Wykopy lizymetryczne gleby do sprzężonych badań hydrologicznych, geochemicznych i mikrobiologicznych

Badanie koewolucji procesów hydrologicznych i biogeochemicznych zachodzących pod powierzchnią naturalnych krajobrazów może przyczynić się do lepszego zrozumienia sprzężonych procesów zachodzących w systemie ziemskim. Ogólnym celem tej metody jest wykopanie lizymetru glebowego w celu zrozumienia podpowierzchniowej heterogenii hydrologicznej, geochemicznej i mikrobiologicznej. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie procesów zachodzących w sprzężonym systemie ziemskim.

Na przykład, w jaki sposób procesy hydrologiczne i biogeochemiczne współewoluują pod powierzchnią naturalnych ekosystemów. Główną zaletą tej taktyki jest to, że może ona uchwycić przestrzenną niejednorodność właściwości hydrologicznych, geochemicznych i mikrobiologicznych gleby w skali pobierania próbek. Podziel lizymetr na woksele o stałej długości, szerokości i głębokości, używając układu współrzędnych przestrzeni euklidesowej.

Podziel całkowitą odległość wzdłuż każdego kierunku na odpowiednią liczbę równomiernie rozmieszczonych odstępów. Przypisz każdej próbce unikalną lokalizację XYZ i zidentyfikuj ją jako woksel. W tym wykopie X oznacza położenie wzdłuż szerokości zbocza, Y oznacza położenie wzdłuż długości zbocza, a Z oznacza położenie wzdłuż głębokości zbocza.

Rozmiar interwałów w każdym wymiarze określa szerokość, długość i głębokość wokseli. Pokazano tutaj podział lizymetru po określeniu odstępów, wraz z wybranym początkiem układu XYZ. Podział w obecnym schemacie wykopalisk ma dziewięć interwałów wzdłuż kierunków Y i Z oraz cztery interwały wzdłuż kierunku X, co daje w sumie 324 woksele.

W celu wyznaczenia wokseli przymocuj taśmę mierniczą wzdłuż zbocza, aby zapewnić wgląd w system odniesienia w celu uzyskania wskazówek podczas wyznaczania wokseli. Zaznacz wymiar każdego woksela glebowego za pomocą taśmy mierniczej. Narysuj linie siatki dla każdej warstwy za pomocą aluminiowych osłon ostrzy i plastikowych szpachli.

Wyrzuć materiały graniczne w odległości pięciu centymetrów od każdej ściany, aby zapobiec efektom granicznym. Przed analizami hydrologicznymi i geochemicznymi należy pobierać próbki mikrobiologiczne w sposób aseptyczny z każdego woksela, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu próbek. Upewnij się, że wszyscy członkowie wykonujący wykopy noszą nowe rękawice, aby zmniejszyć zanieczyszczenie ludzką skórą.

Do pobrania próbek mikrobiologicznych użyj rdzenia glebowego o średnicy jednego centymetra i wysokości 20 centymetrów oraz cienkiej szpatułki. Oczyść rdzeń i szpatułkę wodą destylowaną. Wytrzyj je do sucha czystymi chusteczkami i spłucz 75% etanolem za pomocą butelki z rozpylaczem.

Przed pozostawieniem rdzenia i szpatułki do wyschnięcia na powietrzu. Rdzeń na głębokość 10 centymetrów w każdym miejscu wokseli. Następnie za pomocą szpatułki opróżnij próbkę gleby do wstępnie wysterylizowanych plastikowych torebek, które zostały otwarte tuż przed złożeniem próbki.

Zanotuj czas pobrania każdej próbki. Ręczną homogenizację saszetek na próbki. Podczas pobierania próbek należy przechowywać worek na próbkę w chłodziarce do lodu i jak najszybciej przenieść go do zamrażarki o temperaturze minus 80 stopni Celsjusza.

Umieść przenośny spektrometr fluorescencji rentgenowskiej na uchwycie i skieruj okno wiązki bezpośrednio na fabryczny metalowy koralik. Wybierz cal i odczekaj 30 sekund, aby umożliwić zakończenie kalibracji. Wyczyść okno belki przed wykonaniem każdego pomiaru.

Zmierz powierzchnię każdego woksela w trzech trzech miejscach w trzech różnych miejscach. Umieść przyrząd na powierzchni gleby i odczekaj 90 sekund, aby umożliwić zakończenie pomiaru. Czyste metaliczne rdzenie dla gęstości nasypowej pożądanych wokseli.

Czyste rdzenie poliwęglanowe do pomiarów przewodności hydraulicznej lub KSAT żądanych wokseli. Włóż pionowo metalowe rdzenie i rdzenie poliwęglanowe do żądanych wokseli. Uważaj, aby nie uszkodzić czujników ani przewodów czujników, delikatnie wbijając rdzenie w glebę za pomocą płaskiej powierzchni, takiej jak drewniany klocek, między rdzeniem a młotkiem, aby zminimalizować zakłócenia gleby.

Dodatkowo, gdy rdzeń znajdzie się w połowie w glebie, umieść drugi rdzeń na pierwszym rdzeniu. Umieść drewniany klocek na drugim rdzeniu i delikatnie wbijaj klocek, aż pierwszy rdzeń zostanie osadzony w glebie z widocznymi krawędziami rdzenia. Należy upewnić się, że pobierany jest woksel, z którego pobierane są próbki, jest odizolowany od granic i sąsiednich wokseli przed pobraniem próbki geochemicznej.

Aby to osiągnąć, użyj plastikowych szpachli, a następnie ręcznych kielni, aby pobrać próbki gleby wokół rdzeni metalowych lub polipropylenowych do oznaczonych worków na próbki geochemiczne, aż rdzenie będzie można łatwo usunąć. Usuń rdzenie polipropylenowe i przykryj obie strony czerwonymi plastikowymi zaślepkami. Oznacz pionowy rdzeń polipropylenowy jako V, a poziomy rdzeń polipropylenowy jako H, a następnie identyfikator próbki. Usuń metalowy rdzeń, zetrzyj nadmiar materiału z obu końców i przenieś próbkę z rdzenia do oznaczonego worka na próbki o gęstości nasypowej.

Zważyć każdy worek z próbką z próbką i zanotować masę całkowitą. Zbierz pozostały materiał z woksela do worka na próbkę geochemiczną, pozostawiając kilka centymetrów gleby ze wszystkich czterech stron, aby zapobiec zanieczyszczeniu krzyżowemu z następnym wokselem. Powtórz te kroki dla każdego woksela.

Włóż rdzenie do poziomego KSAT, gdy boczna powierzchnia woksela otwiera się z sekwencyjnym wykopem. Użyj drewnianego klocka i drugiego rdzenia, jak poprzednio, aby zminimalizować zagęszczenie i zebrać rdzeń gleby. Pokazano tutaj trójwymiarowy schematyczny widok wokseli lizymetru glebowego wzdłuż długości, głębokości i szerokości zbocza.

Schemat jednego woksela wzdłuż płaszczyzny XYZ lizymetru jest pokazany tutaj z przykładami typów zebranych rdzeni. Rdzenie te można zobaczyć na reprezentatywnym wokselu pokazującym rdzeń mikrobiologiczny, poziome i pionowe rdzenie przewodnictwa hydraulicznego, rdzeń o gęstości nasypowej i pozostałą próbkę z woksela używaną do analizy geochemicznej. Pokazano tutaj dwuwymiarową izopletową mapę cieplną reprezentatywnych próbek o gęstości nasypowej.

Wartości gęstości nasypowej uzyskano poprzez przeniesienie próbek do aluminiowych naczyń wagowych i wysuszenie ich w piecu. Pola pozostawione puste reprezentują woksele, w których pobranie próbki nie było możliwe ze względu na obecność czujników i brak miejsca na umieszczenie rdzeni o gęstości nasypowej. Dwuwymiarowa mapa cieplna stężenia DNA jest pokazana tutaj.

W przypadku rdzeni mikrobiologicznych pobrano podpróbki z dwóch gramów gleby w celu wyodrębnienia DNA drobnoustrojów reprezentatywnych dla każdego woksela. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wykopać lizymetr glebowy w celu intensywnego pobierania próbek hydrologicznych, mikrobiologicznych i geochemicznych. Oczekuje się, że procedura ta dostarczy istotnych informacji na temat badań nad rozwojem gleby i ewolucją krajobrazu.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, że oszacowanie wielkości woksela i skali kamieniołomu określi czas i wysiłek potrzebny do pobrania próbki. Wizualne zademonstrowanie tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ pobieranie próbek mikrobiologicznych, hydrologicznych i geochemicznych musi być wykonywane w sposób systematyczny, bez niszczenia lub zanieczyszczania próbek. Wierzymy, że intensywny schemat pobierania próbek pozwala nam uchwycić wpływ skali na właściwości hydro, biologiczne i geochemiczne w bardzo dokładny i szczegółowy sposób.

Implikacją tej techniki jest to, że zmierza ona w kierunku możliwości przeprowadzenia podobnych wykopalisk, w celu obserwacji i ilościowego określenia różnych aspektów rozwoju gleby oraz ich różnych warunków środowiskowych i skali. Nie zapominaj, że próbki mikrobiologiczne muszą być pobierane z najwyższą ostrożnością. Postępuj zgodnie ze sterylną procedurą, w tym użyciem rękawiczek i maski, aby zapobiec zanieczyszczeniu.

Przedstawione techniki są proste, powtarzalne i elastyczne, dzięki czemu można je dostosować do wielu pytań badawczych. W ten sposób możliwe jest wdrożenie alternatywnych projektów eksperymentalnych.