פרוטוקול Lysimeters Core קרקע איסוף הבנייה
6 ביוני 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.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מדגים שיטה להוצאה ולהרכבה של ליסימטרים של ליבות קרקע שלמות, במטרה לחקור השכבה של חומרי הזנה מתוך זבל עופות שנ applied לפני השטח. הטכניקה מאפשרת לבחון את השכבת החנקן ותרכובים אחרים בקרקעות חקלאיות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדע הקרקע
- מחקר חקלאי
- מדעי הסביבה
רקע
- הבנת השכבה הנשפכת של חומרים מזינים היא קריטית להגנה על הסביבה.
- השכבת זבל עופות על פני השטח עשויה להשפיע על איכות מי התהום.
- ליזימטרים המבוססים על גלילי קרקע שלמים מספקים שיטה לחקר תהליכי השכבה הנשפכת.
- הרכבה מהירה ופשוטה של ליזימטרים מהווה יתרון למחקר.
מטרת המחקר
- להדגים את האיסוף וההרכבה של ליסימטרים של ליבות קרקע.
- לחקור שטיפת חנקן דרך קרקעות חקלאיות לא מופרעות.
- לבחון שטיפה של תרכובות שונות מעבר לחנקות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הסרת צמחייה עילית, סלעים ופסולת מאזור הדגימה.
- הרכבת ליזימטרים של ליבות קרקע שלמות לצורך מחקרי השקיה.
- ביצוע ניסויים עם מספר חזרות להשגת תוצאות מובהקות.
- ניתוח של מי הנשוף (leachate) לבדיקת רכיבים תזונתיים וכימיקלים אחרים.
תוצאות עיקריות
- השיטה מדגימה ביעילות שטיפת חנקן מקרקעות.
- ניתן להחיל את התוצאות למחקר של תרכובות אחרות, כגון זרחן ומתכות.
- ארבעה עד חמישה חזרות נחוצות לקבלת נתונים מהימנים.
- הטכניקה יעילה ופשוטה עבור חוקרים.
מסקנות
- ליסימטרים של גלילי קרקע שלמים הם בעלי ערך רב לחקר שטיפת רכיבים תזונתיים.
- ניתן להתאים את השיטה למגוון מחקרים סביבתיים.
- הרכבה מהירה מקלה על ביצוע מחקרים בזמן אמת בהקשרים חקלאיים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסגרות ניהוליות
פרוטוקול זה מאפשר לחקור שטיפה של רכיבים תזונתיים במערכות קרקע שלמות, ומספק פלטפורמה מבוקרת להערכת ניידות של תרכובות וגורלן הסביבתי. על ידי שימור מבנה הקרקע הטבעי ורשתות המקרו-נקבוביות, הפרוטוקול תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית בשלבי הגילוי המוקדמים עבור הערכות בטיחות סביבתיות ואגרוכימיות. השיטה מאפשרת ביטחון חיזוי לגבי פוטנציאל השטיפה, ובכך מסייעת בקבלת החלטות לגבי קידום התרכובת (go/no-go).
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: בוחן היפותזות טיפוליות באמצעות כימות התנהגות ההשכמה של תרכובות המכילות חנקן תחת תנאים מבוקרים.
- ערך תפעולי: מאפשר תיקוף תפקודי של נתיבי הובלה המתווכים על ידי קרקע באמצעות מערכות של ליבות שלמות.
- ערך ניבוי: תומך בתעדוף תיקי פיתוח באמצעות יצירת נתונים כמותיים של שטף השכמה לצורך הערכת סיכונים.
סריקה ופיתוח בדיקות
- ערך מדעי: מכין מערכות ביולוגיות מתוקפות (גלילי קרקע שלמים) לצורך סריקת תרכובות וניתוח נוזלי שטיפה בהמשך התהליך.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של איסוף נוזלי השטיפה וניטור הלחות בעומקים מוגדרים לקבלת תוצריים הדירות.
- יכולת הרחבה: תומך בשימוש חוזר בפלטפורמה עבור סוגי קרקע ומחלקות תרכובות שונות, כולל תרופות ומטבוליטים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רציפות תרגומית: מחברת נתוני השכבה (leaching) משלב הגילוי למודלים של גורל סביבתי בשלב הפרה-קליני.
- הפחתת סיכונים מכניסטית: מבהירה את ניידות התרכובת דרך מטריצות קרקע, ובכך מפחיתה את אי-הוודאות בחיזוי ההשפעה הסביבתית.
- קידום מותאם סיכונים: מספקת בסיס לקבלת החלטות לגבי קידום התרכובת בהתבסס על ריכוז התשלוך (leachate) ומגמות שטף (flux).
שילוב תהליכי עבודה וצנרת נתונים
השיטה משתלבת ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות מוקדמת, דרך זיהוי מובילים ועד להערכת בטיחות סביבתית פרה-קלינית, ובכך היא תומכת בקבלת החלטות על קידום המהלך על בסיס נתונים.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות על מנגנוני השבחה של תרכובות ואינטראקציות עם קרקע.
- סריקה: מספק מערכות מוכנות לבדיקה עם פלטים כמותיים של נפח הנוזל השטוף וריכוזי רכיבי תזונה.
- אנליטיקה: מאפשר מדידה של מסת הנוזל השטוף, ריכוז חנקות ושטף לצורך ניתוח תנאים השוואתיים.
- מחקר תרגומי: מקשר בין פרופילי השבחה לרציפות סביבתית ולהלימה של סמנים ביולוגיים במערכות קרקע-מים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס יכולת הניתנת לשימוש חוזר להערכת תרכובות מגוונות על פני מרקמי קרקע ושיטות ניהול שונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי בפוטנציאל השטיפה, הפחתת עמימות מכניסטית באינטראקציות בין קרקע לתרכובת.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של הכנת ליזימטרים מליבת קרקע שלמה והשקיה.
- ערך אסטרטגי: קבלת החלטות משופרת לגבי המשך או הפסקת הפיתוח (go/no-go), יעילות הון והפחתת סיכונים סביבתיים בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: תיעדוף מותאם סיכונים המבוסס על נתוני התאוששות הנוזל השטוף (leachate) ושטף חומרי הזנה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי הקרקע, איסוף מהשטח וטכניקות להרכבת ליסימטרים.
- תלוי במיכשור הכולל פטיש נשירה, כננת, חיישני לחות ומערכות לניתוח הזרקת זרימה.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית לפרוטוקולים של טיפול בקרקע, התקנת חיישנים ואיסוף נשוף.
- כולל שיקולי התאמה בין מרקמי קרקע שונים (מחולית ועד דקה) ופיתוח מקרו-נקבוביות.
- מגבלות מעשיות כוללות הבטחת מבנה קרקע שלם במהלך החילוץ ומניעת זרימה מועדפת לאורך דפנות הליסימטר.
שאלות נפוצות על ביו-פארמה
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
