結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

自然景観の地下における水文学的および生物地球化学的プロセスの共進化を研究することで、結合地球システムプロセスの理解を深めることができます。この方法の全体的な目標は、地下の水文学的、地球化学的、微生物学的な不均一性を理解するために、土壌溶解計を掘削することです。この方法は、結合地球システムプロセスの分野で重要な質問に答えるのに役立ちます。

例えば、水文学的プロセスと生物地球化学的プロセスは、自然生態系の地下でどのように共進化するのでしょうか。この戦術の主な利点は、サンプリングスケールの土壌の水文学的、地球化学的、微生物学的特性の空間的不均一性を捉えることができることです。ユークリッド空間座標系を使用して、ライシメータを固定の長さ、幅、深さのボクセルに分割します。

各方向に沿った合計距離を、適切な数の等間隔の間隔に分割します。各サンプルに一意の XYZ 位置を割り当て、それをボクセルとして識別します。この掘削では、X は斜面の幅に沿った位置、Y は斜面の長さに沿った位置、Z は斜面の深さに沿った位置を示します。

各次元内の間隔のサイズによって、ボクセルの幅、長さ、深さが決まります。ここに示されているのは、間隔間隔を決定した後のライシメータの分割と、XYZシステムの選択された原点です。現在の掘削計画の分割には、Y方向とZ方向の両方に沿って9つの間隔があり、X方向に沿って4つの間隔があり、合計324個のボクセルが生成されます。

ボクセルの境界設定では、勾配の長さに沿って測定テープを取り付けて、ボクセルの境界設定中のガイダンスとして参照システムに洞察を提供します。測定テープの助けを借りて、各土壌ボクセルの寸法をマークします。アルミ製のブレードシールドとプラスチック製のパテナイフを使用して、各レイヤーのグリッド線を描きます。

境界の影響を防ぐために、各壁から5センチメートルの境界材料を廃棄します。水文学的および地球化学的分析の前に、各ボクセルから微生物学サンプルを無菌的に収集し、サンプルの相互汚染を防ぎます。発掘を行うすべてのメンバーが新しい手袋を着用し、人間の皮膚からの汚染を減らすようにしてください。

直径1センチメートル、高さ20センチメートルの土壌コアラーと、微生物サンプルの収集には細いヘラを使用します。芯抜き器とへらを蒸留水できれいにします。清潔なワイプで拭いて乾かし、スプレーボトルを使用して75%エタノールですすいでください。

芯抜き器とへらを風乾させる前に。各ボクセル位置で 10 cm の深さまでのコア。次に、スパチュラを使用して、サンプルを堆積する直前に開封した滅菌済みのビニール袋に土壌サンプルを空にします。

各サンプルの収集時間に注意してください。サンプルパウチを手で均質化します。サンプリング中はサンプルバッグをアイスクーラーに保管し、できるだけ早くマイナス80°Cの冷凍庫に移します。

ポータブル蛍光X線分光計をホルダーに置き、ビームウィンドウを直接工場の金属ビーズに向けます。キャリブレーションを選択し、キャリブレーションが完了するまで30秒待ちます。すべての測定を行う前に、ビームウィンドウを清掃してください。

各ボクセルの表面を3つの異なる場所で三重に測定します。機器を土壌表面に置き、測定が完了するまで90秒間待ちます。目的のボクセルのバルク密度のためのクリーンなメタリックコア。

ポリカーボネート製のコアを清掃し、目的のボクセルの透水係数測定やKSATを行います。金属コアとポリカーボネートコアを目的のボクセルに垂直に挿入します。土壌への乱れを最小限に抑えるために、コアとハンマーの間の木のブロックのような平らな面を使用してコアを土壌にそっと打ち込むことにより、センサーまたはセンサーワイヤーを損傷しないように注意してください。

さらに、コアが土壌の半分まで入ったら、最初のコアの上に2番目のコアを置きます。木製のブロックを2番目のコアの上に置き、コアの縁がまだ見える状態で最初のコアが土に埋め込まれるまで、ブロックをそっとハンマーで打ちます。地球化学サンプルを収集する前に、サンプリング対象のボクセルが境界および隣接するボクセルから分離されていることを確認してください。

これを実現するには、プラスチック製のパテナイフとそれに続くハンドヘルドこてを使用して、金属またはポリプロピレンのコアの周りの土壌サンプルをラベル付きの地球化学サンプルバッグに収集し、コアを簡単に取り外すことができます。ポリプロピレンの芯を取り外し、両側を赤いプラスチックキャップで覆います。縦型ポリプロピレンコアをV、水平型ポリプロピレンコアにHラベルを付け、続いてサンプルIDをラベル付けします。金属コアを取り外し、両端から余分な材料を払い落とし、コアからサンプルをラベル付けされたかさ密度サンプルバッグに移します。

各サンプルバッグとサンプルを計量し、総重量を記録します。ボクセルから残りの材料を地球化学サンプルバッグに収集し、次のボクセルとの相互汚染を防ぐために、4つの側面すべてに数センチの土壌を残します。各ボクセルについて、これらの手順を繰り返します。

ボクセルの側面が順次掘削で開くので、水平KSATのコアを挿入します。以前と同様に、木製のブロックと2番目のコアを使用して、圧縮を最小限に抑え、土壌コアを収集します。ここに示されているのは、斜面の長さ、深さ、幅に沿った土壌Lysimeterボクセルの3次元概略図です。

ここでは、ライシメータのXYZ平面に沿った1つのボクセルの概略図と、収集されたコアのタイプの例を示しています。これらのコアは、微生物コア、水平および垂直の透水係数コア、かさ密度コア、および地球化学分析に使用されているボクセルからの残りのサンプルを示す代表的なボクセルで見ることができます。ここに示されているのは、代表的なBulk Densityサンプルの2次元アイソプレスヒートマップです。

かさ密度の値は、サンプルをアルミニウム製の計量皿に移し、オーブンで乾燥させることによって得られました。空白のままのセルは、センサーの存在とかさ密度コアを収容するスペースが不足しているためにサンプルを収集できなかったボクセルを表しています。ここには、2次元のDNA濃度ヒートマップが示されています。

微生物コアについては、2グラムの土壌をサブサンプリングして、各ボクセルを代表する微生物DNAを抽出しました。このビデオを見た後、集中的な水文学的、微生物学的、および地球化学的サンプル収集のための土壌ライシメータの掘削方法について十分に理解しているはずです。この手順は、土壌開発と景観進化の研究に関する重要な洞察を生み出すことが期待されています。

この手順を試行する際には、ボクセルのサイズと採石場の規模を推定することで、サンプル収集に必要な時間と労力が決まることを覚えておくことが重要です。この方法は、微生物学的、水文学的、および地球化学的サンプリングを、サンプルを破壊または汚染することなく体系的に行う必要があるため、視覚的に実証することが重要です。私たちは、集中的なサンプリングスキームにより、水力、生物、地球化学的特性に対するスケールの影響を非常に詳細かつ詳細な方法で捉えることができると信じています。

この技術の意味するところは、土壌開発のさまざまな側面とそのさまざまな環境条件と規模を観察し定量化するために、同様の掘削を行う可能性に向かって立っています。微生物サンプルは細心の注意を払って発掘する必要があることを忘れないでください。汚染を防ぐために、手袋やマスクの使用を含む滅菌手順に従ってください。

概説されている手法は、シンプルで再現性があり、複数の研究課題に対応する柔軟性があります。これにより、代替の実験計画の実装が可能になります。