이 연구는 지하 수문, 지구 화학 및 토양 모형 매립의 미생물 학적 이질성을 조사하기위한 굴착 방법을 제시한다. 모형 매립은 균일 한 상태에서 처음이었고, 18 개월 기간에 관개의 팔 사이클을 통해 물을 약 5,000mm에 실시한 인공 hillslope을 시뮬레이션합니다.
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이 논문에서
요약
초록
자연 경관의 지하에서 수문학적 및 생지화학적 과정의 공진화를 연구하는 것은 결합된 지구 시스템 과정에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 지식은 특히 기후 변화 시나리오에서 수력 생물지화학적 순환의 예측을 개선하는 데 필수적입니다. 우리는 초기에 균질한 토양 시스템의 지하 이질성을 포착하기 위해 고안된 실험적 방법을 제시합니다. 이 방법은 소규모 언덕 경사면을 시뮬레이션하도록 설계된 토양 용해계의 파괴 샘플링을 기반으로 합니다. 1입방미터 용량의 계량 라이시미터를 섹션(복셀)으로 나누고 각 복셀에서 하위 샘플을 수집하여 층별로 굴착했습니다. 굴착 절차는 토양의 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 특성에 대한 공간적 평가에 중점을 두어 시스템의 초기 이질성을 감지하는 것을 목표로 했습니다. 테스트 된 몇 가지 물리 화학적 변수의 대표적인 결과는 이질성의 발달을 보여줍니다. 관찰된 패턴을 해석하기 위해 수문학적, 지구화학적, 미생물학적 시그니처 간의 상호 작용을 테스트하기 위한 추가 작업이 계획되어 있습니다. 우리의 연구는 또한 다양한 환경 조건과 규모에서 토양 발달의 다양한 측면을 관찰하고 정량화하기 위해 유사한 굴착을 수행할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
서론
토양과 풍경 역학은 물리, 화학 물질의 복잡한 상호 작용 및 생물학적 과정 (1)에 의해 형성된다. 물 흐름, 화학적 풍화 및 생물학적 활성은 안정된 생태계 2,3에 풍경의 전반적인 개발을 형성. 표면 변화가 풍경 (4)의 가장 눈에 띄는 기능, 수문, 지구 화학의 이해 누적 효과 및 미생물 학적 프로세스가 지하 영역에있는 동안 풍경이 모양 기본 힘을 이해하는 데 매우 중요합니다. 미래 기후 교란 시나리오는 더 풍경의 진화 (5)의 예측 및 패턴을 혼동. 이는 따라서 프리 스케일 (6) 상에 자신의 대규모 발현을 소규모 공정을 연결하는 도전된다. 전통적인 단기 실험실 실험 또는 일을 캡처 짧은 가을을 강제 알 수없는 초기 조건과 시간 변수와 자연 경관의 실험풍경 진화의 전자 고유의 이질성. 또한 의한 강한 비선형 결합, 이종 시스템 7 수문 모델링로부터 생화학 변화를 예측하는 것은 곤란하다. 여기, 우리는 알려진 초기 조건을 완벽하게 제어 및 모니터링 토양 hillslope을 발굴 할 수있는 새로운 실험 방법을 설명합니다. 우리의 발굴 및 샘플링 절차는 하이드로 생물 지구 화학적 상호 작용과 토양의 형성 과정에 미치는 영향을 조사하기 위해 포괄적 인 데이....
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프로토콜
1. 모형 매립의 체계적이고 포괄적 인 샘플링을 확인하기 위해 샘플링 매트릭스를 고안
- 고정 길이, 폭, 깊이의 복셀로 모형 매립 나눈다.
- 좌표계 유클리드 공간을 사용하여 등 간격의 적절한 수에 각 방향 (X, Y 및 Z)을 따른 전체 거리를 나눈다. 경계 효과를 피하기 위해 모형 매립의 벽 근처에있는 토양을 폐기 고려한다.
주 : 수집 된 토양의 부피가 충분하다는 것을 보장하면서 4 개의 벽을 따라 5cm의 버퍼는, 경계 효과를 피하기 위해 본 실험에 채용된다. - 각 샘플에 고유 한 XYZ 위치를 지정하고 복셀로 식별합니다.
주 : Z 경사면의 깊이를 따라 위치를 나타내고,이 상태에서 굴착, X는 슬로프의 폭을 따라 위치를 나타내고,는 Y는 경사면의 길이를 따라 위치를 나타낸다. 각각의 차원 내에서 간격의 크기는 복셀의 폭, 길이 및 깊이를 결정한다. F를igure 2는 XYZ 시스템을위한 선택 원산지와 함께 간격 간격을 결정 후 모형 매립의 분할을 보여줍니다. 현재 굴착 방식의 사업부는 10cm X 20cm X 10cm 크기 (그림 3)의 324 복셀의 총 생산, 모두 Y 및 Z 방향을 따라 9 간격과 X 방향을 따라 4 간격이있다.
주 :....
- 좌표계 유클리드 공간을 사용하여 등 간격의 적절한 수에 각 방향 (X, Y 및 Z)을 따른 전체 거리를 나눈다. 경계 효과를 피하기 위해 모형 매립의 벽 근처에있는 토양을 폐기 고려한다.
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결과
복셀의 크기는 수 문학, 지구 화학적 및 미생물 학적 측정을위한 샘플 수집을 보장. 발굴 과정은 미생물 분석을위한 324 코어, 972 pXRF 데이터 포인트, 324 지구 화학적 샘플 가방, 180 수능 샘플 (세로 128, 52 수평), 311 벌크 밀도 샘플을 얻었다. 브릴리언트 블루 염색 우선적 흐름은 표면 아래로 30cm 깊이까지 관찰 하였다. 모형 매립의 단일 수직 조각 81 샘플의 대표적인 세트는 예비 분석을 위해 선택되었다. Y 및 Z의 복셀은 0-8에서 원거리 동안 선택된 샘플은 슬로프에 X = 2 위치에서 있었다. DNA 농도, 부피 밀도 및 pXRF의 Fe (철) 및 Mn (망간) 측정에서 예비 결과는 2-D 플롯 (그림 11)에 isopleth 히트 맵 여기에 표시됩니다.
벌크 밀도 측정 예비 분석 (
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토론
가로 진화는 문학, 화학적 및 생물학적 과정 (12)의 누적 효과입니다. 이러한 프로세스는 풍경을 진화의 흐름과 물과 요소의 수송 및 생지 화학적 반응을 제어 할 수 있습니다. 그러나, 상호 작용을 캡처하는 동시에 정밀하게 조정 된 실험 설계 및 표본 추출이 필요합니다. 또한, 초기 풍경 진화를 연구하는 것은 "시간 제로"상태를 식별하기 위해 제한된 기능으로, 자연 시스템에 어렵다. 문학 관개 및 발굴의 필드 기반의 접근 방식은 그레이엄 등. (24)와 앤더슨 등에 의해보고되는 동안 식물의 뿌리 밀도 (23)을 측정하기 위해 실시 된 한 파괴적인 모형 매립 연구를보고합니다. (25) 그러나, 연구 것도 문학 공부하는 방법을 포함하지 시뮬레이션 풍경 -geochemical - 미생물 학적 이질성. 본 연구의 주요 구성 요소는 확인했다 그 규모 웨스턴 오스트 레일 리아실험과 선택된 규모의.......
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
발굴 작업에 도움을 준 Ty P.A. Ferré, Till Volkman, Edwin Donker, Mauricio Vera, 그리고 표본 분석에 도움을 준 Triffon J. Tatarin, Manpreet Sahnan 및 Edward Hunt에게 감사드립니다. 이 작업은 애리조나 대학의 Biosphere 2에서 수행되었으며 National Science Foundation 보조금 EAR_1344552 및 Biosphere 2의 명예 연구 프로그램의 자금 지원을 받았습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 측정 테이프 | Any | Any 샘플의 교차 오염을 방지하는 것이 중요합니다. 따라서 복셀 경계를 격리하기 위해 여러 개의 퍼티 나이프를 사용하는 것이 도움이 됩니다. | |
| 브릴리언트 블루 염료 | Waldeck GmBH & 공동 | B0770 | 눈금자를 사용하여 그리드를 그릴 수 있습니다. 표본추출 전략은 개별 실험에 따라 수정할 수 있습니다. |
| 토양 코어: | AMS | 56975 | 상업적으로 제조된 모든 브릴리언트 블루 염료를 사용할 수 있습니다. |
| 75% 에탄올 | Any | A Nikon D90 카메라와 50mm 렌즈가 사진 촬영에 사용되었습니다. 이를 위해 모든 고해상도 카메라와 렌즈를 사용할 수 있습니다. | |
| 스프레이 병: | 염료 | 및 컬러 카드의 모든 사용은 개별 실험 및/또는 연구 질문에 따라 주관적으로 달라질 수 있습니다. | |
| 주걱 | Any | 코어러의 취급이 지루하게 되는 경우 모든 원예 장갑을 사용할 수 있습니다. | |
| 장갑 | 어떤 | 모든 | Ensure 미생물학 샘플은 샘플링하는 동안 얼음에 보관하고 가능한 한 빨리 냉동합니다. |
| KimWipes | KimTech Science | Any | Water는 에탄올로 살균하기 전에 토양 코어를 세척하는 데 사용할 수 있습니다. |
| 멸균 샘플 백 | Fisher Scientific | Whirl-Pak 4 OZ. 24 OZ | 폐흙을 쉽게 제거할 수 있도록 양동이와 쓰레받기를 가까이에 두십시오. |
| 컬러 카드 | , Any | Any miniLEO의 원래 디자인에는 lysimeter에 다양한 센서가 내장되어 있습니다. 이러한 센서는 개별 실험 설계의 범위에 따라 필요하거나 필요하지 않을 수 있습니다. | |
| X-선 플루오레시스 분광광도계 | XRF, OLYMPUS | DS-2000 델타 XRF | |
| 폴리프로필렌 코어 | 어떤 | 어떤 | |
| 금속 코어든지 | 어떤 | ||
| 캡 | 모든 | 모든 | |
| 망치 | 어떤 | 모든 | |
| 플라스틱 퍼티 나이프 | Any | 모든 | |
| 안면 마스크 | 모든 | 어떤 |
참고문헌
- 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.
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재인쇄 및 허가
