토양 코어 Lysimeters를 수집 및 구축을위한 프로토콜

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Saporito, L. S., Bryant, R. B., Kleinman, P. J. A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters. J. Vis. Exp. (112), e53952, doi:10.3791/53952 (2016).

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Abstract

Introduction

델마 바 반도는 체사 피크 만의 동부 해안 국경, 미국에서 가장 큰 가금류 생산 지역 중 하나에 가정이다. 대략 6 억 닭과 비료의 약 750,000t는이 새 매년 1의 생산에서 생성됩니다. 분뇨의 대부분은 농업 분야에서 비료 개정 로컬로 사용된다. 때문에 비료 응용 프로그램의 역사적으로 높은 비율로, 질소, 인 등의 영양 성분이 토양에 축적 및 지하 침출 (2)을 통해 오프 사이트 손실 지금 취약했다. 지하수 흐름의 대부분은 궁극적으로 체사 피크 만 3 배수 도랑의 광범위한 네트워크에 관한 것이다. 베이에 전달되는 영양소는 부영양화 4에 의한 베이의 건강의 감소로 연결됩니다.

영양소의 오프 사이트 손실과 연결 영양 관리는 수문을 모니터링하는 전문 도구가 필요흐름과 관련된 영양소 전송. Lysimeters 특성화 토양을 통해 영양소의 이동을 정량화하는 데 사용되는기구의 주요 카테고리를 나타낸다. Lysimeters이되도록 토양 매트릭스 가능성에 대응하기 위해 조정할 수 있습니다 장력 lysimeters에서, 물 5-7 관류에 모니터링 영양소 흐름에서 사용의 오랜 역사를 가지고 그들이 더 나은 추정 공장 가능한 물, 프로세스의 더 대표 제로 인장 lysimeters에 무료 배수 중에 발생. 모든 방법이 존재 고유의 편견을 lysimetery합니다. 예를 들어, 일부 lysimeters 완전히 자연 토양에서 공간적으로 복잡한 공정을 나타내는 너무 작거나 이종 통 (8)의 좋은 통계 복제를 제공하기에는 너무 크고 비싸다. 또한, 팬 lysimeters은 그들 위에 토양 침출수를 수집 포화 매트릭스 흐름 (9) 측정에서 긴장 lysimeters에 비해 비효율적 할 필요합니다.

폐쇄 모형 매립 시스템,이러한 (또한 토양 모노리스 lysimeters라고도 함) 제로 긴장 토양 코어 lysimeters로 크게 물 예산과 관련된 오염 물질 예산 (예를 들어, 영양 예산) (10)를 수행하는과 자신감을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 lysimeters은 토양 그대로 코어가 포함되어있는 경우 가장 대표적인; 재 포장 토양 가득 lysimeters는 용질과 미립자 화합물 모두 11, 12의 전송에 영향을 원래의 구조, 시야 및 거대 연결을 유지하지 않습니다. 실험 스탠드 포인트로부터, 교란 토양 조건보다 복제를 용이하게 접근은 토양의 물리적 및 화학적 특성 (13)에 존재하는 고유의 공간적 변동 주어진 유리하다.

두 바람직한 방법은 그대로 토양 코어 lysimeters를 수집하는 데 사용되었습니다 드롭 망치와 절단 헤드. 이 썰매 햄 등의 간단한 장치로 달성 될 수있는 전자는 더 일반적으로, 수행 된메르 (작은 lysimeters). 적절하게 수행하면 낙하 해머로 토양 코어 수집은 비교적 다른 코어 링 기술과 비교할 때, 특히 비용 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러나 지상에 모형 매립 케이스의 구동에 의해 부과되는 깎아 지른듯한 힘은 기본 토양을 대표하지 않는 모형 매립 내부 조건을 생산, 번짐 및 압축 될 수 있습니다, 심지어 물 운동 (예를 들어, 바이 패스 흐름의 특정 유형을 선호, 또는를 따라 흐를 수있다 토양 코어 에지). 그 결과, 일부 연구자들은 드릴링 장치 또는 다른 굴삭 장치 (5)와 온전한 토양 절결 corers의 사용을 선호하고있다.

다양한 물질이 토양 코어 lysimeters 용 포장재로서 사용되어왔다. 강관 박스 및 비교적 낮은 비용, 내구성이 용이하게 가능하고 그들의 강도에 큰 14-17 lysimeters를 수집하는데 사용될 수있다. 그러나 동안 스틸 REL의 침출을 평가 만족atively 반응성 화합물 등의 질산으로, 강철의 철 인산염과 반응하기 때문에 코팅해야하거나 인 침출의 연구 치료. 큰 직경 토양 코어가 획득 될 때 일반적으로, 플라스틱 케이스가 같은 두꺼운 벽 (사용 된 경우) 낙하 해머의 충격을 견딜 수 (일정 80) PVC 파이프 등 인 침출 공부와 그 구조를 유지하는 데 사용된다 (예 ≥30 cm) 18-22.

일반적으로 토양 코어 lysimeters은 전 현장을 분석한다. 일단 토양을 둘러싼 이상 접지 기후는 자연 현장 조건을 나타내며 토양 코어 lysimeters가 야외 "모형 매립 농장"에 설치 될 수 있으며, 수집. 예를 들어, 스웨덴, 스웨덴 농업 대학은 30cm 직경 INTA를 확장 할 수 있습니다 농약 운명 및 운반, 장기 토양 비옥도 시험 및 관리 사례를 분석, 지난 3 년 동안 별도의 세 가지 모형 매립 농장을 유지하고있다CT는 23 코어. 토양 코어 lysimeters은 기후 조건 (24, 25)보다 강력하게 제어가 실내 침출 실험을 실시하고있다. 리우 등 알. 정기적으로 캐치의 배열 (26) 작물에서 토양 코어 lysimeters를 관개하기 위해 강우량 시뮬레이터를 사용했다. 키벳과 군 모두 사용 손 세척 기술은 토양 코어 27, 28을 통해 비소 및 영양 침출을 연구한다.

edaphic 및 수문 다양한 공정이 토양 코어 lysimeters로부터 추론 될 수있다. 군 외. (2015) 요소 응용 프로그램 (28) 후 질소 침출을 조사하기 위해 30cm 직경 PVC 열 lysimeters을 사용했다. 관개 이벤트에 후속 상이한 시간 간격 침출수를 수집하여, 이들은 거대 흐름을 지배하는 것으로 가정 이전에 신속하고 점진적인 흐름을 구별 할 수 있었다하고, 이후 매트릭스의 흐름을 지배하는 것으로 가정. 요소는 쉽게 접촉 위스콘신에 때 가수 분해되기 때문에제 토양 이들은 토양 매트릭스를 우회 거대 전송 증거로서 우레아 애플리케이션 직후 수집 침출수 상승 우레아 농도의 존재를 해석했다. 시간이 지남에, 그들은 초기 가수 분해 후 암모늄에 적용 요소의 변화를 추적, 침출수 질소의 다른 형태의 높은 농도를 감지 한 후 암모늄의 변화는 질화와 질산염.

설계, 실시 및 토양 핵심 모형 매립 실험을 해석 고려 사항을 설명하기 위해, 우리는 미국의 중간 대서양 해안 평야에서 발견 된 네 가지 토양 조사를 실시했다. 이 연구 측정 침출 농도 전에 건조 가금류 분뇨 (즉, 가금류 "쓰레기") (28)의 신청 후 질산의 손실. 토양에 가금류 쓰레기의 응용 프로그램에서 영양 손실은 키 체사 피크 만의 건강에 대한 관심 및 적용의 상호 작용을 이해하다가금류 쓰레기 및 농업 토양 특성은 영양 관리 권장 사항을 개선하기 위해 필요하다. 우리는 여기에 그대로 토양 코어 lysimeters를 추출 토양 수분을 추적,이 토양에서 차동 질산 침출 손실을 해석하기위한 구체적인 방법을 제시한다.

이 실험은 델마 바 반도, 미국 27, 28의 농업 토양에서 양분 침출을 평가하기 위해 실시 더 큰 연구의 일부입니다. 2010 년은 여기에 우리가이 연구에서 게시되지 않은 결과를 발표 토양 코어 lysimeters은 델라웨어, 메릴랜드와 버지니아에있는 사이트에서 수집 하였다. 초기 실험 논문 인 토양에서 침출 질산 침출을 평가하기 위해 수행되었다하더라도 역시 모니터링 하였다.

체사 피크 베이 유역의 대서양 해안 평야에서 4 공통 농업 토양 샘플링했다 : Bojac (거친 롬, 혼합, semiactive, THERMIC Typic Hapludult을); Evesboro (mesic, Lamell 코팅IC Quartzipsamment); Quindocqua (미세 롬, 혼합, 활성, mesic Typic Endoaquult); 사사 프라스 (미세 롬, 규산, semiactive, mesic Typic Hapludult). 각 토양의 경우, 수평선의 형태는 열 (표 1)의 발굴에 의해 노출 된 프로필에서 기술되었다. 토양의 표면 질감 (Bojac 및 사사 프라스가) (Quindocqua를) 양토를 미사에 고운 모래 / 모래 양토을 옥토 질의하는 모래 (Evesboro)에서였다. 모든 토양이 역사적으로 가금류 쓰레기와 함께 수정 된 된했지만, 아무도 연구에 앞서 10 개월 적용되지 있었다. 모든 토양은 이전에 토양의 핵심 모형 매립 컬렉션에 적어도 하나의 시즌 옥수수 생산까지 더-에 없었다.

컬렉션에 이어, 토양 코어 lysimeters는 주립 대학, PA의 USDA-ARS의 simulatorium 시설로 이송되었다. 그곳에서 그들은 가금류 쓰레기 응용 프로그램과 관련된 영양 침출을 평가하는 실내 관개 실험 (22 ~ 26 °의 C)의 대상이되었다. 구체적으로는,여과 액에 질산 토양 사이에 평형 될 때까지 lysimeters 8 주 동안 물 주간의 2cm로 관개했다. 가금류 쓰레기 (건조 가금류 분뇨는) 다음 총 N. 관개 -1 5 주 이상 계속 된 162kg의 헥타르의 비율로 모든 토양의 표면에 적용 하였다. 수분 센서는 관개 침출주기 동안 연속적 오분 간격 부피 수분 함량을 기록 하였다. 침출수는 24 시간 후 수집 및 관개에 다시 칠일 후에 직전되었다.

토양 코어에서 lysimeters 침출수 데이터 전과 도포 후 쓰레기 통 사이 침출수 양과 품질의 차이뿐만 아니라, 차이를 설명하기 위해 간단한 설명적인 통계를 사용하여 분석 하였다. 토양 수분 센서가 각각 토양 두 복제 토양 코어 lysimeters의 배치 되었기 때문에 (Evesboro, Bojac, 사사 프라스, Quindocqua), 토양의 수분 함량에 대한 통계는, N = 2에 기초하여 S 반면했다침출수 깊이 tatistics은, 질산-N 농도 및 질산-N 플럭스는 Evesboro, Bojac 및 사사 프라스와 Quindocqua 5 토양 코어 lysimeters 10 토양 코어 lysimeters에서 파생되었다. 토양 내 복제의 중요성을 평가하기 위해, 침출수 깊이 편차 (CV)의 계수가 다른 복제에 번호를 계산 하였다. (Evesboro, Bojac, 사사 프라스 10; 5 Quindocqua 용) 몬테카를로 시뮬레이션 접근법마다 반복 토양 그룹 내 복제의 총수로부터 토양 코어 lysimeters (N = 3)의 일부를 샘플로 사용 하였다.

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Protocol

1. 재료 준비

  1. 일정 80 PVC, 30.5 cm (12 인치) 직경 (공칭 ID)에서 모형 매립의 본체를 잘라; 이 1.9 cm (0.75 인치) (도 1a)의 벽 두께를 갖는다. 연구하고자하는 토양 층 (들)의 두께에 따라 모형 매립 체의 길이를 잘라; 여기서, 53cm (21 인치) 긴 몸을 사용합니다. 토양을 통해 절단을 돕기 위해 모형 매립 체의 내벽에 날카로운 리딩 엣지를 형성하기 위해 모형 매립의 하단부 주위에 45 ° 경사하여 깊이 0.63 cm 패주.
  2. 컬렉션에 이전 (그림 1b)를 물 무료 배수를 허용하고 침출수의 저장 용량을 제공하기 위해 캡에 일정 80 PVC의 15.3 cm 높이 30.5 cm의 ID 링을 접착하여 34.5 cm의 ID, 평평한 바닥 PVC 캡을 수정합니다. 본체가 몸에 뚜껑을 결합하는 결합 역할을 같은 재고 반지를 잘라. 캡은 (유연한 커플 링 및 호스 클램프 본체에 결합한다그림 1C 및 1D). 1.27 cm의 구멍을 드릴링 및 1.27 cm (14) NPT 파이프 탭으로를 눌러 샘플 수집을위한 포트를 설치하고 캡의 바깥 쪽 가장자리에 1.27 cm 나일론 가시 남성 어댑터 (그림 1E)를 설정 곳 측벽 및 바닥 충족.
  3. lysimeters (그림 1g)의 바닥을 커버하는 데 사용됩니다 1.27 cm 두께의 평면 스톡 PVC에서 34cm 직경의 디스크를 잘라. 드릴 (180)는 균일하게 0.32 cm 이격. 디스크 직경으로 구멍을 캡을 입력 불순물 가득 모형 매립의 바닥으로부터 배출을 허용한다. 접착제 접지 마포 또는 디스크의 일측에 다른 여과포는 침출수 배수 중에 하부 디스크를 통과하는 토양을 방지 할 수있다.
  4. 2.5 cm 플랫 아이언 2.5 cm 물 파이프 (그림 2)에서 해제 가위를 구축 할 수 있습니다. 50.0 cm 길이로 플랫 아이언의 2.5 cm 밴드 두 컷 참조 모형 매립 체의 외부를 사용하여 반원형으로 구부려. 용접 5 센티미터 나각 반원 밴드의 각 끝. 힌지 핀 밴드의 각각에 가입하세요. 서로 대향 대역의 외륜의 수관 용접.

드롭 해머와 토양에 2. 운전 모형 매립 케이스

  1. 컬렉션 영역에서 표면 식물, 바위, 먼지 등을 제거합니다. lysimeters 촬영 (그림 3a) 할 수있는 수준의 바닥에 몸 모형 매립 위치 2. 열에서 그 토양이 균일 한 깊이 그래서 lysimeters 레벨인지 확인합니다.
  2. 모형 매립 기관을 통해 장소에 특별히 디자인, 트레일러 장착, 드롭 망치 드라이브. 드롭 해머가​​ 제자리에있을 때, 모형 매립 체의 바닥 및 상부로 강판 수준으로 유압 동력 아웃리거 배포. 아우 트리거는 또한 드롭 해머 (그림 3b)에 대한 안정성을 제공합니다.
  3. 부분적으로 1.52 m의 도움으로 최대 1,180kg 3 m 타워 무게 1.52 m 광장 강판으로, 10.2 cm 두께를 호이스트기계적 윈치 (그림 3b). 토양에 열을 망치로 강판을 놓습니다.
  4. 2.3 여러 번 열 림 때까지 반복 단계는 토양 표면 (도 3c) 위 2cm이다.
  5. 컬럼의 내부 및 외부 토양의 깊이를 측정하여 모형 매립 내부의 토양 다짐을 확인합니다. 칼럼 내부의 토양 열 외부 토양보다 1cm보다 낮 으면, 토양은 압축되고 연구에는 적합하지 않다.

3. 토양 코어를 제거

  1. 굴착 과정 토양, 먼지에 의한 오염을 방지하기 위해 칼럼을 통해 천공 된 PVC 디스크 (도 1C) 및 플렉시블 파이프 커플 링 (도 1D)을 놓는다.
  2. 굴 착 (그림 4a)와 열 바닥보다 약간 깊은 토양 코어 옆에 트렌치 및 파.
  3. 삽으로 구멍을 확대 또는 선택 (도 4b)와 m로 노출가능한 실린더의 외부의 UCH.
  4. 이 토양 외부 컬럼 벽 (도 4c)의 사이가되도록 기둥의 측면의 전체 길이를 따라 중금속 파고 막대를 누른다.
  5. 칼럼의 맨 아래에있는 토양 인터페이스가 고장 때까지 앞뒤로 파고 줄을 올립니다.
  6. 토양 코어의 제거에 대비하여 (도 2에 도시) 모형 매립 상단 주위 리프팅 위 프레임. 가위가 열 주위에 단단히 닫고 구멍 밖으로 모형 매립을 들어 올릴 때까지 각 막대를 들고 사람으로, 당기십시오. 합판의 조각으로 평평한 작업 표면에 모형 매립을 놓습니다.

4. 모형 매립 총회의 토양 코어 준비

  1. 바닥면이 위가되도록을 통해 토양 코어를 뒤집습니다. 단계 3.1에 ​​설치된 나무 합판 디스크가 제자리에 토양을 개최한다.
  2. 부드럽게 심지어 PVC (도 5a)의 림 w와 토양 레벨직선 가장자리 번째. 펜 칼이나 드라이버로 림의 평면 위에 튀어 나온 돌을 제거합니다.
  3. 화학적으로 비활성 놀이 모래 어떤 빈 공간을 채우고 조심스럽게 (그림 5b)를 팩.
  4. 등급은 심지어 직선으로 열 바닥 모래와는 초과 모래 (도 5cd)를 제거합니다.
  5. 림에서 어떤 토양과 브러시와 lysimeters의 외측 벽을 청소하거나 가볍게 가장자리를 날려 접착제 스틱과 캡의 아늑한 피팅을 위해하는 테두리가 깨끗한 지 확인합니다.

5. 모형 매립 조립

  1. 모형 매립 (도 6a)의 가장자리 주위에 분명 실리콘 코킹의 연속 라운드 구슬을 돌출. 코킹은 lysimeters에 천공 디스크 바닥을 밀봉 및 누출 방지하기 위해 충분히 두꺼운해야한다.
  2. 모래에 직면 필터 패브릭 림 위에 천공 디스크 (그림 1C)를 놓고접시와 모형 매립의 좋은 접촉을 할 수 있도록 단단히 누르십시오.
  3. 접시의 가장자리 주위에 팔 균등하게 파일럿 구멍을 드릴과 드릴 드라이버와 1.0 인치 스테인레스 스틸 나사 구멍이 디스크를 고정합니다 (그림 6B).
  4. 커플 링의 약 2cm가 모형 매립 림 (도 5c) 위에 돌출되도록 모형 매립베이스에 유연한 파이프 커플 링 슬립.
  5. 유연한 파이프 커플 링 (도 6c)에 수정 된 PVC 캡을 장착하고,이 모형 매립 몸에 닿을 때까지 아래로 뚜껑을 밀어 넣습니다. 캡의 상단에 나무 블록으로 조심스럽게 제자리에 뚜껑을 활용할 망치를 사용합니다.
  6. 커플 링의 홈에 고정 대역을 놓고 커플 링을 죄기없이 가볍게 고정합니다. 모형 매립 캡이 단단히 고정되어 때까지 손으로 커플 링 주변의 금속을 조여 1/4 인치 육각 드라이버를 개최했다. 모형 매립은 기후의 계속에 이성을 상실하고 운송 할 준비가되어 있습니다압연 설비.

6. 수분 센서 설치

  1. 스크 5, 25cm 깊이의 모형 매립 벽에 5cm 길이, 수평 라인. 토양 표면이 아니라에서 모형 매립의 가장자리를 측정한다.
  2. 마크 된 라인의 각 단부에 모형 매립의 벽을 통해 1.0 cm 지름의 구멍을 뚫는다.
  3. 멀리 회전 절삭 공구 드릴 구멍 사이 플라스틱의 나머지 3cm를 잘라.
  4. 5cm 의해 두께 1cm 긴 토양에 슬릿 드릴링하는 수분 센서 (예컨대, 십 각형)의 케이싱을 수용한다.
  5. 센서 접지 단자가 단단히 땅에 묻혀있는 유일한 와이어는 모형 매립 튀어 나와되는 때까지 깨끗이 슬롯 구멍에 수분 센서를 밀어 넣습니다.
  6. 브러시 나 걸레와 슬롯의 벽에서 청소 토양.
  7. 누출 물을 방지하기 위해 슬롯에 실리콘 코킹 두꺼운 비드를 적용한다. 균열을 막다가 건조 된 후, 욕실에 실리콘의 제 2 사이클을 적용센서 주위의 구멍에있는 모든 격차가 밀봉되어 있는지 확인합니다.

침출수 수집에 대한 Lysimeters 준비 (7)

  1. 코킹와 토양과 모형 매립 벽 사이 인감 격차는 모형 매립의 내부 벽 아래로 우대 흐름의 위험을 줄일 수 있습니다.
    1. 피어스는 표준 코킹 건에 분명 실리콘 코킹의 튜브를로드합니다.
    2. 충전 할 수있는 토양과 모형 매립 몸의 안쪽면에 공간 사이의 코킹 튜브의 끝을 놓습니다. 2cm에 대해 토양 아래 균열을 막다 총의 끝을 밀어 넣습니다. 이 공백을 채우고 토양 표면 위에 스며 때까지 튜브 밖으로 코킹을 짠다.
  2. 벤치의 상단 또는 평면 충분히 튼튼한에 설정 lysimeters 여러 lysimeters과 4.0 L 용기에 물을 무료로 배수를 허용 할만큼 높은 (그림 7)의 무게를 처리합니다.
  3. 핵심 lysimeters가 작은 (15cm) 정신 수준으로 모든 방향으로 수평되는 토양을 확인합니다. 필요한 괞 찮아 경우토양 표면을 완전히 평탄화까지 CE 심 밑 lysimeters.
  4. 나사 나일론 튜브 피팅 (NPT 0.5) 주위에 테프론 테이프를 싸서 캡에 끼워 맞춤 시계 방향으로 돌립니다. 스레드 중 어느 것도 볼 수 없을 때까지 조정 가능한 렌치로 피팅을 조입니다.
  5. 피팅 나일론의 가시 끝에 0.5 인치 호스를 밀어하고 수집 용기의 입에 약 4.0 cm를 통과하도록 호스를 잘라.
  6. 모형 매립에서 컨테이너를 설정하고 수집 용기 내부의 호스를 배치합니다.

8. 관개 Lysimeters 및 수집 침출수

  1. 보호 및 토양 단위 및 표면 잔기를 보존 치즈 천 또는 다른 투과성 화학적 불활성 직물 토양 표면을 커버.
  2. 눈금 실린더에 탈 이온수 1,450 ml의를 측정하고, 샤워 헤드를 장착 할 수 있습니다 물에 부어. 부드럽게 골고루 distu하지 않는 속도로 직물 위에 물을 뿌려토양 표면을 경우 rb.
  3. 캡 및 수집 용기에 토양 컬럼을 통해 여과 액을 침투 물이 일정 기간을 기다립니다.
  4. 모든 물을 수집 용기에 모형 매립 저장 기 캡에서 배출 될 때까지 출구 구멍을 향해에서 모형 매립 팁.
  5. 규모와 수집 된 침출수의 질량을 측정하고 ML 그램의 질량을 변환 (물 1.0 g을 1.0 ml의 동등하다고 가정). 350 ml의 멸균 플라스틱 샘플 병에 침출수 샘플을 따르십시오. 즉시 흐름 주입 분석 (31)를 통해 비색을 사용하여 질산 분석에 대비하여 0.45 ㎛의 필터 종이를 구비 한 흡입 깔대기 50 ㎖ 필터.
  6. 저장 여과하고 냉장고 및 분석까지 4 ° C에서 샘플의 필터링되지 않은 부분.

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Representative Results

토양 수분, 침출수 깊이와 침출수 화학 모두 특정 토양의 복제 토양 코어 lysimeters 사이의 내부 변동성에도 불구하고 토양 특성의 함수로 차이를 드러내는 토양에서 변동성을 보여줍니다. 나중에 점을 보증 토양 수분 및 침출 과정에 내재 된 변동성 등의 실험 설계의 관점에서 특정 노트, 제 2 형 통계 오류를 최소화하기 위해 상당한 복제가 필요합니다. 본 연구에서는 모든 토양에서 변동 계수 (CV)는 질산-N 플럭스에 대한 0.54에 질산-N 농도에 대한 0.55, 0.23로, 침출수 깊이 0.06로, 토양 수분 0.02에서 0.38로 0.22을 0.02이었다.

분산에 모형 매립 복제의 효과는 강한 INF를 공개, 개인 토양 (Bojac, Evesboro, 사사 프라스, Quindocqua)의 복제에서 침출수 데이터를 샘플링하여 도시된다다른 사람보다 몇 가지 변수에 대한 복제 luence. 모형 매립이 (Quindocqua, 3 ~ 5 복제의 경우, 또는) 세에서 10 증가 복제로 일반적으로, CV 명확하게 감소한다. 침출수 깊이를 들어, CV는 0.12에서 Evesboro 토양에 대한 0.06 및 0.08에서 사사 프라스 토양에 대한 0.03의 Bojac의 토양 0.06에 0.14로 감소. N = 5의 CV는 0.02 동안 다섯 복제가 존재하는 대한 Quindocqua, N = 3의 CV의 경우 0.04이었다. 질산-N 농도의 경우, CV는 Evesboro을 위해 0.17에 0.39에서 Bojac을 위해 0.34에 0.88로 감소하고, 0.26에서 사사 프라스에 대한 0.12. Quindocqua를 들어, 질산-N 농도의 CV 다섯 복제와 0.17 세 복제로 0.35에서 감소했다. 질산염 N 광속의 CV에서의 복제 효과 질산-N 농도에서 관찰 된 것과 유사 하였다.

토양 수분

5cm 관개를 다음과 25cm 깊이의 토양 수분 함량의 변화는 (그림 8) 거친 미세한 질감 토양과 물 전송의 차이를 보여줍니다. 수분 프로필은 거친 질감 Evesboro 모래와 사사 프라스 사양토 토양을 통해 관개 용수의 빠른 움직임을 나타냅니다. 모두 5 및 25cm 깊이 이들 토양 용적 수분 함량 (0.17 및 0.21 m 3m -3) 관개 1 시간 내에 각각 0.31의 평균값과 0.22 m 3m -3 증가하고 배경 수준으로 돌아 관개 후 9 시간으로. 반대로 Bojac 및 Quindocqua 토양 용적 수분 관개 후 적어도 20 시간까지 배경 레벨로 복귀하지 않았다.

침출수 깊이

주간 침출수 깊이는 experim의 과정을 통해 네 개의 토양에 대한 1.12 1.95 센티미터에서 원거리엔트 (그림 9). 관개 용수의 비율이, 모래 Evesboro (81 %)와 사사 프라스 (85 ​​%) Bojac 질감 미세한에서보다 약간 더 효율적있는 토양의 복구와 토양 질감과 관련된 일반적인 경향을, 다음으로 관개 용수의 회복은, 표현 (77 % ) 및 Quindocqua (71 %) 토양. 대부분 침출수 Bojac 수집 총 침출수의 80 %에 해당하는 관개 (24 시간) 후 첫 샘플링으로 수집하고, 총 Evesboro 수집 침출수, 사사 프라스 수집 총 침출수의 91 % 및 99 % 84 % Quindocqua을 위해 수집 된 총 침출수.

질산염-N 농도 및 침출수에 플럭스

침출수의 질산염-N 농도는 쓰레기 신청 후 증가하지만, 토양 사이의 서로 다른 시간적 패턴을 따랐다. 침출수 F의 비료 응용 프로그램, 질산-N 농도 전 주에또는 네 개의 토양은 27.1 mg을 L -1 (그림 10) 평균. 미세한 질감 Quindocqua를 들어, 농도는 39.9 mg을 L-1의 평균 첫 주부터 침출수 시료에 질산-N과 함께 즉시 정점. 반면, 질산-N은 sandier 질감 토양에서 침출수에 피크 질산-N 농도가 Bojac 토양 (37.3 mg을 L-1의 평균)과 대한 쓰레기 첨가 한 후 4 주 동안 쓰레기 첨가 한 후 2 주 발생으로, 더 느리게 증가 Evesboro (53.0 mg을 L-1의 평균)과 사사 프라스 토양 (57.1 mg을 L-1의 평균).

침출수 질산-N 플럭스의 차이 (kg 하 -1) 만 침출수에 질산-N 농도의 동향뿐만 아니라 침출수 깊이의 차이 (그림 11)하지를 반영합니다. 쓰레기 신청하기 전에, 매주 질산 플럭스는 사사 프라스와 함께, 2.0-5.8 kg 하 -1했다> Evesboro> Bojac> Quindocqua. 사사 프라스 및 Evesboro의 lysimeters (그림 9)에서 큰 침출수 깊이는 쓰레기 신청 전에 질산-N 플럭스에 분명하다. 질산-N 플럭스에 가금류 쓰레기 응용 프로그램과 침출수 볼륨의 역할을 평가하기 위해, 쓰레기 응용 프로그램 전에서 토양의 질산-N 플럭스는 다음 주 플럭스 (그림 12)에서 제외되었다. 토양 중 질산-N 플럭스의 시각적 플럭스 변화의 결과 패턴과 범위는 -1 1.1 4.7 kg 헥타르이다. 질산염-N의 바로 쓰레기 응용 프로그램 스파이크 후 Quindocqua 토양에서 광속은 일주일에 여섯 때까지 다른 토양에서 플럭스보다 큰 남아있다. 거친 질감 토양에서 질산염-N 플럭스는 다시 3.0 kg 하 -1에서 정점 Bojac (3.7 kg 하 -1)와 사사 프라스 (3.8 kg 하-1) 쓰레기 신청 후 두 번째 주에 정점과 Evesboro로 지연 , 쓰레기 신청 후 사주.

문학 입자 크기 분포 KCl을 질산
수업 0-5cm 15-30cm 45-50cm 0-5cm
% 모래 % 점토 % 모래 % 점토 % 모래 % 점토 ㎎을 kg을 -1
Bojac 72.7 9.6 65.1 16.9 57.9 21.8 (74)
Evesboro 에이 89.8 3.7 86.9 5.6 89.0 5.9 (110)
Quindoqua 기음 30.2 (17) 29.2 24.8 33.9 (23) (341)
사사 프라스 82.0 5.7 74.4 9.7 88.4 7.9 (103)

표 1 : 화학 및 토양 코어 lysimeters의 물리적 특성.

그림 1
그림 1 : 주요 부품 모형 매립을 구축하기위한의 (a) 일정 기관 모형 매립 (80) PVC;. (b) PVC 캡; (c)가요 성 커플 링; (d) 천공 디스크; (E) 호스 클램프; (바) 식품 등급의 튜브; (g) 스레드 피팅 가시 호스. 이의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오그림.

그림 2
그림 2 :. 사용자 지정 해제 가위 지정 해제 가위는 두 사람이 들어 올려 무거운 토양 코어 lysimeters를 이동할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3 :. 드롭 해머의보기 열 삽입 (a)에 드롭 망치에 대비하여 토양에 레벨을 배치 PVC 열. (b)는 실린더에 해머 타격을 삭제합니다. (다) 실린더가 완전히 토양으로 구동. 더 큰 버전?을 보려면 여기를 클릭하십시오이 그림의 N.

그림 4
그림 4 :. 토양 열 제거를위한 준비 (a)는 구멍이 따라 측 열 파고된다. (b)의 토양은 열 (PVC 커버와 플렉시블 커플 링과 외부 토양으로부터 보호 참고 lysimeters)에서 멀리 포착된다. (다) 토양 - 투 - 토양 인터페이스는 파고 바 세분화된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
그림 5 :. 공판와 모자를위한 모형 매립 바닥의 제조 (A) 레벨링 바닥과 돌을 돌출 제거. (나 g>) 멸균 모래 빈 공간을 채우기. (다) 수평 모래. (D) 수준의 모래 청소 열입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6
그림 6 :. 모형 매립에 바닥 설치 (a)는 모형 매립의 청소 림에 균열을 막다의 반지를 씌우고. (b)는 스테인레스 스틸 나사 모형 매립에 구멍이 디스크를 조임. (다) 모형 매립에 모자를 씌우고하고 유연한 커플 링 꽉 고정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 7 :.. 완전히 조립 된 모형 매립 (수분 센서가 설치되지 않은) 침출수 수집을 위해 아래에 배치 호스 연결 및 유리 병 모형 매립 조립 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 8
그림 8 :.. 체적 수분 용적 수분 함량 (m 3m -3) 토양 핵심 모형 매립 내에서 관개 다음과 같은 일반적인 24 시간 동안 5cm와 25cm 깊이에서 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 9 :.. 침출수 깊이 빠른 침출 (24 시간)과 느린 침출 (7 일) 세그먼트로 분할 된 토양 코어 lysimeters에서 수집 한 주간 침출수 깊이 (cm)의 합 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 10
그림 10 :. 질산염-N 농도 전에 및 가금류 쓰레기 신청 후 토양 코어 lysimeters에서 수집 된 침출수의 주간 질산-N 농도 (mg을 L-1). 플롯 포인트는 포인트 주변의 평균과 오류 막대는 평균의 표준 오차를 나타냅니다. 이 F의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오igure.

그림 11
그림 11 : 질산염-N 플럭스 전에 및 가금류 쓰레기 신청 후 토양 코어 lysimeters에서 수집 된 침출수에 질산-N의 질량 (kg 하 -1).. 플롯 포인트는 포인트 주변의 평균과 오류 막대는 평균의 표준 오차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 12
. 그림 12 : 전에 쓰레기 응용 프로그램에서 비료 토양 질산-N 플럭스 (kg 하 -1)에서 추정 질산-N 플럭스 기여 가금류 쓰레기 n의 기여를 평가하기 위해 다음 주 플럭스에서 제외되었다토양 코어 침출수에 itrogen. 플롯 포인트는 포인트 주변의 평균과 오류 막대는 평균의 표준 오차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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Discussion

모형 매립 컬렉션의 중요한 단계

침출 연구는 얕은 지하수 질소 손실에 토양 특성 및 비료 관리의 영향을 설명한다. 토양 질감 집합체 구조 및 벌크 밀도와 같은 토양 물성 물과 용질의 퍼콜 중재. 정확하게 침출수 볼륨과 용질 농도를 결정하는 이러한 중요한 단계를 수행하여 모형 매립 수집 중에 이러한 토양의 물리적 특성의 무결성을 유지에 따라 달라집니다 : 1) 모형 매립과 열이 토양에 구동되는 동안 수준을 유지해야 드롭 망치; 모형 매립 내 2) 토양 다짐에 대해 확인해야합니다 3) 토양 칼럼의 바닥이 평평해야 보이드가 드레인 캡을 설치하기 전에 불활성 모래 채워야; 4) 실리콘 코킹으로 밀봉해야 모형 매립 벽과 토양 사이의 사람들을 포함한 모든 간격이 일에서 우선 측벽 흐름 또는 유출을 방지하기 위해전자 수분 센서 포트.

유지 토양 구조의 중요성

침출 시험을 정확하게 효율적으로 용질의 질량 손실을 결정하기 위해 토양 프로필을 통해 이동하는 물의 양을 나타낼 필요가있다. 공부 네 토양에서 발견 한 평균 관개가 적용되는 볼륨의 79 %이었다. 효율성 언 바운드 제로 긴장 팬 lysimeters을 비교 유사 연구는 56 %의 평균 관개 수집 효율을보고 및 58 % 29,10. 상기 연구에서 토양이 연구에서 토양 상이했지만, 우리는 토양 프로필 토양의 물리적 특성을 보유하고 싸는 토양 코어 lysimeters 능력 관수 회수 효율의 증가 때문이다.

복제의 중요성

침출수 특성의 변화에​​ 복제의 영향 및 O에서 복제를 증가의 필요성이 연구 포인트RDER 토양 코어 lysimeters에서 중요한 추론을 그립니다. 침출수 특성의 변동성은 침출수 볼륨에 대한 질산-N 농도 및 유량에 대한 최대 및 가장 낮았다. 모든 침출수 속성 (세부터 5까지 Bojac, Evesboro 및 사사 프라스 또는 Quindocqua의 경우) 세 내지 10 복제 토양 코어 lysimeters의 수를 증가 0.06 이하로 감소 CV. 우리의 경험에서, 네 개의 복제의 최소 토양의 핵심 모형 매립 실험 18,28,29 필요하다.

추적 토양 수분의 중요성

이 깊이에서 토양의 형태에 대한 이해와 함께 5cm와 25cm의 깊이에서 토양 수분 동향, 수문 동향 및 정상 상태 가정을 설명하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 토양 수분 동향 질감 Evesboro 및 사사 프라스 토양과 미세한가 Bojac 및 Quindocqua 토양 질감 거친 사이의 침출 과정의 차이를 알 수있다. 거친 질감토양 수분 더 연장 증가 (도 8)을 가지고 질감 토양에 비해 더 정밀 토양 용적 함수량 짧은 증가를 나타내었다. 이러한 차이는 24 시간, 7 일 침출수 수집을 비교할 때 밝혀,하지만 빠른 거대 흐름에 대한 가설을 수정하는 미세한 시간 해상도가 부족했다. 제 24 시간 컬렉션 후 침출액의 가장 큰 비율을 얻은 Bojac 토양의 경우에, 토양 수분 경향 25cm 깊이에서 탈질 조건을 선호하므로 침출수 질산염 N을 감소 할 토양 수분 포화 장기간 공개 . 토양 수분 센서에서 얻은 통찰력을 감안할 때, 프리미엄은 침출 공정의 사후 평가를 용이하게하기 위해 가능한 한 많은 토양 코어 lysimeters에 센서를 설치하는 장소이어야합니다.

질량 균형 계산 중요성

현재의 연구에서, 8.5-19.6 %적용 N은 6 주 동안 질산-N으로 침출수에 분실되었다. 침출 손실은 분명히 manured 토양에 대한 N 예산의 주요 구성 요소이며, 이러한 손실을 최소화하는 환경의 질에 대한뿐만 아니라 영양소 이용 효율을위한뿐만 아니라 중요합니다. 쓰레기 적용된 N의 약 80.4-91.5 %가 토양 코어 lysimeters에 남아 있었다. 이 N의 운명을 문서화하는 레이블이나 추적자 같은 기술의 사용으로 개선 될 수있다. 따라서, 토양 코어 lysimeters의 명확한 이점은 물 예산이고, 훨씬 더 어렵 경계하지 9 덜 효과적인 것으로 알려진 그러한 팬 lysimeters 같은 모형 매립 다른 타입의 시스템과 무언가를 소재를 적용하여 평가 하였다.

디자인의 한계

현재의 디자인은 효율적으로 배수가 중력 물을 측정하지만,이 lysimeters 때문에 수십 미세한 질감 토양 작은 공극 공간으로부터 침출 량을 과소 것으로 여겨진다하는 ional 힘. 미세 질감 Quindocqua 토양으로부터 회수 관개의 평균 분획인가 전체의 71 %를 차지했다. 또한,이 용적의 1 % 미만이 토양 매트릭스에 미세한 세공을 "느린 용출 '에 기인한다. 포집 효율은 토양 수동 모세관 섬유 심지 첨가 9 프로파일이 50 % 이상 증가하고있다. 저자는 현재이 원고에 기술 된 토양의 핵심 모형 매립에 사용되는 유리 섬유 심지의 효능을 조사하고있다.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Schedule 80 PVC Pipe Fry's Plastic Call Sold in 10 ft lengths
Fernco Fittings Fry's Plastic Call 12 inch diameter
Type II PVC plates for perforated discs AIN Plastic Call Sold in 4' x 8' sheets of PVC II Vintec II 
Schedule 40 PVC Caps Fry's Plastic Call 12 inch diameter
Stainless Steel Screws Fastenal 135716 #8 Bugle Head Phillips Drive Sharp Point Grade 18-8 Stainless Steel
Silicone II Caulk Lowe's 447488 
Nylon Tube Fitting United State's Plastic Corp. 61137 0.5 inch NPT
Foodgrade Tubing Lowe's 443209 0.5 inch vinyl

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References

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