Terreno lisimetro scavo per accoppiate idrologici, geochimiche e microbiologiche Investigations

Lo studio della coevoluzione dei processi idrologici e biogeochimici nel sottosuolo dei paesaggi naturali può migliorare la comprensione dei processi del sistema terrestre accoppiato. L'obiettivo generale di questo metodo è quello di scavare un lisimetro del suolo per comprendere l'eterogeneità idrologica, geochimica e microbiologica del sottosuolo. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dei processi del sistema terra accoppiata.

Ad esempio, come coevolvono i processi idrologici e biogeochimici nel sottosuolo degli ecosistemi naturali. Il vantaggio principale di questa tattica è che può catturare l'eterogeneità spaziale delle proprietà idrologiche, geochimiche e microbiologiche del suolo nella scala di campionamento. Dividi il Lisimetro in Voxel di lunghezza, larghezza e profondità fisse utilizzando il sistema di coordinate spaziali euclidee.

Dividi la distanza totale lungo ciascuna direzione in un numero adeguato di intervalli equidistanti. Assegna a ciascun campione una posizione XYZ univoca e identificalo come Voxel. In questo scavo, X indica la posizione lungo la larghezza del pendio, Y indica la posizione lungo la lunghezza del pendio e Z indica la posizione lungo la profondità del pendio.

La dimensione degli intervalli all'interno di ciascuna dimensione determina la larghezza, la lunghezza e la profondità dei Voxel. Qui è mostrata la divisione del lisimetro dopo aver determinato gli intervalli di spaziatura, insieme all'origine scelta per il sistema XYZ. La divisione nell'attuale schema di scavo ha nove intervalli lungo entrambe le direzioni Y e Z, e quattro intervalli lungo la direzione X per un totale di 324 Voxel.

Per la demarcazione dei Voxel, attaccare un metro a nastro lungo la lunghezza del pendio per fornire una panoramica del sistema di riferimento per la guida durante la demarcazione dei Voxel. Segna la dimensione di ogni terreno Voxel con l'aiuto del metro a nastro. Disegna le linee della griglia per ogni strato usando scudi per lame in alluminio e spatole in plastica.

Scartare i materiali di contorno a cinque centimetri da ciascuna parete per evitare effetti di contorno. Raccogli campioni microbiologici in modo asettico da ogni Voxel prima delle analisi idrologiche e geochimiche, per prevenire la contaminazione incrociata dei campioni. Assicurarsi che tutti i membri che effettuano lo scavo indossino guanti nuovi per ridurre la contaminazione da pelle umana.

Utilizzare un carotatore di un centimetro di diametro e 20 centimetri di altezza e una spatola sottile per la raccolta di campioni microbiologici. Pulire il torsolo e la spatola con acqua distillata. Asciugali con salviette pulite e risciacquali con etanolo al 75% usando un flacone spray.

Prima di lasciare asciugare il torsolo e la spatola all'aria. Nucleo a una profondità di 10 centimetri in ogni posizione Voxel. Quindi, utilizzare la spatola per svuotare il campione di terreno in sacchetti di plastica pre-sterilizzati che sono stati aperti appena prima di depositare il campione.

Annotare il tempo di raccolta di ciascun campione. Omogeneizzare a mano le buste dei campioni. Conservare la sacca per campioni in un refrigeratore per il ghiaccio durante il campionamento e trasferirla il prima possibile nel congelatore a meno 80 gradi Celsius.

Posizionare lo spettrometro portatile a fluorescenza a raggi X sul supporto e puntare la finestra del raggio direttamente verso la perlina metallica di fabbrica. Selezionare cal e attendere 30 secondi per consentire il completamento della calibrazione. Pulire la finestra del raggio prima di effettuare ogni misurazione.

Misura la superficie di ogni Voxel in triplice copia in tre posizioni diverse. Posizionare lo strumento sulla superficie del terreno e attendere 90 secondi per consentire il completamento della misurazione. Pulisci i nuclei metallici per le densità apparenti dei Voxel desiderati.

Pulire i nuclei in policarbonato per le misure di conducibilità idraulica o KSAT dei Voxel desiderati. Inserire verticalmente i nuclei metallici e i nuclei in policarbonato nei Voxel desiderati. Fare attenzione a non danneggiare i sensori o i cavi dei sensori martellando delicatamente le anime nel terreno utilizzando una superficie piana, come un blocco di legno, tra l'anima e il martello per ridurre al minimo il disturbo al terreno.

Inoltre, una volta che il nucleo è a metà del terreno, posiziona un secondo nucleo sopra il primo nucleo. Posiziona il blocco di legno sopra il secondo nucleo e martella delicatamente il blocco fino a quando il primo nucleo non è incorporato nel terreno con i bordi del nucleo ancora visibili. Fare attenzione a garantire che il Voxel da campionare sia isolato dai confini e dai Voxel vicini prima della raccolta del campione geochimico.

Per raggiungere questo obiettivo, utilizzare spatole di plastica seguite da cazzuole portatili per raccogliere campioni di terreno attorno a nuclei di metallo o polipropilene in sacchetti per campioni geochimici etichettati, fino a quando i nuclei possono essere facilmente rimossi. Rimuovere le anime in polipropilene e coprire entrambi i lati con tappi di plastica rossa. Etichettare l'anima verticale in polipropilene come V e l'anima orizzontale in polipropilene come H, seguita dall'ID del campione. Rimuovere l'anima metallica, spazzolare via il materiale in eccesso da entrambe le estremità e trasferire il campione dall'anima a una sacca per campioni a densità apparente etichettata.

Pesare ogni sacchetto di campionamento con il campione e registrare il peso totale. Raccogli il materiale rimanente dal Voxel nel sacchetto del campione geochimico, lasciando dietro di sé un paio di centimetri di terreno su tutti e quattro i lati per evitare la contaminazione incrociata con il Voxel successivo. Ripeti questi passaggi per ogni Voxel.

Inserire i nuclei per il KSAT orizzontale poiché la faccia laterale del Voxel si apre con lo scavo sequenziale. Utilizzare il blocco di legno e il secondo nucleo, come prima, per ridurre al minimo la compattazione e raccogliere il nucleo del terreno. Qui è mostrata una vista schematica tridimensionale dei Voxel del lisimetro del suolo lungo la lunghezza, la profondità e la larghezza del pendio.

Qui viene mostrata una vista schematica di un Voxel lungo il piano XYZ del Lysimeter con esempi dei tipi di nuclei raccolti. Questi nuclei possono essere visti in un Voxel rappresentativo che mostra il nucleo microbiologico, i nuclei di conducibilità idraulica orizzontale e verticale, un nucleo di densità apparente e il campione rimanente del Voxel utilizzato per l'analisi geochimica. Qui è mostrata una mappa termica isopletica bidimensionale di campioni rappresentativi di densità apparente.

I valori di densità apparente sono stati ottenuti trasferendo i campioni su piatti di pesata in alluminio e asciugandoli in forno. Le celle lasciate vuote rappresentano i voxel in cui la raccolta del campione non è stata possibile a causa della presenza di sensori e della mancanza di spazio per ospitare i nuclei a densità apparente. Qui viene mostrata una mappa termica bidimensionale della concentrazione di DNA.

Per i nuclei microbiologici, sono stati sottocampionati due grammi di terreno per estrarre il DNA microbico rappresentativo di ciascun Voxel. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione su come scavare un lisimetro del suolo per la raccolta intensiva di campioni idrologici, microbiologici e geochimici. Ci si aspetta che questa procedura produca una visione significativa degli studi sullo sviluppo del suolo e sull'evoluzione del paesaggio.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che la stima delle dimensioni dei Voxel e della scala della cava determinerà il tempo e lo sforzo necessari per la raccolta del campione. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale, perché il campionamento microbiologico, idrologico e geochimico deve essere effettuato in modo sistematico, senza distruggere o contaminare i campioni. Riteniamo che uno schema di campionamento intensivo ci permetta di catturare gli effetti di scala sulle proprietà idroelettriche, biochimiche e geochimiche in modo molto preciso e dettagliato.

Le implicazioni di questa tecnica sono le possibilità di effettuare scavi simili, al fine di osservare e quantificare i diversi aspetti dello sviluppo del suolo e le loro diverse condizioni ambientali e scala. Non dimenticare che i campioni microbiologici devono essere scavati con estrema cautela. Seguire la procedura sterile, compreso l'uso di guanti e maschera, per prevenire la contaminazione.

Le tecniche descritte sono semplici, ripetibili e flessibili per rispondere a molteplici domande di ricerca. In tal modo, consentendo l'implementazione di disegni sperimentali alternativi.