Um Protocolo de Coleta e Construindo lisímetros amostra de solo

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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

A Península Delmarva faz fronteira com a costa oriental da baía de Chesapeake, e é o lar de uma das maiores regiões de produção de aves em os EUA. Cerca de 600 milhões de frangos e um número estimado de 750.000 toneladas de esterco são geradas a partir da produção destas aves a cada ano 1. A maioria do estrume é usado localmente como uma alteração de fertilizantes nos campos agrícolas. Por causa de historicamente altas taxas de aplicação de estrume, nutrientes, como nitrogênio e fósforo ter acumulado no solo e agora estão suscetíveis a perdas fora do local através de subsuperfície lixiviação 2. Grande parte do fluxo de águas subterrâneas é direcionado para uma extensa rede de valas que, finalmente, drenam para a Chesapeake Bay 3. Os nutrientes levados ao Bay estão ligados ao declínio da saúde do Bay devido à eutrofização 4.

Ligar gestão de nutrientes com as perdas fora do local de nutrientes requer ferramentas especializadas para monitorar hidrológicofluxos e transferências de nutrientes associados. Os lisímetros representam uma grande categoria de instrumentos utilizados para caracterizar e quantificar o movimento de nutrientes através de solos. Os lisímetros têm uma longa história de uso no fluxo de nutrientes monitoramento em água 5-7 percolação, de lisímetros de tensão que podem ser ajustados para combater potencial matricial do solo para que eles melhor estimativa planta de água disponível, para lisímetros de tensão zero que são mais representativos de processos ocorrendo durante a drenagem livre. Todas as abordagens para lysimetery presentes preconceitos inerentes. Por exemplo, alguns lisímetros são demasiado pequenos para representar processos totalmente espacialmente complexos em solos naturais, ou são demasiado grandes e caros para proporcionar uma boa replicação estatística de solos heterogéneos 8. Além disso, os lisímetros pan exigem solos acima deles ser saturado para recolher os lixiviados e são ineficientes em comparação com os lisímetros de tensão na medição do fluxo de matriz 9.

sistemas lisímetros fechados,tais como de tensão zero lisímetros núcleo do solo (também conhecido como lisímetros monólito), melhorar significativamente a confiança com que os orçamentos de água e orçamentos poluentes associados (por exemplo, os orçamentos de nutrientes) são realizados 10. Estes lisímetros mais representativas quando eles contêm núcleos intactos de solo; lisímetros preenchidos com solos reembalados não mantêm a estrutura original, horizontes e conexões macroporos que influenciam o transporte de solutos e compostos de partículas iguais 11,12. De um ponto de vista experimental, abordagens que facilitem uma maior replicação das condições do solo não perturbadas são vantajosos, dada a variabilidade espacial inerente que existe em física do solo e as propriedades químicas 13.

Dois métodos preferenciais têm sido utilizados para a recolha de lisímetros núcleo do solo intacta: martelo de queda e cabeça de corte. O primeiro foi realizado mais comumente, como pode ser conseguido com dispositivos simples como um presunto trenómer (lisímetros menores). Quando realizado adequadamente, recolha amostra de solo com um martelo mecânico foi demonstrado ser relativamente eficientes, especialmente quando comparados com outras técnicas de descaroçamento. No entanto, as forças de corte impostas pela condução de um invólucro de lisímetro para o chão pode provocar manchas e compactação, produzindo condições no interior do lisímetro que não são representativas de solo nativo e pode até favorecer certos tipos de movimento da água (por exemplo, o fluxo de desvio, ou fluir ao longo a extremidade do núcleo do solo). Como resultado, alguns investigadores têm preferido a utilização de corers que cortar um solo intacto com um aparelho de perfuração ou outro dispositivo de escavação 5.

Vários materiais têm sido usados ​​como invólucros para lisímetros núcleo solo. Tubos e caixas de aço são relativamente de baixo custo, resistentes e facilmente disponíveis e podem ser usadas para recolher lisímetros maiores devido à sua força 14-17. No entanto, enquanto o aço é satisfatória para avaliar a lixiviação de reltivamente compostos não reactivos, tais como o nitrato, o ferro no aço reage com fosfato e deve, portanto, ser revestidos ou de outro modo tratado para o estudo de lixiviação de fósforo. Comumente, invólucros de plástico são usados ​​para estudar a lixiviação de fósforo, tais como paredes espessas (Tabela 80) de tubo de PVC que podem resistir ao impacto de um martelo mecânico (se utilizado) e manter a sua estrutura quando são obtidas amostras de solo de diâmetro maior (por exemplo, ≥30 cm) 18-22.

Em geral, os lisímetros de núcleo do solo são analisadas ex situ. Depois de coletados, os lisímetros de núcleo do solo pode ser instalado no exterior "fazendas lisímetros", onde em torno do solo e acima de climas terrestres representam as condições naturais de campo. Por exemplo, na Suécia, a Universidade Agrícola sueco manteve três fazendas lisímetros separados ao longo das últimas três décadas, analisando as práticas de pesticidas destino e transporte de carga, os ensaios de fertilidade do solo a longo prazo, e de gestão que podem ser dimensionadas para inta 30 cm de diâmetroct núcleos 23. Lisímetros de solo também foram submetidos a experiências de lixiviação interior onde há um maior controlo das condições climáticas 24,25. Liu et al. Utilizaram um simulador de chuva para irrigar regularmente lisímetros núcleo solo sob uma variedade de culturas intercalares 26. Kibet e Kun todas as técnicas de irrigação mão empregadas para estudar o arsénio e lixiviação de nutrientes através de amostras de solo 27,28.

Uma variedade de processos edáficas e hidrológicas pode ser inferida a partir de lisímetros núcleo do solo. Kun et al. (2015) utilizaram 30 cm de diâmetro lisímetros coluna PVC para investigar a lixiviação de nitrogênio após a aplicação de uréia 28. Através da recolha de lixiviados em diferentes intervalos de tempo após um evento de irrigação, eles foram capazes de diferenciar entre fluxos rápidos e graduais, com o primeiro assumiu a ser dominado pelo fluxo de macroporos, e mais tarde assumiu a ser dominado pelo fluxo matriz. Desde a ureia é rapidamente hidrolisada quando em contato with solo, que interpretou a presença de concentrações elevadas de ureia em lixiviados recolhidos logo após a aplicação de ureia como uma prova de transporte dos macroporos que foram desviados da matriz do solo. Com o tempo, eles detectaram concentrações elevadas de diferentes formas de azoto em lixiviados, acompanhando a transformação da uréia aplicada a amônio após hidrólise inicial, então a transformação de amónio a nitrato por nitrificação.

Para ilustrar considerações na concepção, realização e interpretação de experimentos em lisímetros núcleo do solo, realizou-se uma investigação de quatro diferentes solos encontrados na planície costeira mid-Atlantic dos EUA. A concentração de lixiviação estudo mediu e perda de nitrato de antes e depois da aplicação de estrume seco de aves (ou seja, aves "lixo") 28. As perdas de nutrientes a partir da aplicação de cama de frango para os solos são uma preocupação chave para a saúde da Chesapeake Bay, e entender a interação de aplicadocama de frango e propriedades dos solos agrícolas é necessário para melhorar recomendações de gestão de nutrientes. Apresentamos aqui um método detalhado para extrair lisímetros núcleo do solo intactos, monitoramento da umidade do solo, e interpretação de perdas por lixiviação de nitrato diferencial desses solos.

Esta experiência faz parte de um estudo maior realizado para avaliar a lixiviação de nutrientes dos solos agrícolas da Península Delmarva, EUA 27,28. lisímetros núcleo de solo foram coletadas a partir de sites em Delaware, Maryland e Virginia em 2010. Aqui nós apresentamos resultados inéditos obtidos nestes estudos. Embora as experiências iniciais foram realizados para avaliar a lixiviação de fósforo, lixiviação de nitrato em teses solos foi também monitorizada.

Quatro solos agrícolas comuns da planície costeira do Atlântico da Chesapeake Bay Watershed foram amostrados: Bojac (coarse-argilosa, misturado, semiactive, térmico Typic Hapludult); Evesboro (mesic, revestido Lamellic Quartzarênico); Quindocqua (fine-argilosa, misturado, Ativo, mesic Typic Endoaquult); Sassafrás (fine-argilosa, siliceous, semiactive, mesic Typic Hapludult). Para cada tipo de solo, morfologia horizonte foi descrito a partir dos perfis expostos pela escavação das colunas (Tabela 1). texturas superficiais dos solos variou de areia (Evesboro) para argilosa / arenoso areia fina (Bojac e sassafrás) para argiloso (Quindocqua). Apesar de todos os solos tinham sido historicamente fertilizado com cama de frango, nenhum tinha sido aplicada nos 10 meses anteriores ao estudo. Todos os solos tinha sido em plantio direto produção de milho, pelo menos, uma temporada antes da coleta lisímetro núcleo do solo.

Após a coleta, os lisímetros de núcleo de solo foram transportados para a instalação de simulatorium USDA-ARS em State College, PA. Lá estavam sujeitos a experimentos de irrigação interiores (22-26 ° C) para avaliar a lixiviação de nutrientes relacionados com a aplicação de cama de frango. Especificamente,lisímetros foram irrigados com 2 cm de água semanalmente durante 8 semanas até nitrato em percolado foi equilibrada entre os solos. Cama de frango (estrume de aves seco) foi então aplicada sobre a superfície de todos os solos à taxa de 162 kg ha-1 de N. total de irrigação foi continuada durante mais de 5 semanas. sensores de umidade registrou índice de umidade volumétrica em intervalos de 5 minutos de forma contínua, durante todo o ciclo de irrigação e lixiviação. Lixiviado foi recolhido após 24 h e 7 dias mais tarde de novo imediatamente antes da irrigação.

dados dos lixiviados provenientes do lisímetros núcleo de solo foram analisados ​​pela estatística descritiva simples para ilustrar as diferenças de quantidade e qualidade dos lixiviados entre solos, bem como as diferenças antes e após a aplicação de maca. Como os sensores de umidade do solo foram colocados em apenas dois dos lisímetros núcleo réplica do solo para cada solo (Evesboro, Bojac, sassafrás, Quindocqua), as estatísticas do conteúdo de umidade do solo foram baseados em N = 2, enquanto que sSTATÍSTICAS para a profundidade de lixiviados, nitrato-N concentração e nitrato-N fluxo foram derivados de lisímetros de núcleo 10 do solo para Evesboro, Bojac e sassafrás e 5 lisímetros núcleo do solo para Quindocqua. Para avaliar a importância de replicação dentro de solos, os coeficientes de variação (CV) de profundidade lixiviados foram calculados para diferentes números de se replicar. Uma abordagem de simulação de Monte Carlo foi utilizado para amostrar repetidamente um subconjunto de lisímetros núcleo do solo (n = 3) a partir do número total de repetições dentro de cada grupo do solo (10 para Evesboro, Bojac, sassafrás, 5 para o Quindocqua).

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Protocol

1. Preparação dos Materiais

  1. Cortar o corpo principal do lisímetro de 30,5 cm (12 polegadas) de diâmetro (ID; nominal) de programação 80 PVC; este tem uma espessura de parede de 1,9 cm (0,75 polegadas) (Figura 1A). Cortar o comprimento do corpo lisímero dependendo da espessura da camada (s) do solo a ser estudado; aqui, use um 53 cm (21 polegadas) do corpo inteiro. Rout de 0,63 cm de profundidade por 45 ° bisel em torno da extremidade inferior da lisímero para formar um bordo de ataque afiado na parede interior do corpo lisímero para ajudar no corte através do solo.
  2. Modificar um 34,5 cm ID, cap PVC fundo plano colando um anel ID 30,5 cm 15,3 cm de altura do previsto 80 PVC na tampa para permitir a drenagem de água gratuita e fornecer capacidade de armazenamento de chorume antes da coleta (Figura 1b). Cortar o anel a partir do mesmo material como o corpo principal para servir como um acoplamento para juntar-se a tampa ao corpo. A tampa será unida ao corpo com um acoplamento de mangueira flexível e grampos (Figura 1c e 1d). Instalar uma porta para coleta de amostra perfurando um buraco 1,27 centímetros e tocando-a com um 1,27 centímetros 14 tap tubulação NPT e virar um adaptador macho farpado 1,27 centímetros de nylon (Figura 1e) para a borda externa da tampa onde a parede lateral e meet parte inferior.
  3. Corte um disco de 34 cm de diâmetro de 1,27 cm de espessura PVC material plano que será usado para cobrir o fundo dos lisímetros (Figura 1G). Broca 180, uniformemente espaçados, 0,32 cm. furos de diâmetro para o disco para permitir a drenagem a partir do fundo do lisímero encheu-solo para entrar no tampão. pano de chão de cola ou de outro tecido de filtro para o lado do disco para impedir que o solo de passar através da parte inferior do disco durante a drenagem de lixiviados.
  4. Construir elevação tesoura de 2,5 cm plano de ferro e tubulação de água 2,5 cm (Figura 2). Cortar duas das bandas cm de ferro plana de 2,5 a 50,0 cm de comprimento e dobrar em um semi-circulo com o exterior do corpo lisímero como um guia. Weld 5 cm de be para cada uma das extremidades de cada banda semi-círculo. Junte-se cada uma das faixas, com um pino de dobradiça. Soldar o tubo de água sobre o anel exterior das bandas opostas um do outro.

2. Driving Lysimeter Carcaça no solo com o martelo Gota

  1. Supressão de vegetação de superfície, pedras e outros detritos da área de coleta. Posição 2 lisímetro corpos em terreno plano, onde lisímetros estão a ser tomadas (Figura 3a). Certifique-se que os lisímetros são de nível de modo que o solo dentro da coluna é de uma profundidade uniforme.
  2. Dirigir um especialmente projetado, martelo gota, reboque-montado no lugar sobre os corpos lisímetros. Quando o martelo queda está no lugar, implantar estabilizadores accionados hidraulicamente para nivelar a placa de aço com o solo ea parte superior dos corpos lisímetros. Os estabilizadores também fornecer estabilidade para a queda do martelo (Figura 3b).
  3. Parcialmente içar a 10,2 cm de espessura, 1,52 m por 1,52 m de chapa de aço quadrada pesando 1.180 kg até a 3 m da torre com a ajuda deum guincho mecânico (Figura 3b). Solte a placa de aço para martelar as colunas no solo.
  4. Repetir o passo 2.3 várias vezes até que o aro é coluna 2 cm acima da superfície do solo (Figura 3c).
  5. Entrada para a compactação do solo no interior do lisímero medindo a profundidade do solo no interior e no exterior da coluna. Se o solo no interior da coluna é superior a 1 cm menor do que o solo fora da coluna, os solos são compactadas e não são adequados para a investigação.

3. Retirar o núcleo do Solo

  1. Coloque um disco perfurado de PVC (Figura 1c) e de acoplamento de tubo flexível (Figura 1D) através da coluna para evitar a contaminação pelo solo e outros detritos durante o processo de escavação.
  2. Cavar uma trincheira ao lado do núcleo do solo e um pouco mais profunda do que a parte inferior da coluna com uma retroescavadeira (Figura 4a).
  3. Alargar o buraco com uma pá ou picareta (Figura 4b) e expor como muito do lado de fora do cilindro quanto possível.
  4. Empurrar uma barra de metal pesado de escavação para baixo ao longo de todo o comprimento da parte lateral da coluna de modo que é entre o solo e a parede da coluna do lado de fora (Figura 4c).
  5. Retirar a barra de escavação para trás e para a frente até que a interface solo na parte inferior da coluna é quebrado.
  6. Enquadrar a tesoura de elevação em torno do topo da lisímero (mostrado na Figura 2) na preparação para a remoção do núcleo do solo. Com uma pessoa segurando cada barra, puxe até a tesoura fechar firmemente em torno da coluna e levantar o lisímetro para fora do buraco. Coloque a lisímero sobre uma superfície de trabalho plana, como peça de contraplacado.

4. Preparar o Core Solo para Assembleia Lysimeter

  1. Virar o núcleo do solo de forma que a parte inferior é para cima. O disco de contraplacado de madeira instalada no passo 3.1 manterá o solo no lugar.
  2. Suavemente, do nível do solo, mesmo com o aro do PVC (Figura 5a) Wom uma borda reta. Remover pedras salientes acima do plano do aro, com uma faca ou caneta chave de fenda.
  3. Preencher os espaços vazios com areia jogo quimicamente inerte e suavemente embalá-lo (Figura 5b).
  4. Grade da areia, mesmo com a parte inferior da coluna com uma borda em linha reta e remover qualquer excesso de areia (Figura 5c e d).
  5. Limpar qualquer tipo de solo a partir do aro e as paredes laterais externas dos lisímetros com uma escova ou levemente explodi-lo fora da borda e garantir que o rim é limpo para adesivos para colar e por um encaixe confortável da tampa.

5. Montagem do Lysimeter

  1. Extrude um talão rodada contínua de silício calafetar clara ao redor da borda do lisímetro (Figura 6a). A calafetação deve ser suficiente para selar a parte inferior do disco perfurado para os lisímetros e evitar vazamento de espessura.
  2. Deite o disco perfurado (Figura 1c) na jante com o tecido de filtro voltado para a areia epressione firmemente para permitir um bom contato da placa e lisímetro.
  3. Broca oito orifícios piloto, uniformemente espaçadas em torno da borda da placa e fixar o disco perfurado com parafusos de aço inoxidável de 1,0 polegadas com um controlador de broca (Figura 6b).
  4. Deslizamento o acoplamento de tubo flexível sobre a base lisímero de modo que cerca de 2 cm do acoplamento é saliente acima da borda lisímero (Figura 5c).
  5. Colocar o tampão de PVC modificado para o acoplamento de tubo flexível (Figura 6c), e empurre a tampa para baixo até que fique em contato com o corpo lisímetro. Com um bloco de madeira na parte superior da tampa de usar um martelo para bater levemente a tampa no lugar.
  6. Coloque as bandas de fixação em que as ranhuras do acoplamento e garantir levemente sem constrição do acoplamento. Aperte o metal ao redor do acoplamento com uma mão 1/4 motorista polegadas hex até que a tampa lisímetro está firmemente mantida no lugar. O lisímetro está pronto para ser virado e transportado para um cont climainstalação de laminados.

6. Instalação de umidade Sensores

  1. Trace uma linha de 5 cm de comprimento, horizontal na parede do lisímetro aos 5 e 25 cm de profundidade. Medida a partir da superfície do solo e não à borda do lisímero.
  2. Perfurar um furo de 1,0 centímetros de diâmetro através da parede do lisímero em cada extremidade das linhas marcadas.
  3. Cortar os restantes 3 cm de plástico entre os orifícios perfurados fora com uma ferramenta de corte rotativa.
  4. Cinzel de 1 cm de espessura e de 5 cm de comprimento de fenda no solo para acomodar o invólucro de um sensor de humidade (por exemplo, Decágono).
  5. Empurre o sensor de umidade para dentro do buraco no slot limpo até que os pinos sensores estão firmemente enterrado no solo e que só o fio está saindo do lisímetro.
  6. solo limpo das paredes da ranhura com uma escova ou pano.
  7. Aplique uma camada espessa de calafetar silicone na ranhura para evitar que a água vaze. Após a calafetar secar, aplique um segundo ciclo de silicone para encerto que todos os espaços no furo em torno do sensor são selados.

7. Preparação lisímetros de lixiviados Colecção

  1. lacunas vedação entre o solo e parede lisímetro com calafetar para reduzir o risco de fluxo preferencial as paredes internas do lisímetro.
    1. Pierce e carregar um tubo de calafetar silicone claro em uma arma calafetar padrão.
    2. Colocar a ponta do tubo de calafetar entre vazio no solo a ser cheia e a face interior do corpo lisímero. Empurrar a ponta da pistola de calafetar abaixo do solo de cerca de 2 cm. Espremer a calafetação para fora do tubo até que ele preenche o vazio e escorre sobre a superfície do solo.
  2. Definir lisímetros em cima de uma bancada ou superfície plana e resistente o suficiente para suportar o peso de vários lisímetros e alta o suficiente para permitir a drenagem de água gratuita em um 4.0 L jarro (Figura 7).
  3. Verifique se o solo lisímetros principais são nivelados em todas as direções com um pequeno nível de bolha (15 cm). Se pla necessáriocalços ce lisímetros baixo até a superfície do solo está completamente nivelado.
  4. Enrole fita Teflon em torno da montagem do tubo de nylon rosca (0,5 pol NPT) e rode o encaixe na tampa. Aperte a montagem com uma chave-inglesa até que nenhum dos tópicos são visíveis.
  5. Empurre uma mangueira de 0,5 polegadas para o final farpado do nylon montagem e cortar o tubo de modo a passar aproximadamente 4,0 cm na boca do jarro coleção.
  6. Defina o recipiente sob o lisímetro e coloque a mangueira no interior do jarro coleção.

8. irrigar lisímetros e coleta de chorume

  1. Cubra a superfície do solo com um pano de queijo ou outro tecido permeável, quimicamente inerte para proteger e preservar agregados do solo e resíduos da superfície.
  2. Meça 1.450 ml de água deionizada em um cilindro graduado e deite-o regador, equipado com chuveiro. Suavemente e uniformemente polvilhar a água sobre o tecido a uma taxa que não disturb superfície do solo.
  3. Espere um período de tempo para que a água se infiltrar um percolado através da coluna de solo na tampa e coleta de recipiente.
  4. Lisímero ponta na direcção do orifício de saída até que toda a água é drenada a partir da tampa do reservatório lisímero para o recipiente de recolha.
  5. Medir a massa de lixiviados recolhidos com uma escala e converter massa em gramas a ml (assumir que 1,0 g de água é equivalente a 1,0 ml). Despeje a amostra de lixiviados 350 ml garrafa de amostra de plástico estéril. Filtra-se imediatamente 50 ml com um funil de sucção equipadas com papel de filtro de 0,45 um, em preparação para análise utilizando nitrato de colorimetria por meio de análise de injecção de fluxo 31.
  6. Loja filtrados e não filtrados porções das amostras no frigorífico e 4 ° C até à análise.

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Representative Results

A umidade do solo, profundidade de lixiviados e química lixiviados ilustram variabilidade entre solos, revelando diferenças em função das propriedades do solo, apesar da variabilidade interna entre lisímetros núcleo do solo repetidas de um determinado solo. Os mandados momento posterior nota especial do ponto de vista do design experimental, como a variabilidade inerente a umidade do solo e processos de lixiviação requer replicação considerável para minimizar tipo 2 erro estatístico. No estudo atual, os coeficientes de variação (CV) em todos os solos variaram entre 0,02 e 0,38 para a umidade do solo, 0,02-0,06 para a profundidade de lixiviados, 0,22-0,55 para as concentrações de nitrato-N e 0,23-0,54 para o fluxo de nitrato-N.

O efeito da replicação do lisímetro de variância é ilustrado por amostragem de dados dos lixiviados provenientes do repetições de solos individuais (Bojac, Evesboro, Sassafras, Quindocqua), revelando uma forte influence de replicação de algumas variáveis ​​do que outros. Em geral, o CV diminui claramente como lisímero replica aumento de três a dez (ou, no caso de Quindocqua, três a cinco repetições). Para a profundidade de lixiviados, CV diminuiu 0,14-0,06 para o solo Bojac, ,12-,06 para o solo Evesboro e ,08-,03 para o solo Sassafras. No caso de o Quindocqua, para os quais existia apenas cinco repetições, o CV de N = 3 foi de 0,04, enquanto o CV para N = 5 foi de 0,02. Para a concentração de nitrato-N, o CV diminuiu 0,88-0,34 para Bojac, ,39-,17 para Evesboro e 0,26-0,12 para sassafrás. Para Quindocqua, o CV de concentração de nitrato-N diminuiu de 0,35, com três repetições para 0,17 com cinco repetições. O efeito da replicação na CV de fluxo de nitrato-N foi semelhante ao observado com a concentração de nitrato-N.

Umidade do solo

As alterações no conteúdo de água no solo a 5 cm e 25 cm de profundidade seguintes irrigação demonstram diferenças na transmissão de água entre os solos mais grossas e mais finas texturizadas (Figura 8). perfis de umidade indicam movimento rápido da água de irrigação através da mais grosseira texturizados areia Evesboro e Sassafras solo arenoso. Conteúdo volumétrico de água nesses solos em ambos os 5 e 25 cm de profundidade aumentou para uma média de 0,31 e 0,22 m 3 m -3, respectivamente, dentro de 1 h de irrigação e, em seguida, voltou para os níveis de fundo (0,17 e 0,21 m 3 m -3) por 9 horas após a irrigação. Em contraste, o conteúdo volumétrico de água nos solos Bojac e Quindocqua não retornou aos níveis de fundo, pelo menos até 20 horas após a irrigação.

profundidade de lixiviados

profundidades lixiviado semanais variou de 1,12 a 1,95 cm para os quatro tipos de solo ao longo da experimenentos (Figura 9). recuperações de água para irrigação, expresso em percentagem da água de irrigação, seguiram uma tendência geral relacionada com a textura do solo, com recuperações do Evesboro de areia (81%) e sassafrás (85%) solos ser um pouco mais eficiente do que a partir da mais fina textura Bojac (77% ) e Quindocqua (71%) solos. A maioria dos lixiviados foi coletado com a primeira amostragem após a irrigação (24 hr), o equivalente a 80% do lixiviado total arrecadado para Bojac, 84% dos lixiviados total arrecadado para Evesboro, 91% dos lixiviados total arrecadado para Sassafras, e 99% do lixiviado total arrecadado para Quindocqua.

fluxos e concentrações em lixiviados de nitrato-N

As concentrações de nitrato-N em lixiviados aumentou após a aplicação da maca, mas seguiram diferentes padrões temporais entre solos. Na semana antes da aplicação de esterco, concentração de nitrato-N no lixiviado fou os quatro tipos de solo média de 27,1 mg L-1 (Figura 10). Para o bem Quindocqua texturizada, a concentração de pico imediatamente, com nitrato-N nas amostras de percolado desde a primeira semana com média de 39,9 mg L -1. Em contraste, nitrato-N em lixiviados dos solos de textura mais arenosos aumentou mais lentamente, com pico de concentrações de nitrato-N que ocorre duas semanas após a adição de areia para o solo Bojac (média de 37,3 mg L -1) e quatro semanas após a adição de areia para o Evesboro (média de 53,0 mg L -1) e Sassafras solos (média de 57,1 mg L -1).

Diferenças no lixiviado fluxo de nitrato-N (kg ha -1) reflectem não só as tendências nas concentrações de nitrato-N em lixiviado, mas também diferenças em profundidades de percolado (Figura 11). Antes da aplicação da maca, fluxos de nitrato semanais foram 2,0-5,8 kg ha -1, com Sassafras> Evesboro> Bojac> Quindocqua. As maiores profundidades do lixiviado de sassafrás e lisímetros Evesboro (Figura 9) são evidentes nos fluxos de nitrato-N antes da aplicação da maca. Para avaliar o papel de aplicação de cama de frango e do volume de chorume sobre o fluxo de nitrato-N, fluxos solo nitrato-N de antes da aplicação da maca foram subtraídos fluxos semanais seguintes (Figura 12). O padrão resultando em mudanças de fluxo visual e o intervalo no fluxo de nitrato-N entre os solos é de 1,1 a 4,7 kg ha -1. Nitrato-N fluxo dos solos Quindocqua após picos de aplicação da maca imediatamente e continua a ser maior do que os fluxos de outros solos até seis semanas. Nitrato-N fluxos dos solos de textura mais grosseira, mais uma vez, está atrasado com Bojac (3,7 kg ha -1) e sassafrás (3,8 kg ha -1) com um pico na segunda semana após a aplicação da maca eo Evesboro atingindo um máximo de 3,0 kg ha -1 , quatro semanas após a aplicação de maca.

hidrológico distribuição de tamanho de partícula KCl nitrato
Solo Classe 0-5 cm 15-30 cm 45-50 cm 0-5 cm
% areia % argila % areia % argila % areia % argila mg kg -1
Bojac B 72,7 9,6 65,1 16,9 57,9 21,8 74
Evesboro UMA 89,8 3.7 86,9 5.6 89,0 5.9 110
Quindoqua C 30,2 17 29,2 24,8 33,9 23 341
Sassafrás B 82,0 5,7 74,4 9,7 88,4 7.9 103

Tabela 1: Propriedades químicas e físicas dos lisímetros núcleo solo.

figura 1
Figura 1: Major peças para a construção de Lysimeter (a) Calendário 80 PVC lisímetro corpos;. (B) tampão de PVC; (C) Acoplamento flexível; (D) do disco perfurado; (E) braçadeiras de mangueira; (F) a tubulação de qualidade alimentar; (G) com rosca de mangueira farpado montagem. Por favor clique aqui para ver uma versão maior destafigura.

Figura 2
Figura 2:. Levantamento personalizado tesouras tesoura de elevação personalizados permitem duas pessoas para levantar e mover pesados ​​lisímetros núcleo do solo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3:. Ver Drop Martelo e inserção de colunas (a) colunas de PVC colocados nível sobre o solo em preparação para o martelo de queda. (B) Gota martelo batendo em cilindros. (C) Cilindros conduzido completamente no solo. Por favor clique aqui para ver uma versio maiorn desta figura.

Figura 4
Figura 4:. Preparação para a remoção de colunas de solo (a) Buraco sendo enterrados ao longo do lado de colunas. (B) Solo sendo escolhido longe de colunas (lisímetros de notas protegido de solos externos com revestimento de PVC e acoplamento flexível). (C) interface solo-to-solo que está sendo quebrado com uma barra de escavação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5:. Preparação de fundo lisímetro para a placa perfurada e tampa (a) inferior Nivelamento e remoção de pedras salientes. (b g>) enchimento vazios com areia estéril. (C) Nivelamento areia. (D) coluna limpado com areia nível. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 6
Figura 6:. Instalando inferior em lisímetro (a) colocar um anel de calafetar na borda limpa de lisímetro. (B) Fixação disco perfurado em lisímetro com parafusos de aço inoxidável. (C) colocar tampa em lisímetro e fixação apertada com acoplamento flexível. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 7:.. Lisímetro Completamente montado montado lisímetro com mangueira anexado e garrafas de vidro colocadas debaixo de coleta de chorume (sensores de umidade não instalado) Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8
Figura 8:.. Conteúdo volumétrico de água conteúdo volumétrico de água (m 3 m -3) dentro do lisímetro núcleo do solo a 5 cm e 25 cm de profundidade ao longo de um período de 24 horas típico após irrigação Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 9:.. Profundidade de lixiviados A soma da profundidade de lixiviados semanal (cm) coletadas de lisímetros núcleo do solo particionado em lixiviação rápida (24 horas) e lixiviação lenta (sete dias) segmentos Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10
Figura 10:. A concentração de nitratos-N Weekly concentração de nitrato-N (mg L -1) em lixiviados, recolhidos lisímetros núcleo do solo antes e após a aplicação de cama de frango. Pontos plotados representam a média e erro bares ao redor dos pontos representam o erro padrão da média. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 11
Figura 11: nitrato-N Flux A massa de nitrato-N (kg ha -1) em lixiviados, recolhidos lisímetros núcleo do solo antes e após a aplicação de cama de frango.. Pontos plotados representam a média e erro bares ao redor dos pontos representam o erro padrão da média. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 12
Figura 12:. Estimado nitrato-N contribuição fluxo do solo fluxos de nitrato-N estrume (kg ha -1) antes da aplicação da maca foram subtraídos fluxos semanais seguintes para avaliar a contribuição de cama de frango nitrogen ao núcleo do solo chorume. Pontos plotados representam a média e erro bares ao redor dos pontos representam o erro padrão da média. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Importantes passos de Coleção lisímetro

Estudos de lixiviação ilustrar a influência das propriedades do solo e manejo de dejetos sobre as perdas de azoto para as águas subterrâneas rasas. Propriedades físicas do solo, tais como a textura do solo, estrutura agregada e densidade a granel mediar a percolação da água e os solutos. Com precisão a determinação das concentrações de volume lixiviados e soluto é dependente de reter a integridade dessas propriedades físicas do solo durante a colheita lisímetro, seguindo estes passos críticos: 1) o lisímetro eo martelo queda deve permanecer nível, a coluna está sendo conduzido no solo; 2) terra no interior do lisímetro deve ser verificado para a compactação; 3) a parte inferior da coluna de solo deve ser nivelada e vazios devem ser cheios com areia inerte antes de a tampa de drenagem está instalado; e 4) todos os espaços incluindo aqueles entre a parede do lisímetro e do solo devem ser vedados com silicone calafetar para impedir o fluxo lateral preferencial ou de perdas dos thportas de sensores de umidade e.

Importância da estrutura do solo manutenção

Estudos de lixiviação precisa representar com precisão o volume de água se movendo através de perfis de solo a fim de determinar eficazmente a perda de massa de solutos. A irrigação média recuperada a partir dos quatro solos estudados foi de 79% do volume aplicado. pesquisa semelhante comparando a eficiência não ligados lisímetros pan de tensão zero relatou eficiências médias de recolha de irrigação de 56% e 58% 29,10. Embora os solos nos estudos citados eram diferentes dos solos deste estudo, nós atribuímos o aumento da eficiência de recuperação de irrigação para a capacidade lisímetros núcleo solo para reter propriedades físicas do solo e encerrar o perfil do solo.

Importância da replicação

Este estudo aponta para a influência de replicação em variância nas propriedades lixiviados e a necessidade de aumentar a replicação em order fazer inferências significativas de lisímetros núcleo do solo. Variabilidade nas propriedades de percolado foi maior para concentração de nitrato-N e fluxo e menor para o volume de chorume. Para todas as propriedades lixiviado, aumentando o número de lisímetros núcleo solo replicar a partir de três a 10 (Bojac, Evesboro e Sassafras ou, no caso de Quindocqua, de três a cinco), reduziu o CV para 0,06 ou menos. Pela nossa experiência, é necessário um mínimo de quatro repetições no núcleo do solo experimentos em lisímetros 18,28,29.

Importância do monitoramento da umidade do solo

tendências de umidade do solo em 5 cm e 25 cm de profundidade, em combinação com uma compreensão da morfologia do solo nessas profundezas, pode ser usado para explicar as tendências hidrológicas e pressupostos de estado estacionário. Por exemplo, as tendências de umidade do solo revelam diferenças nos processos de lixiviação entre a textura grossa solos Evesboro e sassafrás e mais fina textura Bojac e Quindocqua solos. O mais grosseiro texturizadossolos expostos breves aumentos no conteúdo volumétrico de água quando comparado com solos de textura mais fina que tiveram aumentos mais prolongada em humidade do solo (Figura 8). Estas diferenças também foram revelados ao comparar 24 horas e 7 coleções dia lixiviado, mas faltava a resolução temporal mais fino para refinar hipóteses sobre o fluxo de macroporos rápida. No caso do solo Bojac, que rendeu a maior proporção de lixiviados após a primeira coleta de 24 horas, as tendências de umidade do solo a 25 cm de profundidade revelam um período prolongado de saturação de umidade do solo que favoreça condições de desnitrificação e, portanto, diminuir o nitrato-N em lixiviados . Dado o conhecimento adquirido a partir de sensores de umidade do solo, um prémio deve ser colocado sobre a instalação de sensores em tantas lisímetros de amostras de solo quanto possível para facilitar a avaliação post hoc de processos de lixiviação.

Importância do cálculo do balanço de massas

No estudo atual, 8,5-19,6% dosN aplicado foi perdido em lixívia como o nitrato-N ao longo de um período de 6 semanas. perdas por lixiviação são claramente um dos principais componentes do orçamento N para solos adubadas e minimizar estas perdas é importante não só para a qualidade do ambiente, mas também para a eficiência do uso de nutrientes. Estima-se que 80,4-91,5% do N-aplicado maca permaneceu nos lisímetros núcleo do solo. Documentando o destino deste N poderia ser melhorada com o uso de técnicas, como etiquetas ou marcadores. Assim, um benefício claro de lisímetros núcleo do solo é no orçamento de água e materiais aplicados, algo que é muito mais difícil com outros tipos de sistemas de lisímetros, como lisímetros pan, que não estão delimitadas e são conhecidos por serem menos eficientes 9.

Limitações do Design

Embora o desenho atual com eficiência mede livre drenagem de água gravitacional, acredita-se que os lisímetros subestimar volume de lixiviação dos poros menores de solos mais fina textura devido a dezenasforças ional. A fração média da água de irrigação recuperado da multa solo Quindocqua texturizada representaram apenas 71% do total aplicado. Além disso, menos de 1% deste volume é atribuído à 'lixiviação lento "através dos poros mais finos na matriz do solo. Eficiências de coleta foram aumentados em 50% ou mais com a adição de passivos de fibra de vidro capilares pavios para o solo perfis 9. Os autores estão actualmente a investigar a eficácia da fibra de vidro pavios para uso no núcleo do solo lisímero descrito neste manuscrito.

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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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