Methodenartikel

Soil Lysimeteronderzoek Opgraving voor Gekoppeld Hydrologisch, geochemische en microbiologische Onderzoeken

DOI:

10.3791/54536

⸱

11 september 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Biosphere 2, University of Arizona, 2Department of Soil, Water and Environmental Science, University of Arizona, 3Department of Hydrology and Water Resources, University of Arizona

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie geeft een opgraving methode voor het onderzoeken van ondergrondse hydrologische, geochemische en microbiologische heterogeniteit van een bodem lysimeter. De lysimeter simuleert een kunstmatig hillslope dat aanvankelijk onder homogene toestand en waren onderworpen aan ongeveer 5000 mm water over acht cycli van irrigatie in een periode van 18 maanden.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het bestuderen van de co-evolutie van hydrologische en biogeochemische processen in de ondergrond van natuurlijke landschappen kan het begrip van gekoppelde Aarde-systeemprocessen verbeteren. Dergelijke kennis is onmisbaar voor het verbeteren van voorspellingen van hydro-biogeochemische cycli, vooral onder klimaatveranderingsscenario's. We presenteren een experimentele methode, ontworpen om de heterogeniteit van de ondergrond van een aanvankelijk homogene bodem te vangen. Deze methode is gebaseerd op destructieve bemonstering van een bodemlysimeter, ontworpen om een helling op kleine schaal te simuleren. Een weeglysimeter met een capaciteit van één kubieke meter werd in secties (voxels) verdeeld en werd laag voor laag uitgegraven, waarbij submonsters werden genomen uit elke voxel. De uitgravingsprocedure was gericht op het detecteren van de beginnende heterogeniteit van het systeem door zich te concentreren op de ruimtelijke beoordeling van hydrologische, geochemische en microbiologische eigenschappen van de bodem. Representatieve resultaten van enkele fysisch-chemische variabelen die werden getest, tonen de ontwikkeling van heterogeniteit. Aanvullend werk om interacties tussen hydrologische, geochemische en microbiologische kenmerken te testen, is gepland om de waargenomen patronen te interpreteren. Onze studie toont ook de mogelijkheid aan om soortgelijke uitgravingen uit te voeren om verschillende aspecten van bodemontwikkeling onder verschillende omgevingsomstandigheden en schaal waar te nemen en te kwantificeren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bodem en landschapsdynamiek worden gevormd door de complexe interactie van fysische, chemische en biologische processen 1. Waterstroom, geochemische verwering, en de biologische activiteit vorm te geven de algemene ontwikkeling van het landschap in een stabiele ecosysteem 2,3. Terwijl oppervlak veranderingen zijn de meest opvallende kenmerken van het landschap 4, begrip cumulatieve effecten van hydrologische, geochemische en microbiologische processen in de ondergrond regio is van cruciaal belang voor het begrijpen van de onderliggende krachten die een landschap 2 vorm te geven. Toekomstig klimaat verstoring scenario's verder te verwarren de voorspelbaarheid en het patroon van het landschap evolutie 5. Het wordt dus een uitdaging om kleinschalige processen te koppelen aan hun grootschalige manifestatie op het landschap-schaal 6. Traditionele korte termijn laboratoriumexperimenten en experimenten in natuurlijke landschappen met onbekende initiële condities en de tijd-variabele dwingen te kort schieten in het vastleggen van the intrinsieke heterogeniteit van het landschap evolutie. Ook door sterke niet-lineaire koppeling, is het moeilijk om biochemische veranderingen van hydrologische modellering in heterogene systemen 7 voorspellen. Hier beschrijven we een nieuwe experimentele methode om een ​​volledig gecontroleerd en bewaakt bodem hillslope met bekende beginvoorwaarden graven. Onze uitgraven en sampling procedure is gericht op het vastleggen van de ontwikkeling van heterogeniteit van de hillslope langs zijn lengte en diepte, met als doel het leveren van een uitgebreide dataset aan hydro-bio-geochemische interacties en hun impact op bodemvorming processen te onderzoeken.

Hydrologische systemen in de natuur gevonden zijn verre van statisch in de tijd, met veranderingen in de hydrologische reacties die plaatsvinden over een breed scala van ruimtelijke en temporele schalen 3. De ruimtelijke structuur van stroom paden langs landschappen bepaalt de snelheid, omvang en verdeling van de geochemische reacties en biologische kolonisatie die rijdenverwering, het transport en de neerslag van de opgeloste stoffen en sedimenten, en de verdere ontwikkeling van de bodemstructuur. Zo, waarin de kennis van bodemkunde, geofysica, en ecologie in theorieën en experimentele ontwerpen om hydrologische processen hydrologische voorspellingen te evalueren en te verbeteren is gesuggereerd 8,9. Landschap evolutie wordt ook beïnvloed door ondergrondse biogeochemische processen in combinatie met water dynamiek, elementaire migratie tijdens de bodem ontwikkeling, en door mineralogische transformaties door de reactie van minerale ondergronden met lucht, water, en micro-organismen 10 gebracht. Bijgevolg is het belangrijk voor de ontwikkeling van geochemische hotspots bestuderen in een veranderende landschap. Daarnaast is het essentieel om geochemische verwering patronen om hydrologische proces- en microbiologische handtekeningen betrekking hebben tijdens beginnende bodemvorming om de dynamiek van complexe landschap ontwikkeling te begrijpen. De specifieke processen van bodemgenese worden beheerstdoor de gecombineerde invloed van het klimaat, biologische inputs, opluchting en tijd op een specifieke ouder materiaal. Dit experiment werd ontworpen om heterogeniteiten in de verwering van ouder materiaal beheerst door hydrologische en geochemische variaties geassocieerd met reliëf (met inbegrip van de helling en diepte) en de bijbehorende variabiliteit in microbiële activiteit die wordt gedreven door milieu gradiënten (ie, redoxpotentiaal) onder omstandigheden waarbij pakken ouder materiaal, het klimaat en de tijd constant gehouden. Met betrekking tot de microbiële activiteit, de bodem micro-organismen zijn kritische componenten en hebben een grote invloed op het landschap stabiliteit 11. Zij spelen een cruciale rol in de bodemstructuur, biogeochemische cycli van nutriënten en plantengroei. Daarom moet de betekenis van deze organismen drivers verwering, bodemgenese en landschap vormingsprocessen begrijpen, terwijl tegelijkertijd het identificeren van de wederzijdse effecten van hydrologische stroming paden en geochemische weathering op de microbiële gemeenschap structuur en diversiteit. Dit kan worden bereikt door het bestuderen ruimtelijke heterogeniteit van microbiële diversiteit via een zich ontwikkelende landschap waarvan hydrologische en geochemische kenmerken worden ook bestudeerd in parallel.

Hier presenteren we een opgraving procedure van een bodem lysimeter, operationeel genaamd miniLEO, ontworpen om de grootschalige zero-order bekkenmodellen van het Landschap Evolution Observatory (LEO) ondergebracht bij Biosphere 2 (Universiteit van Arizona) na te bootsen. De miniLEO werd ontwikkeld om kleinschalige landschap evolutie patronen die voortvloeien uit de cumulatieve heterogene hydro-bio-geochemische processen te identificeren. Het is een lysimeter 2-m lang, 0,5 m breed en 1-m in hoogte en helling van 10 ° (Figuur 1). Bovendien zijn de wanden van de lysimeter zijn geïsoleerd en bekleed met niet-biodegradeerbare twee-componenten epoxy primer en een aggregaat gevuld alifatisch urethaan laag mogelijke verontreiniging spoelwater te voorkomenvan metalen uit de lysimeter- raam in de grond. De lysimeter was gevuld met gebroken basalt rots die werd gewonnen uit een borgsom van late Pleistoceen tephra geassocieerd met Merriam Crater in het noorden van Arizona. De geladen basalt materiaal was identiek aan het materiaal dat in de veel grotere LEO experimenten. De minerale samenstelling, deeltjesgrootteverdeling en hydraulische eigenschappen worden beschreven door Pangle et al. 12. De downslope kwel gezicht was bekleed met een geperforeerde plastic scherm (0.002-m diameter poriën, 14% porositeit). Het systeem is uitgerust met sensoren zoals watergehalte en temperatuursensoren, twee soorten waterpotentieel sensoren, bodemwaterpotentiaal samplers, hydraulische gewichtsbalans, elektrische geleidbaarheid probes en drukopnemers water tafelhoogte bepalen. De lysimeter werd geïrrigeerd 18 maanden voorafgaand aan de uitgraving.

De opgraving was nauwgezet in haar aanpak en was gericht op het beantwoorden van twee grote vragen: (1) wat hydrologische, geochemische en microbiële handtekeningen kunnen worden waargenomen over de lengte en diepte van de helling met betrekking tot de gesimuleerde regenval voorwaarden en (2) de vraag of relaties en terugkoppeling tussen hydro-biogeochemische processen die optreden op het hillslope kan worden afgeleid uit de individuele handtekeningen. Naast de experimentele opstelling en graafwerkzaamheden procedure, presenteren wij representatieve gegevens en suggesties over hoe om soortgelijke opgraving protocollen gelden voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van de dynamiek in combinatie aarde-systeem en / of de ontwikkeling van bodemprocessen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Bedenk een Sampling Matrix te zorgen voor een systematische en uitgebreide bemonstering van Lysimeteronderzoek

  1. Verdeel lysimeter in voxels van vaste lengte, breedte en diepte.
    1. Gebruik een Euclidische ruimte coördinatensysteem en verdeel de totale lengte van elke (X, Y en Z) in een voldoende aantal gelijke afstanden zijn geplaatst. Beschouw gooi de bodem nabij de wanden van de lysimeter om grens te vermijden.
      Opmerking: Een buffer van 5 cm langs de vier wanden in dit experiment om grens te vermijden heeft, met dien verstande dat het volume grond verzameld volstaat.
    2. Wijs elk monster een unieke XYZ locatie en te identificeren als een voxel.
      Opmerking: In opgraving, X is de locatie langs de breedte van de helling, Y geeft locatie langs de lengte van de helling, terwijl Z geeft plaats langs de diepte van de helling. De grootte van de intervallen in elke dimensie bepaalt de breedte, lengte en diepte van de voxels. Figure 2 toont de verdeling van de lysimeter na het bepalen tussenruimten langs de gekozen oorsprong voor de XYZ systeem. De verdeling in de huidige uitgraving regeling heeft 9 intervallen langs beide Y en Z-richtingen en 4 intervallen langs de X-richting, wat een totaal van 324 voxels van 10 cm x 20 cm x 10 cm afmeting (figuur 3).
      OPMERKING: De bemonsteringsstrategie gekozen zodat het gehele stelsel gelijk is bemonsterd met minimale schade aan de sensoren. Grenzen van elke voxel (1-2 cm) worden verwijderd om kruisbesmetting uit naburige voxels te beperken. Daarnaast voxel dimensies te zorgen dat er voldoende grond materiaal is beschikbaar voor microbiologisch, geochemische en hydrologische monstername in elke voxel.

figure-protocol-1
Figuur 1. Side-view van de lysimeter. Uitzicht op lysimeter uit de kwel face. zichtbaar zijn ook drie sensor regio's (wit PVC-buizen) langs de helling en sprinklerinstallatie op de vier hoeken.

figure-protocol-2
Figuur 2. Sampling Scheme. Sampling schema van lysimeter langs XYZ. A. De X-afmeting verdeelt de breedte in 4 secties van elk 10 cm, terwijl Y verdeelt de lengte tot 20 cm. B. De Z dimensie geeft diepte en werd verdeeld in 9 lagen van 10 cm diepte. Een grens van 5 cm langs de randen van de lysimeter werd geïdentificeerd aan de inzameling van de monsters die mogelijk grens effect kan vertonen voorkomen. Klik hier om dit bestand te downloaden.

figure-protocol-3
Figuur 3. Drie-dimensional voorstelling van een voxel. Visuele schema van een voxel langs de XYZ vlak van de lysimeter. De hele helling werd opgedeeld in 324 dergelijke voxels, waarbij elke voxel beeltenis van een enkele steekproefeenheid. Klik hier om dit bestand te downloaden.

2. Voeg Brilliant Blue FCF Dye Track waterinfiltratie in de Helling

  1. Toepassen brilliant blue kleurstof aan het oppervlak van de bodem, voldoende boven 105 cm van het oppervlak langs de Y-richting bedekken. Voor de overgebleven bodem met kunststof platen.
    1. Kies een concentratie (hier 10 g / l) om het contrast tegen zwarte basalt bodem te garanderen. Voeg de kleurstof irrigatiesysteem tanks en verdun met water tot de gewenste concentratie.
    2. Bepaal de duur van de irrigatie basis van de gewenste diepte van de voorste en infiltratie door het irrigatiesysteem geleverd rate.
      LET OP: Voor deze studie, een irrigation snelheid van 30 mm / uur gedurende 20 min (figuur 4) vóór uitgraving wordt voldoende geacht om heterogene patronen van waterinfiltratie identificeren bij de eerste centimeters.
    3. Na kleurstof applicatie, geef het tijd voor de infiltratie te stoppen en het vocht staten binnen de lysimeter in evenwicht. Voor deze studie, was een periode van 10 uur ( 's nachts) tussen kleurstof toepassing en opgraving geschikt is.

3. Afbakening van Voxels

  1. Attach meetlint over de lengte van de helling van een in-situ referentiesysteem voor begeleiding bij afbakening van voxels.
  2. Markeer de afmeting van elk bodem voxel met de hulp van het meetlint. Teken rasterlijnen voor elke laag gebruik van aluminium-blade schilden en plastic stopverf messen (figuur 4). Gooi de grens materialen (5 cm uit elke wand begrenzing effecten te voorkomen).

figure-protocol-4
Figuur 4. Bovenaanzicht van lysimeter. Deze weergave toont het geverfde oppervlak van laag 2 (10 cm diep). Grids getekend op het grondoppervlak van steekproeven te helpen zijn ook zichtbaar, samen met de kern gaten regio's op elke voxel na microbiologische monstername.

4. Microbiologie Monsternemingsprocedure

  1. Verzamel microbiologie monsters aseptisch uit elke voxel voorafgaand aan de hydrologische en geochemische analyses om kruisbesmetting van de monsters te voorkomen. Zorg ervoor dat de nieuwe handschoenen worden gedragen door alle leden van de uitvoering van de opgraving om verontreiniging van de menselijke huid te verminderen.
  2. Gebruik een bodem corer van 1 cm diameter en 20 cm hoog, en een dunne spatel voor microbiologische monstername. Maak de corer en de spatel met gedestilleerd water, droog het af met een schone doekjes, en spoel af met 75% ethanol met behulp van een spuitfles. Laat corer en spatel aan de lucht drogen.
  3. Let op de collectie tijd van elk monster. Gebruik de kernboor core tot een diepte van 10 cm aan elke voxel locatie en de spatel om het bodemmonster in vooraf gesteriliseerde kunststof zakken (figuur 5) leeg. Zorg ervoor dat de tas vlak voor het afzetten van het monster te openen. Homogeniseer het monster zakjes met de hand.
  4. Het monster zak in een ijs koeler tijdens de bemonstering en dragen zo spoedig mogelijk de -80 ° C vriezer.

figure-protocol-5
Figuur 5. Microbiologie monstername. Een kleine handheld corer van 20 cm x 1 cm, steriele zakken en spatel is hier te zien tijdens de microbiologische bemonstering. Klik hier om dit bestand te downloaden.

5. Geochemie en Hydrologie Sample Collection

  1. Foto geverfd regio's in X- en Y-plAnes tijdens graafwerkzaamheden voor dieptes waar de kleurstof wordt waargenomen. Gebruik een kleurenkaart met referentie voor de kleur waargenomen (Figuur 6) verschaffen. Zorg voor een goede natuurlijke verlichting aanwezig is om correct te documenteren kleurintensiteit.
  2. Kalibreren draagbare x-ray fluorescentie spectrometer (pXRF) per dag vóór het begin van de metingen. Voor de kalibratie en meting details, zie instructies van de fabrikant 13 (figuur 7). In het kort, plaatst u het instrument op de houder en richt de bundel venster direct naar de fabriek metalen kraal. Selecteer 'Cal' en wacht 30 seconden om de kalibratie te worden ingevuld.
    1. Reinig de bundel venster voordat het nemen van elke meting. Meet het oppervlak van elke voxel in drievoud op drie verschillende locaties. Plaats de pXRF instrument op het grondoppervlak en wacht 90 seconden om de meting te worden ingevuld.
      OPMERKING: X-ray probleemloos door een grote afstand in de richting van de bundel. Daarom ensuopnieuw dat alleen een opgeleid personeel zorgt voor de apparatuur en zorgt voor de juiste veiligheidsprotocollen.

figure-protocol-6
Figuur 6. Kleur kaart te volgen kleurstof infiltratie. Elke locatie met zichtbare kleurstofpenetratie werd gefotografeerd met een kleur kaart dient als referentie. Klik hier om dit bestand te downloaden.

figure-protocol-7
Figuur 7. Portable X-ray Fluorescentie Spectrometer. Handheld pXRF gepositioneerd op het oppervlak van een voxel. Metingen werden bij drie verschillende locaties op het oppervlak van elk voxel en vervolgens gemiddeld.

  1. Clean metallic kernen (height = 3 cm, diam. = 5,7 cm) en polycarbonaat cores (hoogte = 6 cm, diam. = 5,7 cm) voor bulk- dichtheid (BD) en hydraulische geleidbaarheidsmetingen (Ksat) van voxels gewenst, respectievelijk (figuur 8).
  2. Verticaal voegen metalen kernen en polycarbonaat kernen (verticaal Ksat) in gewenste voxels zorg ervoor dat u de sensoren of sensor draden beschadigen. Doe dit door zachtjes hameren de kernen in de bodem, het verzorgen van een vlakke ondergrond, zoals blok hout tussen de kern en de hamer te gebruiken om storingen te minimaliseren aan de bodem. Bovendien, wanneer de kern is halverwege in de bodem, plaats een tweede kern bovenop de eerste kern. Plaats het houten blok boven op de tweede kern en voorzichtig hamer het blok tot de eerste kern ingebed in de bodem van de kern rand nog zichtbaar.
  3. Plaats kernen voor horizontale Ksat als de laterale zijde van de voxel opent met sequentiële opgraving. Gebruik de houten blok en de tweede kern, zoals vermeld in stap 5,4 tot verdichting te minimaliseren.
  4. Let erop dat de voxelbemonsterd wordt vooraf geïsoleerd van grenzen en de naburige voxels om geochemische monstername. Gebruik plastic plamuurmes hiervoor, gevolgd door handbediende troffels bodemmonsters rond metaal of polypropyleen kernen verzamelen in gemerkte geochemische (GC) voor monsters tot kernen gemakkelijk verwijderd kan worden (bijvoorbeeld figuur 9a, b).

figure-protocol-8
Figuur 8. Bulkdichtheid en doorlatendheid kernen. Polypropyleen kernen (links) werden gebruikt voor het verzamelen verticale en horizontale doorlatendheid monsters terwijl metalen kernen (rechts) werden gebruikt voor het verzamelen bulkdichtheid monsters.

figure-protocol-9
Figuur 9. Voxel afbakening. Plastic plamuurmes werden gebruikt voor (A) isolerenvoxel grenzen voorafgaand aan (B) geochemische, dichtheid en doorlatendheid kerncollectie. Klik hier om dit bestand te downloaden.

  1. Verwijder de metalen kern, borstel uit overtollig materiaal van beide kanten, en de overdracht van het monster van de kern van een gelabeld BD monster zak. Weeg elk monster zak met het monster en noteer het totale gewicht.
  2. Verwijder de polypropyleen kernen. Bedek beide kanten met rode plastic doppen en labelen verticale polypropyleen kern als "V" en horizontale polypropyleen kern als "H" gevolgd door het monster ID.
  3. Verzamel de resterende materiaal uit de voxel in de GC monster zak, met achterlating van een paar centimeter van de bodem op alle vier de zijden om kruisbesmetting met de volgende voxel te voorkomen.
  4. Herhaal stappen 5,1-5,9 voor de rest van de voxels in een laag.
  5. Zodra alle voxels van de ene laag geweestvoltooid, herhaalt u de stappen 3,2-5,10 voor de volgende laag.
    OPMERKING: Stap 5,1 moet worden uitgevoerd alleen voxels die zichtbaar kleurstof. Raadpleeg Figuur 10 representatief schema van een voxel benadrukken alle monsters verzameld uit elke voxel visualiseren.

figure-protocol-10
Figuur 10. Vertegenwoordiger voxel. De rode stippellijn geeft kern verzameld voor microbiologie monster, de groene gestippelde lijn geeft horizontale hydraulische geleidbaarheid kern, de gele streepje lijn geeft verticale doorlatendheid kern, de paarse gestreepte geeft dichtheid kern, en de blauwe ovaal grens de resterende monster uit de voxel worden gebruikt voor geochemische analyse. klik hier om dit bestand te downloaden.

6. Sample Analysis

  1. Gebruik monsters verzameld voor microbiologische analyses voor moleculaire (bodem microbiële DNA-extractie) 14 en gekweekt (heterotrofe plaat tellingen) 15 analyses. Gebruik gewonnen DNA voor kwantitatieve polymerase chain reacties (qPCR) 16, en high-throughput-gen sequencing experimenten 17,18.
  2. Gebruik monsters verzameld voor geochemische analyses aan een veelheid van geochemische eigenschappen, waaronder pH (US EPA methode 150.2), de elektrische geleidbaarheid (EC) (US EPA methode 120.1), koolstof en stikstof-gehalte (US EPA methode 415.3, sequentiële extractie van elementen 19 te meten, en röntgendiffractie (XRD) en exafs (EXAFS) spectroscopie volgens specificaties van de Stanford Synchrotron Radiation Laboratory, minerale transformaties te onderzoeken.
  3. Gebruik bodemmonsters verzameld voor hydrologische analyses voor laboratorium experimenten, zoals bulkdichtheid 20en doorlatendheid 21.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De afmetingen van de voxels gezorgd monsters voor hydrologische, geochemische en microbiologische metingen. De opgraving procedure leverde 324 kernen voor microbiologische analyse, 972 pXRF datapunten, 324 geochemische monster tassen, 180 Ksat monsters (128 verticale en horizontale 52), en 311 bulkdichtheid monsters. Preferentiële stroming van Brilliant Blue-kleurstof werd waargenomen tot een diepte van 30 cm onder het oppervlak. Een representatieve set van 81 monsters uit een enkele ver...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Landschap evolutie is het cumulatieve effect van hydrologische, geochemische en biologische processen 12. Deze processen te controleren stroom en het transport van water en elementen, en biogeochemische reacties in veranderende landschappen. Echter, het vastleggen van de interacties vereist tegelijkertijd precies gecoördineerd experimenteel ontwerp en sampling. Bovendien, het bestuderen van beginnende landschap evolutie is moeilijk in natuurlijke systemen, met beperkte mogelijkheden om "tijdstip nul"...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We danken Ty P.A. Ferré, Till Volkman, Edwin Donker, Mauricio Vera voor hun hulp tijdens de opgraving, en Triffon J. Tatarin, Manpreet Sahnan en Edward Hunt voor hun hulp bij de steekproefanalyse. Dit werk werd uitgevoerd bij Biosphere 2, University of Arizona en gefinancierd door National Science Foundation-subsidie EAR_1344552 en het Honors Research Program van Biosphere 2.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
MeetlintAlleAlleVoorkomen van kruisbesmetting van monsters is cruciaal. Daarom is het handig om meerdere kitmessen te hebben om de voxel-grens te isoleren.
Brilliant Blue kleurstofWaldeck GmBH &Co B0770Linialen kunnen worden gebruikt om rasters te tekenen. De bemonsteringsstrategie kan worden aangepast op basis van individuele experimenten.
BoorAMS56975Elk commercieel vervaardigde Brilliant Blue kleurstof kan worden gebruikt.
75% EthanolAlleAlleEr werd een Nikon D90-camera en een 50 mm-lens gebruikt voor fotografie. Elke hoge resolutiecamera en lens kan voor dit doel worden gebruikt.
SpuitflesAlleAlleGebruik van kleurstof en kleurenkaart is subjectief voor individuele experimenten en/of onderzoeksvragen.
LepelAlle AlleTuinhandschoenen kunnen worden gebruikt als het hanteren van de boor vervelend wordt.
HandschoenenAlle AlleZorg ervoor dat microbiologiemonsters tijdens het bemonsteren in ijs worden bewaard en zo snel mogelijk worden ingevroren.
KimWipesKimTech ScienceAlleWater kan worden gebruikt om de boor te wassen, voordat deze met ethanol wordt ontsmet.
Steriele monsterzakkenFisher Scientific Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZHoud emmers en veegschoppers bij de hand om het verwijderen van afvalgrond te vergemakkelijken.
KleurenkaartAlleAlleHet oorspronkelijke ontwerp van miniLEO heeft verschillende sensoren ingebouwd in de lysimeter. Dergelijke sensoren kunnen al dan niet noodzakelijk zijn op basis van de reikwijdte van individueel experimenteel ontwerp.
X-ray Fluorescerende spectrofotometerXRF, OLYMPUSDS-2000 Delta XRF
Polypropyleen kernenAlleAlle
Metalen kernen Alle Alle
Doppen voor polypropyleen kernenAlleAlle
HamerAlle Alle
Kunststof kitmessenAlle Alle
GezichtsmaskersAlle Alle

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brady, N. C., Weil, R. R. The nature and properties of soils. , Pearson Prentice Hall. (2008).
  2. Chorover, J., Kretzschmar, R., Garica-Pichel, F., Sparks, D. L. Soil biogeochemicial processes within the critical zone. Elements. 3, 321-326 (2007).
  3. Troch, P. A., et al. Catchment coevolution: A useful framework for improving predictions of hydrological change? Water Resour. Res. 6, 1-20 (2015).
  4. Sharp, R. P. Landscape evolution (A Review). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 79, 4477-4486 (1982).
  5. Temme, A. Predicting the effect of changing climate on landscapes with computer based landscape evolution models. Key Concepts in Geomorphology. Montgomery, D. R., Bierman, P. R. , Macmillan Publishers Limited. http://serc.carleton.edu/vignettes/collection/37800.html (2013).
  6. Troch, P. A., et al. Dealing with Landscape Heterogeneity in Watershed Hydrology: A Review of Recent Progress toward New Hydrological Theory. Geogr. Compass. 3, 375-392 (2009).
  7. Wang, Y., et al. Dissecting the Hydrobiogeochemical Box. in Am. Geophys. Union Fall Meet. , (2015).
  8. Lin, H., et al. Hydropedology: Synergistic integration of pedology and hydrology. Water Resour. Res. 42 (5), W05301(2006).
  9. Band, L. E., et al. Ecohydrological flow networks in the subsurface. Ecohydrology. 7, 1073-1078 (2014).
  10. Churchman, G. j, Lowe, D. Handbook of Soil Science Properties and Process. 1, CRC Press,Taylor & Francis. (2012).
  11. van der Heijden, M. G. A., Bardgett, R. D., van Straalen, N. M. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems. Ecol. Lett. 11 (3), 296-310 (2008).
  12. Pangle, L. a, et al. The Landscape Evolution Observatory: A large-scale controllable infrastructure to study coupled Earth-surface processes. Geomorphology. 244, 190-203 (2015).
  13. User Manual: Delta Famiy Handheld XRF Analyzers. , Innov-X-Systems. http://usenvironmental.com/download/manuals/Olympus%20-%20Delta%20User%20Manual.pdf (2013).
  14. Valentìn-Vargas, A., Root, R. A., Neilson, J. W., Chorover, J., Maier, R. M. Environmental factors influencing the structural dynamics of soil microbial communities during assisted phytostabilization of acid-generating mine tailings: A mesocosm experiment. Sci Total Environ. 500-501, 314-324 (2014).
  15. JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology. Culturing and Enumerating Bacteria from Soil Samples. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
  16. JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology: Quantifying Environmental Microorganisms and Viruses Using qPCR. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
  17. Sengupta, A., Dick, W. A. Bacterial community diversity in soil under two tillage practices as determined by pyrosequencing. Microb. Ecol. 70, 853-859 (2015).
  18. Caporaso, J. G., et al. Correspondence - QIIME allows analysis of high- throughput community sequencing data. Nat. Publ. Gr. 7, 335-336 (2010).
  19. Hall, G. E. M., Vaive, J. E., Beer, R., Hoashi, M. Selective leaches revisited, with emphasis on the amorphous Fe oxyhydroxide phase extraction. J. Geochemical Explor. 56, 59-78 (1996).
  20. Grossman, R. B., Reinsch, T. G. Bulk density and linear extensibility. Methods of Soil Analysis. Part 4-Physical Methods. Dane, J. H., Topp, G. C. , Soil Science Society of America Book Series No. 5. ASA and SSSA. Madison, WI. 201-228 (2002).
  21. Reynolds, W. D., Elrick, D. E., Youngs, E. G., Amoozegar, A., Bootlink, H. W. G., Bouma, J. Saturated and field-saturated water flow parameters. Methods of Soil Analysis, Part 4-Physical Methods. Dane, J. H., Topp, G. C. , SSSA. Madison, WI. 802-816 (2002).
  22. King, G. M. Contributions of atmospheric CO and hydrogen uptake to microbial dynamics on recent Hawaiian volcanic deposits. Appl. Environ. Microbiol. 69 (7), 4067-4075 (2003).
  23. Meyer, W. S., Barrs, H. D. Roots in irrigated clay soils: Measurement techniques and responses to rootzone conditions. Irrig. Sci. 12 (3), 125-134 (1991).
  24. Graham, C. B., Woods, R. A., McDonnell, J. J. Hillslope threshold response to rainfall: (1) A field based forensic approach. J. Hydrol. 393 (1-2), 65-76 (2010).
  25. Anderson, A. E., Weiler, M., Alila, Y., Hudson, R. O. Dye staining and excavation of a lateral preferential flow network. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 5 (2), 1043-1065 (2008).
  26. Gleeson, T., Paszkowski, D. Perceptions of scale in hydrology: what do you mean by regional scale? Hydrol. Sci. J. 00, 1-9 (2013).
  27. Molins, S., Trebotich, D., Steefel, C. I., Shen, C. An investigation of the effect of pore scale flow on average geochemical reaction rates using direct numerical simulation. Water Resour. Res. 48, W03527(2012).
  28. Fierer, N., Lennon, J. T. The generation and maintenance of diversity in microbial communities. Am. J. Bot. 98 (3), 439-448 (2011).
  29. Niu, G. Y., Pasetto, D., Scudeler, C., Paniconi, C., Putti, M., Troch, P. A. Analysis of an extreme rainfall-runoff event at the Landscape Evolution Observatory by means of a three-dimensional physically-based hydrologic model. Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss. 10, 12615-12641 (2013).
  30. Marteinsson, V., et al. Microbial colonization in diverse surface soil types in Surtsey and diversity analysis of its subsurface microbiota. Biogeosciences. 12, 1191-1203 (2015).
  31. Orcutt, B. N., Sylvan, J. B., Rogers, D. R., Delaney, J., Lee, R. W., Girguis, P. R. Carbon fixation by basalt-hosted microbial communities. Front. Microbiol. 6, 00904(2015).
  32. Wu, L., Jacobson, A. D., Chen, H. C., Hausner, M. Characterization of elemental release during microbe-basalt interactions at T=28°C. Geochim. Cosmochim. Acta. 71, 2224-2239 (2007).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Hydrologische Geochemische Microbiologische AnalyseVoxelgebaseerde BemonsteringBeoordeling van Ondergrondse HeterogeniteitBodemkernnameR ntgenfluorescentiespectrometrieBulkdensiteitsmetingMicrobiologische DNA extractieGeochemische MonsternameRuimtelijke Eigenschapsmapping

Gerelateerde artikelen