Summary
土壌サンプル サイズと水の流量測定に誤って含まれている土壌コンテナーの内側に沿っていわゆる壁面流を防ぐために透水係数測定デバイスに一致する方法をご紹介します。その使用は、排水灌漑のサイトから収集されたサンプルで示されています。
Abstract
1960 年代初頭以来、ペンシルベニア州立大学で代替排水放電実践を研究されているし、その影響を監視します。もむしろストリームに下水処理水を排出しそれにより直接ストリームの品質に影響を与える、廃液に森林に覆われた適用され、トリミングされた土地は大学によって管理されます。土壌の透水係数の削減に関連する懸念事項は、排水の再利用を検討する際に発生します。本稿では, 実験室ベースの透水係数測定装置のサイズで土壌サンプル サイズに一致するで説明されている方法の利点を比較的急速なサンプル集の利点があります制御研究室境界条件。ある可能性がありますというサイトの depressional エリアの深い深さで水を送信する土壌の能力に排水再利用のいくつかの影響が示唆されました。サンプルが収集されたと推論、土壌の構造と組織の違いに関連付けられている深度に関連するくぼみの土の透水係数の削減のほとんどが表示されます。
Introduction
ストリームへの自治体からの下水の排出は、数十年の標準的な方法をされています。このような排水は、排水排水の結果として、受信側の海域での微生物による生物学的酸素消費の可能性を減らす目的のため主に扱われます。微生物による酸素消費量は、魚など、害水生生物廃液の排出に、それによって水の体の酸素レベルを減らす排水中の有機物を低下します。
最近十年間の懸念を無機栄養素、いくつかの金属および害を作成排水内で他の化学物質に関連する開発しました。Kolpinらによって公表された研究のため1、考慮されていない化学物質の範囲に大きな焦点が進化しています。アメリカ合衆国の地質社会によって出版されるこの調査は、排水処理施設から排出するため全米個人的な心配プロダクトの広い範囲および他の化学物質の河川およびその流域に関する意識を発生します。
1960 年代初頭以来、ペンシルベニア州立大学の研究者が調査し、湿気のある地域でややユニークな代替排水放電練習を開発しました。もむしろストリームに下水処理水を排出、これにより、直接影響を与えるストリーム品質、廃液が、森林や大学によって管理されるトリミングの土地に適用されます。愛称は「生活フィルター」、この分野は現在キャンパスに加え、自治体からのいくつかから生成されたすべての下水排水を受け入れます。これは入力ストリーム チェサピーク湾に水を提供する余分な栄養素の可能性を低減、魚に有害であるし、他の化学物質の配信を防止する暖かい排水の排出からローカル冷水漁業を保護水生生物の生態系を直接接触からの排水に含まれています。
しかし、常に動作の変更の結果、この代替利用施設がそのような物に免疫がないです。質問は、排水廃液のアプリケーションは土壌表面2, 3,4,5に潜入するために水を許可する土壌の能力に悪影響かどうか、大きい流出の原因を生じています。化学物質 (栄養素、抗生物質やその他の医薬品、パーソナルケア製品) 排水排水に含まれているローカル井戸の可能な汚染があるかどうか、これらの化学物質は負を作成するかどうか環境への影響、化学物質の植物6サイト、またはの抗生の抵抗の開発の成長への吸収を通じて土壌生物7サイトなど。
これらの懸念のいくつかの結果としては飽和土の透水係数に関する排水排水の灌漑の影響を決定するために本研究は実施します。使用するアプローチには、選択したサイト内または灌漑区域外から土壌を収集し、研究室のセットアップで土壌サンプル コンテナーのサイズに一致するが含まれます。実験室の装置に合わせて土のサンプル容器、水の土と土のサンプル容器の下方移動水から分離するサンプルの土のマトリックスを通して下方移動が重要です。プロトコルでは、これが発生を確認する実験室の装置を構築する方法について説明します。
土壌試料は、トラクターに付す油圧コア サンプラーを使用して収集されます。土壌コアは起伏のある風景で選択した地域から収集され、土壌試料採取装置に取り付けるプラスチック製のスリーブで保持されます。これらのコアは、頂上の景色の位置または depressional 地域に存在するヘイガースタウン沈泥ロームから収集されます。6 代表的なサミットと六つの depressional サイトは、灌漑地域 (12 灌漑サンプリング サイトの合計) からサンプリングされます。さらに、3 つのサミットと 3 つの depressional サイトが隣接する、非灌漑地域 (合計六つの非灌漑のサイト) からサンプリングされます。6 コアの最大、約 1,200 mm の最大深さに各サイトで各コアのサンプル約 150 mm 長い (100 mm プラスチック製スリーブと金属のサンプラーのカッティング ヘッドに含まれている 50 の mm に含まれているサンプルの収集します。).金属のサンプラーから取り出した後、収集した土壌コアを含むプラスチック製のスリーブ エンド キャップが装備されて、運ばれ技工所に直立、飽和透水係数を決定するため使用されるまで直立を格納します。カルシウム (Ca) ・ マグネシウム (Mg)、ナトリウム (Na) 土壌濃度8と純水の見積もりの Mehlich 3 の抽出法を用いた土壌液濃度と土壌の決定するためそれぞれの深さに土壌サンプルを収集する同時に、土壌質量: 水の 1:2 の比率で抽出しマス。水抽出物の化学分析は誘導結合プラズマ発光分光分析 (ICP-AES) から得られた、ナトリウム吸着率 (SAR) の計算に使用されました。
飽和透水係数の決定主に一定頭部方法9を使用して実行されます。排水の電気伝導度 (EC) を模倣する塩の Ca や Na を含む溶液、土、水の品質変数フィールドで適用される排水のようにさらされるので、廃液の SAR が作成されます。この場合、EC が 1.3 dS/m、SAR は 3、サンプル期間前に近年 EC と流水の SAR を反映しました。【 技術的には、SAR の単位が (つきミリグラム当量/リットル)½と通常文献で記されていない 】
コールガールとダークセン9の一定頭部方法に変更は油圧の土壌の見積もりに含まれている土のマトリックスの外で起こった列流を防ぐためにウォーカー8で流れの分離装置の開発導電性。フロー区切り記号は、土壌サンプルのサイズに合わせて選択、加工、ポリ塩化ビニル (PVC) 管を使ってビルドされます。画面は、土のサンプルをサポートしているし、水サンプルの底を流れに土のマトリックスを移動ことができます。2 番目の出口から土のマトリックスを通過する水の量の見積もりにない含まれて正しくなくなりますいわゆる「壁の流れ」プラスチック製のスリーブの内側を流れてきた水を生成します。
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Protocol
土壌の採取場所を選択します。
- 空中写真を特定し、サイト visit(s) 灌漑排水していない持っているものを受けている場所。
- 水、土壌と植物の相互作用があります可能な風景の違い (特に風景場所、サミット、斜面、つま先の斜面、うつ病など) に細心の注意を払って、サンプリングを行ういくつかの代表的なサイトを選択します。異なる。
- サミット、斜面、つま先傾斜またはうつ病として風景の部分を識別します。その主要な特性に基づく代表的なサイトを分類します。
注: この実験でサイト非灌漑サミットとして識別された、灌漑サミット、非灌漑うつ病またはうつ病を灌漑します。 - 場所、各場所のサンプルをそれぞれ独特の代表的なサイトから撮影されるサイトの数を決定します。
注: 多くの場合、環境統計情報に精通している統計学者との議論がこの時点で非常に有用であるし、後で統計解析が懸念を防ぐため。 - 各計画のサンプル位置マーキング フラグを配置し、GPS 座標を使用して、地図に計画されたサンプル サイトの場所を記録します。
2. 土壌サンプルの採取
- 土壌サンプルの収集に使用される装置を決定します。
注: 浅いのため (例えば、深さ 300 mm 未満) 土壌が十分に柔らかい場合はドロップ ハンマーで土に土壌、この実験に使用するサイズの円筒土壌サンプラー (補足図 1) を駆動することができますは頻繁。ここで示した実験、油圧ドリル リグの深さから収集するサンプルを許可する使用された 1,200 mm まで。
補足図 1: ドリル リグをサンプリングするために使用します。
- サンプリングを実施するサイトにドリル リグを輸送します。
- ヘルメット、手袋とゴーグル ドリル リグを開始する前に置きます。
- ケリー バーのインストールを許可するのに十分なパワーアップ ドリル リグと下部ロータリー ヘッド
注: ケリー バーはサンプラーにドリル リグのドライブ ヘッドを接続する金属の棒です。 - ロータリー ヘッドにケリーのバーを挿入します。
- 金属サンプル チューブの底部に接続されているカッティング ヘッドの金属サンプル チューブにプラスチック製のライナー/サンプル チューブを挿入します。説明されているアプリケーションここで、150 センチと長いと 100 mm 外径/90 mm 直径 (ID) 金属サンプル チューブ内 200 mm をはめ込んで外径 (OD) プラスチック ライナー外 90 mm を使用します。
- バーの両方に合うドライブ ヘッドを使用してケリーに金属サンプル チューブを接続します。
- 土に約 150 mm のサンプル チューブを移動するドリル リグを操作します。
注: これはプラスチック ライナーの 100 mm のサンプルを提供し、飽和透水係数測定は実験室で得られたときのサンプルに湛に水を保持するサンプルの上部に 50 mm の空間を可能にします。これもコレクションの中に土のサンプルを圧縮を防ぐのに役立ちます。 - 掘削装置の油圧システムを用いた土壌から金属サンプル チューブを削除します。
- ドライブ ヘッドから金属サンプル チューブを削除します。プラスチック製のサンプル チューブ内から土壌を失わないようにではなく、土を圧縮またはプラスチック製のサンプル チューブの側面を絞る気をプラスチック製サンプル管金属サンプル チューブから土壌サンプルを保持して削除します。
- 土のサンプルと土のサンプルの下の黒の上部端の赤を使用してプラスチック製のサンプル チューブの両端にエンド キャップを置きます。汚染やサンプルからの水の損失を避けるために袖にエンド キャップをテープします。
- 研究室に戻って輸送の垂直に立っているサンプルを配置します。
- 2.6-2.12 の手順を繰り返し、関心の深い深さにサンプリングを続けます。
3. 建物の一定の頭、複数列、土壌透水係数セットアップ
注: 透水実験室の装置は、ウォーカー10作業に基づいています。それはサンプルと土のマトリックス内の流れからリングを含んでいるシリンダーの外側のエッジの間にフローを分離して透水の使用を含みます。次に呼ばれる任意の塩ビ管の ID は厳格な公差ではありません。まあ、合うかもしれないいくつかと他の人は (光研磨) いくつかの作業が必要な。
- 100 mm 長い、96 mm ID/114 mm 外径スケジュール 40 塩ビのパイプを入手します。
- 100 mm の長い、73 mm ID/89 mm 外径スケジュール 40 の塩ビ管を入手し、機械のように、5 mm のテーパー切削エッジします。外径を合わせて 89 mm プラスチック ライナーを提供します。
- 下部 20 mm スケジュール 40 塩ビ管の切断は、3.2 で呼ばれ、後で使用のために保持します。
- 6 mm からは、灰色の塩ビの厚物シートは、155 × 155 mm2をカットしました。広場の中央に 60-70 の mm の円形の開口部を含む正方形のマシン。
- 73 mm 外径/63 mm ID スケジュール 40 塩ビのパイプの 6 mm の厚さのスライスをカットします。
注: 73 mm の ID スケジュール 40 塩ビ管内に収まる 73 mm シャワーの下水管を切ることができるし、作品なら 73 mm 外径スケジュール 40 塩ビ管は使用できません。 - (ステップ 3.5) から 73 mm 外径 PVC の 6 mm の厚さのスライスを添付 PVC セメントを用いた 20 mm (ステップ 3.2) から 89 mm 外径フィギュアのトップ下。
- 3.6 のステップで使用される PVC セメントが乾燥した後センターの 6 mm のシートに 2 つの PVC シリンダー、PVC セメントを用いたシートに取り付けます。
- 有刺鉄線端 14 mm アダプターに合わせてグレー PVC 広場は、上記約 15 mm を中心とした外の PVC 管に穴をあけます。
- PVC セメントを使用した場所にアダプターをセメントします。
- アダプターの有刺鉄線の端に 19 mm 外径/13 mm ID プラスチック製のチューブを取り付けます。
- セメント灰色のポリ塩化ビニールの正方形の下に手順 3.4 で呼ばれるスケジュール 40 完成品の 20 mm の部分は、開口部を中心としました。
- 73 mm の 6 mm の厚さのスライスにかかっているので、上から 89 mm 外径 PVC に挿入するカット 6 mm x 18 G 金網 (亜鉛めっき鋼樋ガードはこのためにうまく作品) の 80-85 mm 直径の円形部分を OD フィギュア。
- 2,438 mm3ボード x 184 x 19 を選択し、各長さ 1,180 mm をトリミング、半分にカットします。
- 6-125 mm 穴間隔 70 mm 間隔ボードをカットします。
- 基板の穴の下でワイヤー メッシュを配置し、それを添付 (e.g。、ステープル銃を使用して)。
- ワイヤー メッシュの下 19 mm (注ぎ口 OD) ファンネル × 140 mm (上部開口) を置き、ボードに添付漏斗の上と木材との間のギャップを除去するために漏斗の縁に接着剤コーキングを配置します。
-
(3.13 と 3.14 の手順を参照してください) 6 穴を持つ基板を保持するために 750 mm の高い木製フレームを造る約 350 mm フレームの下端の上。
- ベース、フレーム両端、2 つの安定脚より低い強化の基盤、安定ベース、センター安定の裏板トップ裏板など、このフレームのコンポーネントを準備します。
- ベースとして 1,180 mm3 x 184 x 19 にボードをカットします。
- フレーム端として 750 mm3各 x 184 x 19 に 2 つのボードをカットします。
- 19 x 184 x 600 mm3の安定化を作成するカットの 2 つのボードは、各端の脚します。
- 1,180 mm3穴 (手順 3.14 参照) 125 mm の穴と基板の下に直接低い強化拠点として提供する x 184 x 19 にボードをカットします。
- 前面または 2 つの背面に接続されている安定化拠点として3 19 x 184 x 1,219 mm ボードをカットして足を安定させます。
- 裏板の安定化センターとして 1,219 mm3 x 184 x 19 にボードをカットします。
- 先頭へ戻る溝の接続先追加の安定性を追加するボードとして 1,219 mm3 x 184 x 19 にボードをカットします。
注: トップ背面基板と接続されている樋べき高さなどの雨樋の下は同じ標高約土壌サンプル スリーブで土の上になりますサンプルされている場合です。
補足図 2: 飽和透水係数装置の正面します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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供給と排水の溝を準備します。
注: 各プラスチック雨樋全体と 1219 mm 長さ約 120 mm し、エンド キャップを装備しました。- 排水樋の 1 つのエンド キャップとそれぞれの穴 13 mm HB x MGHT ナイロン有刺鉄線エンド アダプターに合わせて供給溝の一方の端に穴をあけます。
- 供給の容器への排水を許可する 25 mm ID 塩ビのパイプに対応する供給溝の他のエンド キャップに穴をあけます。
- 供給の容器への水の排水を可能にするために必要な斜めの PVC 接続をセメントします。
- 40 mm カット高樋エンド キャップ供給の中に合わせて樋 PVC 接続コンセントから約 10 cm です。
- 約 20 mm の深さであるエンド キャップ下部と上部切り込みの幅 50 mm 幅 30 mm の上部に台形ノッチをカットします。
注意事項: これは供給溝で一定の頭を維持するために機能します。 - 木製フレームの低い強化基盤にかかっているので、目標到達プロセスの下に排水樋を配置します。
- ビニール側溝ハンガーを使用してトップの裏板に供給雨樋を取り付けます。
補足図 3: 給水溝のビューを終了します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
-
水のソースを準備します。
- プラスチック製のチューブを供給樋の排水樋有刺鉄線ナイロン エンド アダプターに接続します。
- 伝導デバイスの供給の容器として機能するセットアップに隣接する床に大きな浴槽を配置します。
注: 浴槽は、測定の少なくとも 24 時間に十分な水を保持するために選択する必要があります。 - 浴槽に小さい浸水許容ポンプを置き、供給溝の口端にプラスチック製のチューブを介して接続します。
- (3.9 で呼ばれる) コンセントの流れの有刺鉄線エンド アダプターに小さなプラスチック製のチューブを接続し、排水側溝にチューブの接続されていない端を置きます。
- 供給の容器を水で満たします。
- ポンプを接続し、供給の溝を埋めるためにそれを実行します。供給溝に揚水量がオーバーフローすることがなくほぼ完全供給溝を保つために十分なことを確認します。
-
「実践土壌サンプル」準備に必要なすべて変更を識別するために。
- 土の上からプラスチック製のスリーブの上部の間隔約 50 mm を残してプラスチック サンプリング スリーブに「実践」の土壌サンプルを配置します。
- サンプルとチーズの二層とスリーブの下端をカバーします。十分に大きさで分類されたゴムバンドでサンプリングの袖に、寒冷紗を保持します。
- 水にある寒冷紗エンド、スリーブの高さの約 1/3 にいっぱいの水の浴槽に練習土壌サンプルとスリーブを配置します。
- 数時間後、サンプルの高さの約 2/3 に浴槽に水を上げます。一晩を設定するサンプルを可能にした後土壌サンプル (袖の上部ではない) の上部の真下に浴槽を埋めます。
- 89 mm 外径 PVC チューブの上に土のサンプルを置き、画面の残りの部分に土の下を許可する土壌が数ミリに押して PVC チューブの削られた端をできるように、チューブにカチッします。
注: 寒冷紗は、これを許可するためにゆるんだゴムひもを持っている必要があります。また、サンプルのスリーブに土の上、約供給溝の底のレベルとサンプル袖の上部が供給溝の上部に約レベルにする必要がありますに注意してください。 -
土壌サンプルの上部に水を提供します。
- ポンプをオンにし、供給溝を埋めます。
- 排水側溝に排水管の端を配置し、排水樋からコンセントがドレインまたは低標高コンテナーに配置されているプラスチック製のチューブにしっかりと接続されていることを確認します。
- 6 mm のチューブを使用すると、土の上に供給溝からサイフォンを作成します。
- 漏斗から排水土壌コアから水のサンプルを収集します。
注: 研究の基準に基づき、実験に必要な精度を持つために十分な水を得るために必要な時間の長さを採取する必要があります。 - リークや予期しない問題をチェックします。
- 水で約半分、100 mL ビーカーを埋めるために必要な時間に基づいて水の十分な量を収集するために必要な時間 (または他のボリュームの研究チームによって決まります) のおおよその長さを決定します。
- 小型のドライバーまたはこの通路で作成した余分なフローが排水管を通って排水樋にフローするを確認するプラスチックの土壌サンプル コンテナーの内側に沿って別の似たような実装を挿入することによってシミュレートされた「壁の流れ」を作成します。
- この練習の実行で見つかった問題に基づいて設定を変更します。
4. 土壌透水係数を得る値します。
- ゴムバンドで行われて寒冷紗でサンプルの下の端を覆うことによって現場から収集した土壌サンプルを濡れている指示に従う練習の実行ステップ 3.20 で提供されます。
- ポンプを起動し、合わせて供給溝します。リークを確認します。
- 練習走行のため、油圧伝導デバイスにサンプルを配置します。処理中にサンプルを圧縮しないように注意します。
- サイフォン管をプラスチック製のスリーブに含まれている土壌の表面に供給雨樋から水を移動する設定します。
- 当初、取るサンプルとサンプルを取るする頻度どのくらいのアイデアを得るために、10-20 分毎、漏斗から水を収集するために開始します。各サンプルの時各土壌試料の質量/ボリュームを水し、時間を記録します。
- 水の同量を含む連続したサンプルを探します。3-5 のサンプルには、同量水にはが含まれて後、定常状態に達する可能性が高い。
注: 定常状態に達していることを確認、それあります離れて 1 h を予定されているカップルの他のサンプルを取ることが望ましい。 - ダルシーの法則を使用して; 飽和透水係数を計算するには
どこ
K土飽和透水係数 (L/T) を =
V = コア (3L) を貫流する水の定常状態のボリューム
L = サンプルの長さ (L)
A水の流れを通じてコア (2L) のサンプル断面区域を =。このセットアップでは、
T = 時刻 (T)
(2- H1H) = 水頭差 (L);この設定により、地表面での湛水の上と土のサンプルの下端の間の距離です。
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Representative Results
生活フィルター サイト排水排水用のアプリケーションが水を送信する土壌の能力にどのように影響を与えているかどうかの質問を調べるためには、土壌の飽和透水係数を測定する実験を行った。これらのサイトの非灌漑地域のサイトの灌漑地域の土壌の透水係数を比較しました。土壌の透水係数に関する排水排水の影響は、(たとえば) 土壌中のナトリウムの蓄積の結果、水を送信する土壌の機能削減の少ない湿潤地域におけるいくつかの報告されている懸念、質問または表面の生物学的地殻の開発。各透水係数測定のための採血、油圧伝導率のメートルの内で隣接する場所から採取した土壌溶液中の Ca, Mg, Na の主要な陽イオンの測定のため。土壌溶液中の Ca, Mg, Na 値 1:2 土の質量: 水の質量比の脱イオン水抽出土、サンプリング時土壌含水率に基づくバック計算値の推定しました。これら土壌液濃度は、によって定義されている土壌溶液のナトリウムの吸着率を計算に使用されました。
Mg、Ca、Na 値がつきミリグラム当量 (meq) に与えられている/リットル。(Na、meq/l の数の分割によって 23; ca、mg/l = meq/l = mg/l 20; Mg を分割 meq/l = mg/l を 12 で割ります)。
K 非灌漑分野で既存の深さで土の最強の関係を持つ (図 1)、depressional 地区の深さと透水係数が減少することが観察されました。
強い負の相関が K土と非灌漑のくぼみ (図 2) の土壌溶液の SAR の強い肯定的な関係があった K土SAR、20 cm 以下の土壌サンプルの関係を考慮した場合灌漑のくぼみの K土と SAR の関係。それは、非灌漑地区の SAR の値が有意に灌漑地域のそれらの下とそれがない土の油圧伝導性、影響される予想されるの範囲は、注意してください。灌漑地域の SAR 値ははるかに高かったし、K土と SAR (図 2) の強い否定的な関係があったことが観察されるない油圧伝導性の任意の削減を作成する予想される範囲にいて、.
土壌溶液 SAR と土壌の深さの少し関係があった (図 3) の非灌漑くぼみの深さによる sar 分布を見てします。したがって、深さによって K土の減少の値の関係が土壌の特性 (構造、テクスチャ) の深さを変更する傾向がある変更によって支配される可能性が高いです。対照的に、図 4は、土壌の深さと土壌溶液 SAR depressional 灌漑地域のための強い関係があることを示しています。灌漑地域のため K土と SAR の強い関係は両方強い相関土壌の深さと土壌ソリューション SAR のとある程度の深さの増加と K土で低下する可能性があります。ただし、K 増加の SAR のために単に土のいくつかの減少があることをそれが表示がされます。
図 1: 飽和透水係数と灌漑および非灌漑の不況のための土層厚の関係
図 2: 潅漑および非灌漑の不況の土壌溶液のナトリウム吸着率 (SAR) と飽和透水係数の関係
図 3: 非灌漑のくぼみにあるサイトの深さをサンプリングすることによって土壌溶液中平均 SAR の値です。
図 4: 灌漑のくぼみにあるサイトの深さによる土壌溶液 SAR の値。
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Discussion
フィールド ベース、不撹乱土壌サンプルの収集し、透水係数値を取得する機能は、サイトの代表的なデータの取得で重要です。圃場条件に合った、フィールドの環境の物理的な状態の代表に残る土のサンプルを使用することが重要です。サブサンプリングするまたはたとえば誘導圧縮を処理し、迷惑をかけられる、飽和透水係数に影響を与える構造変化を体験する現場から土壌を採取しました。
また、管理されたラボ設定で地盤の透水係数を測定する手段を持つことが重要です。ただし、サンプル容器の内側に沿って流れを考慮して失敗飽和透水実験室法を用いた結果、および方法論のための高い可変性の悪い再現になります (いわゆる「壁流」)なく自然に変動します。
ペルー11、1982 年にディスク凝の開発は、織元と白12の作品に基づいているのでより良好フィールド ベース土壌透水係数測定13を取得する多くの努力が注がれてきました。フィールド ベースの測定を持っていることは非常に望ましい、サンプル (たとえば、乾燥および地上サンプル列に詰め直した)「邪魔」土と自然土壌条件を反映していません。
ただし、フィールド ベース土壌透水係数の取得方法には欠点もあります。フィールド ベースのメソッドは、1 つの仮定は、土に水の摂取率を測定するための装置の基礎となる土壌が均一13であることです。しかし、ほとんどの土壌が均一でない、土壌材料の伝導度の異なるレイヤーで構成されます。
別の欠点である 1-4 h (またはそれ以上) から大規模なサンプリング キャンペーンが必要となるサイト準備時間に加えて、サンプルあたりの測定時間。このサイト14で以前の仕事は、アンキニーら13のメソッドを使用して完了する数週間必要です。結果は、サンプルの大規模な数のコレクションがかなりの期間を必要が、フィールド条件は(例えば植物の成長、水コンテンツ等)を変更する、サンプリングがフィールドを妨げる可能性も操作 (例えば、この場合、排水灌漑アプリケーションと収穫)。環境条件 (例えば、降雨量) の違いは、土壌化学性の変化で起因できます。この実験の場合土壌の Ca, Mg, Na 濃度は、降雨と下方の水の動きに伴う土壌を介して Ca, Mg, Na の浸出のため変更。
14植生に覆われているし、フィールド ベースの飽和透水係数の値を取得する機能を収集するために必要な時間の長さは、サイトを準備するために必要な肉体労働に関与して時間の長さのため土壌の深さとフィールドの場所の範囲代表値を深さごとにサンプルあたり半日まで要求できます。灌漑を含む、必要な植物の生産フィールドの操作サンプルのコレクションのための時間の長さを制限します。
さらに、多くのサイトで飽和透水係数の実測を行うに必要な時間があり、たとえフィールド サイトに、いくつかの深さで、サンプルを取得する時間の長さ必ずしもになります多く採血異なる環境条件下に日 (または多く) の日からこれらの変更。
油圧土壌サンプラーを畑から採取した試料は、時間をかけて現場で起こるかもしれない変更を減らすより短い期間で収集できます。ただし、このようなサンプルから地盤の透水係数を取得する検査は、いわゆる「壁の流れ」10の対象の明確な欠点を持っています。壁面流では、土壌透水係数の推定に使われる定数ヘッド デバイスのサンプルを配置サンプル コンテナーの内部に沿って水の流れです。このような流れ土の水分移動量の測定に含まれている場合は誤って高透水性の推定の結果します。本稿では、土壌透水係数と土壌のサンプル サイズを実験装置のサイズに一致するサンプル収集方法の見積もりから壁面流を排除するためにセットアップの実験室の使用について説明します。
重要なステップは、圧縮されていない土壌のサンプルを収集することです。土壌水分状態は、サンプラーの挿入およびこうして土の互換性に衝撃を与える、勧告は収集されたサンプルの長さに挿入されるサンプル ライナーよりもやや短くする必要があります。金属サンプル チューブ。
フィールドから実験室にサンプルを輸送に外乱を最小にする方法でされるべきであります。直立を維持し、各他の意志に反して密集には関連付けられていないことを確認は、処理の妨害を軽減します。
プロトコルの最も重要なステップは、壁面流が土壌マトリックス10から集められる水に含まれていないので、フィールドから収集したサンプルのサイズに一致する実験室の装置を構築することです。サンプル コンテナーの特定のサイズの記載実験室の装置の説明ですが、他のサイズのコンテナーは実験室の装置で試料ホルダーと同様にサイズが一致する場合に使用できます。
プロトタイプは組み立てた後、壁面流の結果に意図的に作成したテスト サンプルを装置の建設は土壌マトリックス フローから壁面流を分離して本当にことを確認するために活用すべき。もう一つの重要な観察は、最終的な設計が塑性地盤コンテナーを越なし土壌サンプルの上に水の一定長の確立を許可するかどうかです。土壌コンテナーの上部供給溝の水レベル以上でなければなりません。これは重要です。水は、プラスチックの土壌コンテナー overtops 場合、寸法は、いない正しく測定可能性が高かった。これは、土壌サンプルの邪魔にならないように注意しながら、プラスチックの土壌コンテナーの上部にゴム製のリングをフィッティングで克服できます。
必要なサンプルのコレクション時間は実験の精度だけでなく、土壌の水分移動量の設定基準の両方に依存になります。たとえば、サンプルの水の比較的一定量が土壌コアを介して移動し、サンプルを採取するたびにサンプリング容器にまで 12 時間にわたり毎時間 10-20 分間収集する必要があります。他のケースでは、サンプルのみ水の一定量がある特定のサンプル期間の土を通って移動する前に 8-10 分 3 または 4 時間の期間のために収集する必要があります。「定常状態」に達していたサンプル時間の同じ期間にわたって水の一定のボリュームを示しています。
土壌コアは、少なくとも 24 時間の期間の下から上へ、サンプルをゆっくりと飽和する各コアの下部に寒冷紗を配置し、水の浴槽にコアを配置する飽和透水係数分析の準備だった。
プレサチュレーション後、浴槽から削除されたコアとコアのそれぞれの底は土自体の流れから、土壌を含むプラスチック製スリーブの側面に沿って任意のフローを分離するように設計フロー区切り記号に設定されていた。一度に六つの土壌コアは、サイフォン管を介して一定の頭で土壌サンプルの上部に水の配達のための堰を含む溝システム10にベンチを含まれているこのデバイスに置かれました。水は、水中ポンプを用いた貯留層から溝システムに励起されました。
フロー区切り記号は基本的に長さ 100 mm、100 mm 径塩ビ管土壌サンプルを保持しているプラスチック製のスリーブが座っているホルダーとして機能します。第 2 塩ビ管 (約 75 mm 直径、長さ 75 mm) は、土壌サンプルこの PVC チューブの鋭いエッジを連絡先し、小さい塩ビ管の外側フィッティング土壌サンプルを保持しているプラスチック製のスリーブと外の PVC チューブが収まるように研ぎです。画面小さい塩ビ管で土壌サンプルをサポートして水サンプルの底を流れに土を通って移動ことができます。2 番目の出口から土のマトリックスを通って移動水の量の見積もりにない含まれて正しくなくなりますいわゆる「バイパス フロー」、プラスチック製スリーブの内側を流れてきた水を生成します。
技術に重要な制限の 1 つは、低飽和透水係数を持つそれらの高粘土コンテンツなどの土壌で発生します。非常に低い飽和透水係数と土壌電気伝導度の決定が通常必要「落下頭」ここで使用される定数のヘッドのアプローチではなく7に近づきます。ここで説明した装置は大幅修正利用する落下頭アプローチを持たせる必要があります。
デザインは、伝統的な実験室方法9より飽和土壌透水係数10のより一貫性のある結果を提供するために発見されています。デザインの使用は、誤って見積もり期間にわたって土を通って流れる水の体積の壁面流を含むため飽和土壌透水性の誤って高い見積もりを記録する頻度を減らすに役立つはずです。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者は、ペンシルバニア状態大学事務所の物的設備資金の一部を提供するためこのプロジェクトをサポートするために感謝したいと思います。一部の資金は、米国農務省-地域研究プロジェクト W-3170 によって提供されたも。分析作業の彼の援助にエフライム Govere に感謝したいと思います。深い感謝の意は、チャールズ ・ ウォーカー、その工学設計と建設のスキルがこの作業を行うことが可能です。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sampling equipment: | |||
| Soil Sampler Drill Rig | Giddings Machine Co. Inc | #25-TS / Model HDGSRTS | * NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced |
| Kelly Bar | Giddings Machine Co. Inc | #KB-208 8 Ft. Kelly Bar | |
| Soil Sample Collection Tube | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-180 4-3/4” X 7-1/4” | |
| Soil Collection Tube Bit | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-190 4-3/4” Standard Relief | |
| Plastic Liner for Soil Sample | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-208 3-5/8” x 6” | Enough for the number of samples being collected |
| Black end caps a for bottom of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Red end caps a for top of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Cooler Chest | Store & maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab | ||
| Protective gear: | |||
| Hardhats, googles, and gloves | other items as needed for personal protection | ||
| Saw | |||
| Drill and bits | |||
| PVC Cement | |||
| 6 to 8, 19 mm x 184 mm x 2,438 mm boards | |||
| 2 – barbed fittings; 13 mm HB x MGHT | to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter | ||
| 6 – barbed fitting | to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage | ||
| 3,000 mm long, 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing | |||
| 6 – 85 mm diameter circular mesh pieces | Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard) | ||
| Schedule 40 PVC pipe – 96 mm ID / 114 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 73 mm ID / 89 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 - 73 mm plastic shower drains | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 25 mm ID | |||
| 6, 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC | Can purchase 2 – 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p | ||
| 6 – 140 mm by 19 mm plastic funnels | To direct water flowing from soil sample into collection beaker | ||
| Adhesive caulk | |||
| 1 – length of 150 mm x 1,200 mm wire mesh cloth | 4 Mesh works well | ||
| 2 – 120 mm x 1,219 mm plastic gutter with end caps | |||
| 4 – gutter hangers | |||
| 1 - additional gutter end cap | To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter | ||
| 1 – large plastic tub | Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure | ||
| 1 – large plastic tub | To serve for wetting up soil samples | ||
| 1 – Submersible pump | e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS | ||
| Plastic tubing | Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter | ||
| Container of Cheese Cloth | To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up | ||
| Rubber bands | Large enough to fit around plastic sample liners tightly | ||
| Scale which measures to at least 0.1 g | |||
| Beaker or other container to collect water from each sample | |||
| Sodium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil | ||
| Calcium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil |
References
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