Monólito escavação para Coupled Hidrológicos, geoquímicos e microbiológicos Investigações

Estudar a coevolução de processos hidrológicos e biogeoquímicos no subsolo de paisagens naturais pode melhorar a compreensão dos processos do sistema terrestre acoplado. O objetivo geral deste método é escavar um lisímetro de solo para entender a heterogeneidade hidrológica, geoquímica e microbiológica do subsolo. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo dos processos do sistema terrestre acoplado.

Por exemplo, como os processos hidrológicos e biogeoquímicos coevoluem no subsolo dos ecossistemas naturais. A principal vantagem dessa tática é que ela pode capturar a heterogeneidade espacial das propriedades hidrológicas, geoquímicas e microbiológicas do solo em sua escala de amostragem. Divida o lisímetro em Voxels de comprimento, largura e profundidade fixos usando o sistema de coordenadas espaciais euclidianas.

Divida a distância total ao longo de cada direção em um número adequado de intervalos igualmente espaçados. Atribua a cada amostra um local XYZ exclusivo e identifique-o como um Voxel. Nesta escavação, X denota a localização ao longo da largura da encosta, Y denota a localização ao longo do comprimento da encosta e Z denota a localização ao longo da profundidade da encosta.

O tamanho dos intervalos dentro de cada dimensão determina a largura, o comprimento e a profundidade dos Voxels. Aqui é mostrada a divisão do lisímetro após determinar os intervalos de espaçamento, juntamente com a origem escolhida para o sistema XYZ. A divisão no esquema de escavação atual tem nove intervalos ao longo das direções Y e Z, e quatro intervalos ao longo da direção X, produzindo um total de 324 Voxels.

Para a demarcação de Voxels, prenda fita métrica ao longo do comprimento da inclinação para fornecer uma visão ao seu sistema de referência para orientação durante a demarcação de Voxels. Marque a dimensão de cada solo Voxel com a ajuda da fita métrica. Desenhe linhas de grade para cada camada usando escudos de lâmina de alumínio e espátulas de plástico.

Descarte os materiais de limite a cinco centímetros de cada parede para evitar efeitos de limite. Colete amostras de microbiologia assepticamente de cada Voxel antes das análises hidrológicas e geoquímicas, para evitar a contaminação cruzada das amostras. Certifique-se de que luvas novas sejam usadas por todos os membros que realizam a escavação para reduzir a contaminação da pele humana.

Use um descaroçador de solo de um centímetro de diâmetro e 20 centímetros de altura e uma espátula fina para coleta de amostras microbiológicas. Limpe o descaroçador e a espátula com água destilada. Seque-os com lenços limpos e enxágue-os com etanol 75% usando um borrifador.

Antes de deixar o descaroçador e a espátula secarem ao ar. Núcleo a uma profundidade de 10 centímetros em cada local do Voxel. Em seguida, use a espátula para esvaziar a amostra de solo em sacos plásticos pré-esterilizados que foram abertos pouco antes de depositar a amostra.

Anote o tempo de coleta de cada amostra. Homogeneizar as bolsas de amostra manualmente. Armazene o saco de amostra em um refrigerador de gelo durante a amostragem e transfira-o o mais rápido possível para o freezer de 80 graus Celsius negativos.

Coloque o espectrômetro de fluorescência de raios X portátil no suporte e aponte a janela do feixe diretamente para o cordão de metal da fábrica. Selecione cal e aguarde 30 segundos para permitir que a calibração seja concluída. Limpe a janela do feixe antes de fazer todas as medições.

Meça a superfície de cada Voxel em triplicado em três locais diferentes. Coloque o instrumento na superfície do solo e aguarde 90 segundos para permitir que a medição seja concluída. Limpe os núcleos metálicos para densidades em massa dos Voxels desejados.

Limpe os núcleos de policarbonato para medições de condutividade hidráulica ou KSAT dos Voxels desejados. Insira verticalmente núcleos de metal e núcleos de policarbonato nos Voxels desejados. Tome cuidado para não danificar os sensores ou fios do sensor martelando suavemente os núcleos no solo usando uma superfície plana, como um bloco de madeira, entre o núcleo e o martelo para minimizar a perturbação do solo.

Além disso, quando o núcleo estiver na metade do solo, coloque um segundo núcleo em cima do primeiro núcleo. Coloque o bloco de madeira em cima do segundo núcleo e martele suavemente o bloco até que o primeiro núcleo esteja embutido no solo com as bordas do núcleo ainda visíveis. Tome cuidado para garantir que o Voxel que está sendo amostrado seja isolado dos limites e Voxels vizinhos antes da coleta de amostras geoquímicas.

Para conseguir isso, use espátulas de plástico seguidas de espátulas manuais para coletar amostras de solo ao redor de núcleos de metal ou polipropileno em sacos de amostras geoquímicas rotulados, até que os núcleos possam ser facilmente removidos. Remova os núcleos de polipropileno e cubra ambos os lados com tampas plásticas vermelhas. Rotule o núcleo de polipropileno vertical como V e o núcleo de polipropileno horizontal como H, seguido pelo ID da amostra.

Pesar cada saco de amostras com uma amostra e registar o peso total. Colete o material restante do Voxel no saco de amostra geoquímica, deixando para trás alguns centímetros de solo nos quatro lados para evitar a contaminação cruzada com o próximo Voxel. Repita essas etapas para cada Voxel.

Insira os núcleos para KSAT horizontal à medida que a face lateral do Voxel se abre com escavação sequencial. Use o bloco de madeira e o segundo núcleo, como antes, para minimizar a compactação e coletar o núcleo do solo. Aqui é mostrada uma visão esquemática tridimensional dos Voxels do Lisímetro do Solo ao longo do comprimento, profundidade e largura do talude.

Uma visão esquemática de um Voxel ao longo do plano XYZ do lisímetro é mostrada aqui com exemplos dos tipos de núcleos coletados. Esses testemunhos podem ser vistos em um Voxel representativo mostrando o núcleo microbiológico, os núcleos de condutividade hidráulica horizontal e vertical, um núcleo de densidade aparente e a amostra restante do Voxel sendo usada para análise geoquímica. Aqui é mostrado um mapa de calor isoplético bidimensional de amostras representativas de densidade aparente.

Os valores de densidade aparente foram obtidos transferindo amostras para pratos de pesagem de alumínio e secando-os em estufa. As células deixadas em branco representam Voxels onde a coleta de amostras não foi possível devido à presença de sensores e à falta de espaço para acomodar núcleos de densidade aparente. Um mapa de calor de concentração de DNA bidimensional é mostrado aqui.

Para testemunhos microbiológicos, dois gramas de solo foram subamostrados para extrair o DNA microbiano representativo de cada Voxel. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter um bom entendimento sobre como escavar um lisímetro de solo para a coleta intensiva de amostras hidrológicas, microbiológicas e geoquímicas. Espera-se que este procedimento produza uma visão significativa sobre os estudos de desenvolvimento do solo e evolução da paisagem.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que a estimativa do tamanho do Voxel e da escala da pedreira determinará o tempo e o esforço necessários para a coleta da amostra. A demonstração visual deste método é crítica, porque a amostragem microbiológica, hidrológica e geoquímica deve ser feita de maneira sistemática, sem destruir ou contaminar as amostras. Acreditamos que um esquema de amostragem intensivo nos permite capturar os efeitos de escala nas propriedades hídricas, biológicas e geoquímicas de uma forma muito fina e detalhada.

A implicação desta técnica, é a possibilidade de realizar escavações semelhantes, a fim de observar e quantificar diferentes aspectos do desenvolvimento do solo e suas diferentes condições ambientais e escala. Não se esqueça de que as amostras microbiológicas devem ser escavadas com extremo cuidado. Siga o procedimento estéril, incluindo o uso de luvas e máscara, para evitar contaminação.

As técnicas descritas são simples, repetíveis e flexíveis para acomodar várias questões de pesquisa. Assim, permitindo a implementação de projetos experimentais alternativos.