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.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Soil Lysimeteronderzoek Opgraving voor Gekoppeld Hydrologisch, geochemische en microbiologische Onderzoeken
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
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
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 ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Bedenk een Sampling Matrix te zorgen voor een systematische en uitgebreide bemonstering van Lysimeteronderzoek
- Verdeel lysimeter in voxels van vaste lengte, breedte en diepte.
- 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. - Wijs elk monster een unieke XYZ locatie en te identificeren als ....
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
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
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
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
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
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Meetlint | Alle | Alle | Voorkomen van kruisbesmetting van monsters is cruciaal. Daarom is het handig om meerdere kitmessen te hebben om de voxel-grens te isoleren. |
| Brilliant Blue kleurstof | Waldeck GmBH &Co | B0770 | Linialen kunnen worden gebruikt om rasters te tekenen. De bemonsteringsstrategie kan worden aangepast op basis van individuele experimenten. |
| Boor | AMS | 56975 | Elk commercieel vervaardigde Brilliant Blue kleurstof kan worden gebruikt. |
| 75% Ethanol | Alle | Alle | Er werd een Nikon D90-camera en een 50 mm-lens gebruikt voor fotografie. Elke hoge resolutiecamera en lens kan voor dit doel worden gebruikt. |
| Spuitfles | Alle | Alle | Gebruik van kleurstof en kleurenkaart is subjectief voor individuele experimenten en/of onderzoeksvragen. |
| Lepel | Alle | Alle | Tuinhandschoenen kunnen worden gebruikt als het hanteren van de boor vervelend wordt. |
| Handschoenen | Alle | Alle | Zorg ervoor dat microbiologiemonsters tijdens het bemonsteren in ijs worden bewaard en zo snel mogelijk worden ingevroren. |
| KimWipes | KimTech Science | Alle | Water kan worden gebruikt om de boor te wassen, voordat deze met ethanol wordt ontsmet. |
| Steriele monsterzakken | Fisher Scientific | Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZ | Houd emmers en veegschoppers bij de hand om het verwijderen van afvalgrond te vergemakkelijken. |
| Kleurenkaart | Alle | Alle | Het 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 spectrofotometer | XRF, OLYMPUS | DS-2000 Delta XRF | |
| Polypropyleen kernen | Alle | Alle | |
| Metalen kernen | Alle | Alle | |
| Doppen voor polypropyleen kernen | Alle | Alle | |
| Hamer | Alle | Alle | |
| Kunststof kitmessen | Alle | Alle | |
| Gezichtsmaskers | Alle | Alle |
Referenties
- Brady, N. C., Weil, R. R. The nature and properties of soils. , Pearson Prentice Hall. (2008).
- Chorover, J., Kretzschmar, R., Garica-Pichel, F., Sparks, D. L. Soil biogeochemicial processes within the critical zone. Elements. 3, 321-326 (2007).
- Troch, P. A., et al.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
