ס"מ עבור ארבע הקרקעות. השבת תשטיפים מבטאת את אחוז מי ההשקיה המופעלים, עקבה אחר מגמה כללית הקשורה למרקם הקרקע, כאשר התאוששות מקרקעות Evesboro ו-Sassafras החוליות הייתה מעט יותר יעילה מאשר מקרקעות Bojac ו-Quindocqua בעלות מרקם עדין יותר.
תרשים זה מראה כי שינויים בתכולת המים בקרקע בעומקים של 5 ס"מ ו-25 ס"מ, לאחר השקיה, מדגימים הבדלים בהולכת המים בין קרקעות בעלות מרקם גס ועדין יותר. פרופילי לחות מצביעים על תנועה מהירה של מי השקיה דרך חול אבסבורו בעל מרקם גס יותר וקרקעות טיט חוליות של סאסאפראס. איור זה מראה שינוי בריכוז החנקות לפני ואחרי יישום המלטה של עופות.
ריכוזי החנקות בתשטיף עלו לאחר יישום המלטה, אך עקבו אחר דפוסים זמניים שונים בין הקרקעות. הבדלים באובדן מסת תשטיף חנקתי משקפים לא רק מגמות בריכוזי החנקות בתשטיף, אלא גם הבדלים בעומקי התשטיף. כדי להעריך את התפקיד של יישום פסולת עופות ונפח התשטיף על שטף החנקות, שטפי חנקות בקרקע מלפני יישום המלטה הופחתו מהשטפים השבועיים הבאים.
בעת ניסיון הליך זה, חשוב להיות בטוחים. ללבוש תמיד מגן שמיעה בזמן הפעלת מקדחות או פטיש. למען הבטיחות, לעולם אל תעבוד מתחת לפטיש.
שים לב לאנשים אחרים באזור כאשר אתה מפעיל את הפטיש, ושמור על מרחק בטוח מהפטיש בעת ההפעלה. לאחר צפייה בסרטון זה אמור להיות לך מושג טוב כיצד לאסוף ליבת אדמה שלמה, לבנות ליזימטר, להתקין חיישני לחות קרקע, לבצע השקיה ולאסוף תשטיף.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה
מאמר זה מדגים שיטה לחילוץ והרכבת ליזימטרים של ליבת אדמה שלמה לחקר זליגת חומרים מזינים מפסולת עופות שהוחלה על פני השטח. הטכניקה מאפשרת חקירה של זליגת חנקן ותרכובות אחרות בקרקעות חקלאיות.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- מדע הקרקע
- מחקר חקלאי
- מדעי הסביבה
רקע
- הבנת זליגת חומרים מזינים היא חיונית להגנה על הסביבה.
- פסולת עופות שהוחלה על פני השטח יכולה להשפיע על איכות מי התהום.
- ליזימטרים של ליבת אדמה שלמה מספקים שיטה לחקר תהליכי זליגה.
- הרכבה מהירה וקלה של ליזימטרים היא יתרון למחקר.
מטרת המחקר
- להדגים את איסוף והרכבת ליזימטרים של ליבת אדמה.
- לחקור זליגת חנקן דרך קרקעות חקלאיות שלא הופרעו.
- לחקור את זליגתם של תרכובות שונות מעבר לחומצות חנקן.
שיטות בשימוש
- הסרת צמחייה על פני השטח, סלעים ופסולת מאזור האיסוף.
- הרכבת ליזימטרים של ליבת אדמה שלמה למחקרי השקיה.
- ביצוע ניסויים עם מספר העתקים להשגת תוצאות משמעותיות.
- ניתוח של מי זליגה לחומרים מזינים וכימיקלים אחרים.
תוצאות עיקריות
- השיטה מדגימה ביעילות זליגת חנקן מקרקעות.
- ניתן ליישם את התוצאות לחקר תרכובות אחרות כמו זרחן ומתכות.
- ארבעה עד חמישה העתקים נחוצים לנתונים אמינים.
- הטכניקה יעילה ופשוטה לחוקרים.
מסקנות
- ליזימטרים של ליבת אדמה שלמה הם בעלי ערך לחקר זליגת חומרים מזינים.
- השיטה ניתנת להתאמה למחקרים סביבתיים שונים.
- הרכבה מהירה מאפשרת מחקר בזמן בהקשרים חקלאיים.
שאלות נפוצות
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
