Summary
这项研究提出调查地下的水文,地球化学和土壤蒸渗仪的微生物异质性挖掘方法。在蒸渗仪模拟人工坡面它最初是均匀的条件下,并在18个月内曾受到近5000毫米的水灌溉超过8个周期。
Introduction
土壤和景观动态由物理,化学的复杂的相互作用,和生物过程1型。水流量,地球化学风化和生物活性塑造景观的整体发展成一个稳定的生态系统中2,3。虽然表面的变化都在地下区域景观4的最显着的特征,水文地球化学的认识累积效应,和微生物方法是了解潜在力量塑造景观2至关重要。未来气候情景摄惊慌失措进一步进化景观5的可预见性和模式。因此,它成为对景观尺度6小规模的过程链接到他们大型的表现是一个挑战。传统的短期实验室实验或与未知的初始条件和时间变化迫使功亏一篑捕捉个自然景观实验Ë固有景观演变的异质性。另外,由于强非线性耦合,它是很难预测在异构系统7从水文模拟生物地球化学的变化。在这里,我们描述了一种新的实验方法来挖掘已知初始条件完全控制和监测土坡。我们的挖掘和取样程序的目的是捕获沿其长度和深度的坡面的显影异质性,以提供全面的数据集来调查水力生物地球化学相互作用以及它们对土壤形成过程的影响的目的。
在自然界中发现水文系统远远不是静态的时间,在发生了大范围的空间和时间尺度3的水文响应变化。沿着风景流动通道的空间结构决定的速度,程度和地球化学反应和生物殖民化推动的分布风化,运输和溶质和沉积物的沉淀,和土壤结构的进一步发展。因此,结合从土壤学,地球物理和生态知识转化为理论和实验设计,评估水文过程,提高水文预测已建议8,9。景观演变也由地下的生物地球化学过程与水动力学,土壤发育过程中元素的迁移,并结合由空气,水矿物表面和微生物10的反应所带来的矿物转变的影响。因此,为一个变化的领域内研究地球化学热点的发展是重要的。此外,关键是为了了解复杂的景观发展的动态初始土壤形成过程中涉及的地球化学风化图案,水文过程和微生物的签名。土壤发生的具体过程管辖由气候,生物输入,浮雕和时间上的特定母材的综合影响。该实验的目的是要解决的条件,其中下在母材通过用浮雕(包括斜率和深度)相关的水文和地球化学变化支配风化的非均质性,并是受环境梯度( 即 ,氧化还原电位)驱动在微生物活性相关的变异母体材料,气候和时间保持不变。对于微生物的活性,土壤中的微生物是重要组成部分,而且对景观稳定性11深远的影响。它们在土壤结构,营养元素的生物地球化学循环和植物生长至关重要的作用。因此,有必要了解这些生物体如风化司机,土壤发生,和景观形成过程的重要性,同时识别的水文流动路径和地球化学我们的倒数效果athering对微生物群落结构和多样性。这可以通过在一个不断发展的景观的水文地球化学特征也正在研究并行研究微生物群落多样性的空间异质性来实现。
在这里,我们提出了一个土壤蒸渗仪,操作上名为miniLEO,设计模仿设在生物圈2号(亚利桑那大学)的景观演变天文台(LEO)的大型零阶盆地模型的挖掘过程。该miniLEO目的是为了查明从累计异构水文生物地球化学过程所产生的小规模的景观演化模式。它是一个蒸渗2米长,0.5米宽,并在高度1米,以及10°的斜面( 图1)。此外,蒸渗的壁是绝缘的,涂有非生物降解的两部分组成的环氧底漆和骨料填充脂族氨基甲酸酯涂层,以避免潜在的污染或浸出从蒸渗帧到土壤中的金属。在蒸渗仪中弥漫着被从火山口梅里亚姆在亚利桑那州北部关联晚更新世火山灰的存款中提取碎玄武岩。加载的玄武岩材料是相同的大得多的LEO实验中使用的材料。矿物组合物,粒度分布,和液压属性由潘高等人 12所述。下坡渗水面带小孔的塑料屏幕(0.002米直径的孔,14%的孔隙率)的衬里。该系统配有传感器,例如水含量和温度传感器,两种类型的水势传感器,土壤 - 水取样,液压重量平衡,导电性的探针,以及压力传感器,以确定水位高度。在蒸渗仪被用于灌溉前的开挖18个月。
此次发掘是在方法上细致,旨在回答两大问题:(1)什么水文,地球化学和微生物的签名可以在斜坡的长度和深度可以观察到相对于模拟降雨条件和(2)是否水力生物地球化学过程之间的关系,并反馈的坡面发生可以从推断个人签名。除了实验装置和发掘过程中,我们提出了关于如何申请类似的发掘协议兴趣研究加之地球系统动力学和/或土壤发展进程的研究人员具有代表性的数据和建议。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1,设计一个采样矩阵,确保蒸渗仪的系统全面的采样
- 划分蒸渗成固定长度,宽度和深度的体素。
- 使用欧几里德空间坐标系和除以沿每个方向(X,Y和Z)的总距离成相等的间隔有足够的数量。考虑丢弃蒸渗仪的墙壁附近的土壤,以避免边界效应。
注:沿四个壁5cm的缓冲器在本实验中,以避免边界效应被采用,同时确保土壤的收集的体积是足够的。 - 分配每个样品独特的XYZ位置,并确定为一个像素。
注:在此挖掘,X表示沿着斜坡的宽度位置,Y代表沿斜坡的长度位置,而ž沿着斜坡的深度表示位置。每个维中的时间间隔的大小决定的宽度,长度和体素的深度。˚Figure 2显示了与确定为XYZ系统原点选择沿空闲间隔后蒸渗仪的划分。在目前的开挖方案的部门有两个沿Y和Z方向9间隔在X方向4个间隔,产生共为10厘米×20厘米×10cm的尺寸( 图3)324像素。
注意:所选择的取样策略确保了整个系统均匀地与传感器的损害最小采样。每个体素(1-2厘米)的边界被丢弃向相邻像素限制交叉污染。此外,体素的尺寸确保有足够的土壤材料可用于微生物,地球化学以及在每个体素水文样品收集。
- 使用欧几里德空间坐标系和除以沿每个方向(X,Y和Z)的总距离成相等的间隔有足够的数量。考虑丢弃蒸渗仪的墙壁附近的土壤,以避免边界效应。
蒸渗仪图1.侧视,从渗水发蒸渗仪观CE。也可见是在四个角三个传感器区域(白色聚氯乙烯管)沿着所述斜坡和喷水灭火系统。
图2.采样方案。沿着XYZ。A. X尺寸蒸渗仪的采样方案将宽到每个10厘米4个部分,而划分Ÿ长度为20cm的B. z方向指示的深度和分为9层10厘米深。 5厘米一直在蒸渗仪边缘的边界被确定,以防止可能会表现出边界效应样本的采集。 请点击此处下载此文件。
图3.三-D一个体素的imensional表示。沿蒸渗的XYZ表平面中的一个体素的视觉示意图。整个斜坡分为324像素等,每个像素描绘了一次抽样单位。 请点击此处下载此文件。
2.添加亮蓝FCF染料来追踪水分入渗坡面
- 在土壤表面应用亮蓝染料,足以覆盖顶部105厘米沿Y方向的表面。盖上塑料布残土。
- 选择的浓度(这里是10克/升),以保证对黑色玄武岩土壤的对比。染料添加到灌溉系统舱,并用水稀释至所需的浓度。
- 决定基于该渗透前的期望深度和由灌溉系统供给的速率灌溉的持续时间。
注:对于这项研究中,我20分钟( 图4)之前,挖掘30毫米/ hr的rrigation率被认为是为了在第一几厘米,以确定水渗入的异质模式就足够了。 - 经过染料的应用,给时间渗透到停止,蒸渗仪内的水分状态达到平衡。在这项研究中,经过一段时间的应用染料和发掘之间的10小时(过夜)的是适当的。
3.体素的划界
- 附加测量沿着斜坡的长度胶带体素划分期间提供指导的原位参考系统。
- 标记每个土壤体素与测量带的帮助下的尺寸。绘制用于 使用铝-刀片护罩和塑料油灰刀( 图4)每层网格线。丢弃的边界材料(从每个隔壁5厘米防止边界效应)。
图4.蒸渗仪的顶视图,该视图显示层2的染色表面(10厘米深)。土壤表面上绘制以辅助取样网格也是可见的,与在微生物样品收集后的各体素芯孔区域沿。
4.微生物样品采集
- 从每个像素前的水文地球化学收集样品微生物分析无菌操作,防止样品的交叉污染。确保新手套通过进行挖掘,以从人体皮肤减少污染所有成员佩戴。
- 使用直径为1cm和20厘米高和薄刮刀微生物样品收集的土壤取样器。清洁取样管并用蒸馏水锅铲,擦干用干净的纸巾,并与使用喷雾瓶75%乙醇冲洗干净。允许取样器和抹刀风干。
- 说明C各样品的ollection时间。使用取样器核心在每个体素位置为10厘米的深度,并且刮刀清空土壤样品引入预消毒的塑料袋( 图5)。小心开袋之前,为了沉积样品。手工匀化样品袋。
- 存储在冰冷却器样品袋采样期间,并尽快转移到-80℃冷冻机中。
图5.微生物样本采集,为20厘米×1厘米,无菌袋,和抹刀一个小的手持式取样器的微生物取样过程中显示在这里。 请点击这里下载此文件。
5.地球化学和水文样品采集
- 在X和Y PL照片染地区开挖的地方观察染料深处期间ANES。使用色卡来提供用于彩色观察( 图6)的参考。确保适当的自然采光存在正确记录颜色强度。
- 在开始测量前校准便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)每天。用于校准和测量的细节,见生产商的说明13( 图7)。简要地说,放置在支架上的仪器,并直接指向波束窗口到工厂金属珠。选择“校准”并且等待30秒,以允许完成校准。
- 服用每次测量前清洁束窗口。测量一式三份的每个体素的表面在三个不同的位置。放置在土壤表面上的pXRF仪器并等待90秒,以允许完成测量。
注:X射线可以通过在光束方向的长距离穿透。因此,ensu再次,只有经过培训的人员处理设备,并保持适当的安全协议。
- 服用每次测量前清洁束窗口。测量一式三份的每个体素的表面在三个不同的位置。放置在土壤表面上的pXRF仪器并等待90秒,以允许完成测量。
图6.色卡遵循染料渗入。可见染料渗透每个位置与作为基准的色卡拍照。 请点击此处下载此文件。
图7.便携式X射线荧光光谱仪。手持pXRF定位在体素的表面。测量在每个体素的表面上的三个不同位置记录,然后取平均值。
- 干净的金属芯(高度= 3厘米,直径= 5.7Hz厘米)和聚碳酸酯共水库(高度= 6厘米,直径= 5.7Hz厘米)对堆积密度(BD)和所需的体素,分别( 图8)的水力传导率测量(KSAT)。
- 纵向金属核和核聚碳酸酯(垂直KSAT)插入注意不要损坏传感器或传感器导线所需的体素。轻轻敲打芯进入土壤,小心使用的平坦表面,如核心和锤之间的木材块,以便最小化干扰的土壤做到这一点。此外,一旦芯是中途进入土壤,放置一个第二芯的第一芯的顶端。放置在第二芯的顶部的木块,直到第一芯嵌入在与芯轮辋仍然可见土壤轻轻锤块。
- 作为体素的侧面具有连续挖掘开辟了插入水平KSAT芯。如步骤5.4中提到,以尽量减少压实使用木块和第二核心。
- 请注意,以确保像素被抽样从边界和相邻体素之前地球化学样品采集隔离。为此使用塑料油灰刀,随后手持式镘刀围绕金属或聚丙烯芯土壤样品采集到标地球化学(GC)样品袋中,直到核心可以轻松卸下来( 例如 , 图9A,B)。
图8.堆积密度和水力传导芯。聚丙烯芯(左)被用于收集垂直和水平水力传导率的样品而金属芯(右)用于收集堆积密度的样品。
图9.体素的划分。塑料油灰刀被用来(A)隔离前(B)地球化学,容重和水力传导核心种质像素的界限。 请点击此处下载此文件。
- 取出金属芯,从两端刷掉多余的材料,并从核心传递样品标记BD样品袋中。称重每个样品袋样品并记录的总重量。
- 取出聚丙烯核心。盖两侧用红色塑料瓶盖和标签垂直的聚丙烯核心是“V”和水平的聚丙烯核心为“H”之后样品编号。
- 从体素到GC样品袋收集剩余的物质,留下一对土壤的几厘米在所有四个侧面,以防止与下一个体素的交叉污染。
- 从步骤重复5.1到5.9的体素的一层中的其余部分。
- 一旦从一层的所有像素已经完成后,重复步骤3.2至5.10的后续层。
注意:步骤5.1的需求,只对具有可见染料的体素执行。参阅图10可视化的体素突出显示从每个体素采集的所有样本的代表图。
图10.代表性体素,红色虚线表示芯收集微生物样品,绿色虚线表示水平水力传导率芯,黄色划线表示垂直水力传导芯,紫色虚线表示堆积密度芯和蓝色椭圆边界指示剩余从素样品被用于地球化学分析, 请点击此处下载该文件。 </ P>
6.样品分析
- 收集了微生物样本使用分析分子(土壤中微生物DNA提取)14和培养(异养平板计数)15的分析。使用定量聚合酶链反应(定量PCR)16,以及高通量基因测序实验17,18提取的DNA。
- 收集了地球化学使用的样品分析来衡量地球化学性质包括pH值(US EPA方法150.2),电导率(EC)(US EPA方法120.1),碳和氮的含量(US EPA方法415.3,元素19的连续提取的群众,和X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱按照斯坦福同步加速器辐射实验室规格,来调查矿物变换。
- 使用收集用于实验室实验水文分析岩芯样品,如容重20和水力传导系数21。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
像素尺寸确保了样本的采集水文,地球化学和微生物学的测量。开挖过程产生了324内核的微生物分析,972 pXRF数据点,324地球化学样品袋,180 KSAT样品(128垂直和水平方向52)和311容重样本。亮蓝染料的优先流还观察到的表面的小于30厘米的深度。从蒸渗仪的单一的垂直切片一组有代表性的样品81被选为初步分析。选择的样品来自于斜率X = 2的位置,而Y和Z体素从0-8范围。从DNA浓度,堆积密度,和pXRF的Fe(铁)和Mn(锰)的测量的初步结果这里提出作为一个二维曲线图( 图11)等值线热图。
的堆积密度测量初步分析(
微生物DNA从代表芯萃取。回收的DNA的浓度分别为多相,并从这些检测限以下,以一个高的干土30纳克/克之间。平均浓度最高在层Z = 3(20-30厘米)用方差单向示出在该层中显著较高浓度分别定位(p值= 0.013,α= 0.05)。沿Y规模Y = 8(浸润面区域代表沿蒸渗仪的长度160-180厘米)平均浓度记录的最高值。然而,单向ANOVA不显著(α= 0.05)沿其长度。在层Z = 6(50-60厘米)单个像素记录,即使层的Z-平均= 6了低浓度DNA浓度高。大部分的其它区域中的2-10纳克/土克( 图11b)的范围记录浓度。因此,看来微生物存在是横跨蒸渗比沿斜坡的长度的深度更异质性。从初步分析,层Z = 3是表明较高的微生物存在。它很可能是间歇好氧厌氧口袋的电位的氧化还原边界区域存在于该层,产生有利于存在的环境条件两者兼需氧和厌氧微生物。该DNA恢复模式也显示,在更深的层次高,低浓度的补丁。相比之下,较高浓度在脚趾斜率被间歇地观察到的,这可能是由于在这个区域中的粒子的沉积。与低于检测极限浓度DNA的区域表明可以归因于一个事实,即所研究的系统是高度贫营养生物量低的口袋。总的微生物群落有清醒的认识将进一步实验,包括细菌,古菌的定量PCR定量和真菌的人口和高通量基因测序分析来实现。
定性总元素铁和锰浓度显示类似的模式( 图11 c和分别为D)。对于这两种元素,观察到中期的斜率,以及脚趾斜坡的表面上较高的浓度。 ŧ他很可能意味着元素的溶解发生在上斜坡。然后溶解离子和微粒可以潜在流下的斜率和在较低斜率沉淀或沉积。然而,铁含量表现出比锰含量变化较大。从铁80-94毫克公斤-1不等,而锰介于1.12至1.28毫克公斤-1。由于母材一般是均匀的,每像素Fe浓度较大的变化,从风化与空气和水的铁反应归结为动员和第二相的析出。整个斜坡的表面上观察到的较低的DNA浓度可以指示化能自养利用主矿物(玄武岩),而在较低层和防渗面观察高生物量贴剂可以与次级矿物累积相关的低能力的高的生物量的值作为建议(Z = 3,Y = 8),其对应于升高的堆积密度和Mn浓度。这个模式表明次生矿物( 例如 ,氢氧化铁)通过自养微生物的潜在的沉淀。微生物多样性的未来将分析进一步阐明所观察到的关系。事实上,文献报道对贫营养火山灰玄武传媒有限微生物的生长,随着风化引起的降低基材充当微生物代谢22和发展的投入。在半山坡上地区的中层观察到高的元素反应也可能反映的氧化还原边界在这一地区的形成。
图11. 二维等值线热图。 (A)堆积密度大。通过在105℃48小时传送样品铝称重菜肴和干燥箱他们获得密度值。留在空白单元格表示,其中像素样本采集是不是possible由于传感器的存在和缺乏空间以容纳堆积密度芯。(B)的DNA的浓度。对于微生物芯,2克土壤的混合物二次采样以提取微生物DNA,代表每个像素的(C)元素的Fe和(D )元素的Mn。对于Fe和Mn元素分析,以一式三份测定,共81个样本的pXRF数据。计算和绘制在每个像素的每个元素的平均值。 请点击此处下载此文件。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
景观进化是水文,地球化学和生物过程12的累积效应。这些过程控制流量以及水和元件运输,并在不断发展的景观生物地球化学反应。然而,捕捉交互同时要求精确协调的实验设计和抽样。此外,研究早期景观演化是自然系统困难,用有限的能力来识别“零时间”的条件。文献报道其进行测量植物根系密度23,而灌溉和挖掘基于现场的办法是由Graham等 24和 安德森等人一个所报告的破坏性蒸渗仪研究25但是,没有研究结合的方法用于研究水文模拟景观-geochemical-微生物异质性。我们研究的一个重要组成部分,是确保规模は用于实验和选择,以保证所选择的尺度的差异性,取样程序定义S为有效地抓获。研究地球系统进程和通过在水文26,地球化学27和微生物学28的各自领域的研究人员已注意到当规模的问题是特别重要的。在这项研究中概述的方法的目的是研究的范围内相关与我们的研究问题水力地球化学-微生物过程的,而在同时提供灵活地修改根据个人研究问题的协议。
我们的初步代表性的结果表明,均匀的起点环境将开发异质性。堆积密度的结果表明,由于t的范围内的流动过程的区域的存在下具有较高的值在接近渗面深层,这可能代表微粒的积累的结果他蒸渗以及所造成的湿润土壤的重叠重量压实。这两个假设可能与其他参数的调查阐明。例如,通过执行体素的粒度分析,有可能获得更精细的实际比例与较粗的颗粒。初步总铁和锰浓度表示元素的溶解和再沉淀的发生的挖掘之前施加几个浇水循环到蒸渗仪的结果。这样的结果可以用两种方式来解释:(1)水易位粘土和更细尺寸的颗粒,在铁,锰富集,下降斜率在那里他们可以在较低的斜率29积累(这假定物理运动比化学更重要反应); (2)溶于水的细颗粒和可溶性微量离子,如铁,锰,在较低的斜率沉淀(这种情况下假定的化学反应是主要的驱动力)。为了到c onfirm元素不稳定性的机制,还需要更多的证据。 DNA浓度测量证实微生物的生命中的蒸渗异构分布。尽管玄武岩坡面的低营养条件,以检测微生物生命的存在的能力表示贫营养条件下的微生物定植是可能的。这一发现与玄武岩主办的微生物群落,并在不同的环境中,如火山土壤30,洋底31,和热带分水岭出现在每个体素的微生物多样性的32。进一步分析并发生物介导风化报道一致,以解决有关的假设需要微生物的潜在贡献风化过程。当我们的样品和结果全面的分析,我们就能解释早期景观演化过程中发生的水文地球化学和微生物的相互作用。
ntent“>本文中介绍的方法更是一个步骤的建议,而不是挖掘土壤蒸渗仪,探索水文和生物地球化学相互作用刚性方案。某些步骤可能或多或少相关取决于研究的目标。这是同样重要的是强调执行此类挖掘所需的时间。我们的挖掘需要一队3人在任何时候都在工作的一些日子最终添加1个或2其他人。此次发掘历时10天,每天工作当的时间限制将被考虑小时8至10小时之间的范围内,因此,仔细选择期望的步骤是非常重要的。另外,在该协议中概述的一些步骤是被要求。在到的挖掘和研究问题的成功的关键染料的应用,特别必须小心,以确保已标记保持未染色区域被适当地覆盖,以防止从leaki染料纳克到未染色的区域。该体素尺寸的良好估计也是本实验的成功是至关重要的。的体素尺寸确定样品收集的规模:体素的更大数量意味着在仔细挖掘每个体素,而不是更少的体素的数量和粗采样分辨率花费的时间增加的成本更精细的采样分辨率。防止使用手持式镘刀和塑料油灰刀样品的交叉污染也很重要,无论是对微生物学和地球化学样品采集和分析。若干修改协议的可以进行的基础上,研究问题。首先,参照尺度的问题,人们可以选择开发一个抽样策略比这里或选择所描述的骏马规模较细的协议;但是选择用于该实验的规模证实我们已捕获显著物理,化学和在坡面生物非均质性。这些荆ES有根据被要求研究问题提出,坡面或者蒸渗仪的规模,可以构建和物流进行分析。第二,许多这样的微型测渗计可以被设置以研究土壤开发过程。例如,当经受不同的降水时段,或土壤剖面的发展上具有相同的母料,但相对于坡度,降水,温度等区别对待山坡研究人员可能想看看不同的土壤物质的风化此外,该研究期间也可进行修改的基础上研究的问题和研究人员可能需要构建相同的渗漏池其次是各蒸渗仪暂时的破坏性发掘。
第三,植被可以引进来研究植物生长的水文流动路径,地球化学风化和微生物群落发展的影响。
此外,重谁愿意学习,而不是专注于发展阶段的现有流程和景观功能,搜索,可以申请我们的方法对土壤巨石在自然环境中。传统的土壤安装程序可以遵循以获得土壤整料,接着整料划分到感兴趣明确界定的区域。这种方法可克服在现场进行测渗计的强烈的破坏性取样相关的限制。选择然后可以以类似的方式被挖掘的部分,以观察特定于整料水文,地球化学和微生物特性。
这种方法的局限性是由分别位于靠近感应器,像素获得所有样本集。在坡面的某些区域预嵌入式传感器可防止水文样品的汇编。此外,为否定的优先流路的影响,由于传感器的存在,从这些位置的一些样品被丢弃。此外,在挖掘分两个阶段在一段十天进行,三天相之间的间隙。同时注意,以覆盖挖掘相之间的暴露表面,该暴露的层可能表现出改变微生物活性由于改变蒸气压和氧化条件。这个长度的挖掘是这样的时间消耗,这又可能引入额外时间敏感的变化。
捕获景观异质性由水文,地球化学和微生物方法的影响,是一个挑战。上彼此这些过程的协同作用的化合物的复杂性。在这个规模和强度提出了模拟景观的发掘新颖。协调水文,地球化学和微生物样本的采集,而不会影响样品的完整性的能力提出了开展多学科是个优秀的方法地球系统进程案例研究。概括的技术简单,可重复和灵活,以适应多研究问题,从而使实施替代实验设计。这种方法的未来结果可能包括潜在发展的理论框架和景观演化模型来回答地球系统动力学的复杂问题。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Measuring tape | Any | Any | Preventing cross-contamination of samples is crucial. Therefore, it is helpful to have multiple putty knives to isolate voxel boundary. |
Brilliant Blue dye | Waldeck GmBH &Co | B0770 | Rulers can be used to draw grids. The sampling strategy can be modified based on individual experiments. |
Soil Corer | AMS | 56975 | Any commercially manufactured Brilliant Blue dye can be used. |
75% Ethanol | Any | Any | A Nikon D90 camera and 50 mm lens were used for photography. Any high resolution camera and lens can be used for this purpose. |
Spray Bottle | Any | Any | Use of dye and color card is subjective to individual experiments and/or research questions. |
Spatula | Any | Any | Gardening gloves may be used if handling of corer becomes tedious. |
Gloves | Any | Any | Ensure microbiology samples are kept in ice during sampling and frozen as soon as possible. |
KimWipes | KimTech Science | Any | Water can be used to wash soil corer, prior to sanitizing with ethanol. |
Sterile Sample bags | Fisher Scientific | Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZ | Keep buckets and dustpans handy to facilitate removal of waste soil. |
Color Card | Any | Any | The original design of miniLEO has various sensors embedded in the lysimeter. Such sensors may or may not be necessary based on the scope of individual experimental design. |
X-ray Fluoresce Spectrophotmeter | XRF, OLYMPUS | DS-2000 Delta XRF | |
Polypropylene cores | Any | Any | |
Metal cores | Any | Any | |
Caps for polypropylene cores | Any | Any | |
Hammer | Any | Any | |
Plastic putty knives | Any | Any | |
Face masks | Any | Any |
References
- 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. Catchment coevolution: A useful framework for improving predictions of hydrological change? Water Resour. Res. 6, 1-20 (2015).
- Sharp, R. P. Landscape evolution (A Review). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 79, 4477-4486 (1982).
- 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).
- 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).
- Wang, Y., et al. Dissecting the Hydrobiogeochemical Box. in Am. Geophys. Union Fall Meet. , (2015).
- Lin, H., et al. Hydropedology: Synergistic integration of pedology and hydrology. Water Resour. Res. 42 (5), W05301 (2006).
- Band, L. E., et al. Ecohydrological flow networks in the subsurface. Ecohydrology. 7, 1073-1078 (2014).
- Churchman, G. j, Lowe, D. Handbook of Soil Science Properties and Process. 1, CRC Press,Taylor & Francis. (2012).
- 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).
- 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).
- User Manual: Delta Famiy Handheld XRF Analyzers. , Innov-X-Systems. http://usenvironmental.com/download/manuals/Olympus%20-%20Delta%20User%20Manual.pdf (2013).
- 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).
- JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology. Culturing and Enumerating Bacteria from Soil Samples. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
- JoVE Science Education Database. Essentials of Environmental Microbiology: Quantifying Environmental Microorganisms and Viruses Using qPCR. , JoVE. Cambridge, MA. (2016).
- Sengupta, A., Dick, W. A. Bacterial community diversity in soil under two tillage practices as determined by pyrosequencing. Microb. Ecol. 70, 853-859 (2015).
- Caporaso, J. G., et al. Correspondence - QIIME allows analysis of high- throughput community sequencing data. Nat. Publ. Gr. 7, 335-336 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Gleeson, T., Paszkowski, D. Perceptions of scale in hydrology: what do you mean by regional scale? Hydrol. Sci. J. 00, 1-9 (2013).
- 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).
- Fierer, N., Lennon, J. T. The generation and maintenance of diversity in microbial communities. Am. J. Bot. 98 (3), 439-448 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).