Un protocolo de recogida y la construcción de Lisímetros testigo del suelo

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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

La península de Delmarva bordea la costa oriental de la Bahía de Chesapeake, y es el hogar de una de las mayores regiones de producción de aves de corral en los EE.UU.. Aproximadamente 600 millones de pollos y un estimado de 750.000 toneladas de estiércol se generan a partir de la producción de estas aves cada año 1. La mayor parte del estiércol se utiliza localmente como enmienda del fertilizante en los campos agrícolas. Debido históricamente altas tasas de aplicación de estiércol, nutrientes como el nitrógeno y el fósforo se han acumulado en el suelo y ahora son susceptibles a las pérdidas fuera del sitio a través del subsuelo lixiviación 2. Gran parte del flujo de agua subterránea se dirige a una extensa red de acequias que drenan en última instancia, a la bahía de Chesapeake 3. Los nutrientes transportados a la bahía están relacionados con la disminución de la salud de la bahía debido a la eutrofización 4.

Conexión de manejo de nutrientes con las pérdidas fuera de sitio de nutrientes requiere herramientas especializadas para supervisar hidrológicoflujos y transferencias de nutrientes asociados. Lisímetros representan una importante categoría de los instrumentos utilizados para caracterizar y cuantificar el movimiento de nutrientes a través de los suelos. Lisímetros tienen una larga historia de uso en el flujo de nutrientes en el seguimiento de infiltración 5-7, de lisímetros de tensión que se pueden ajustar para contrarrestar el potencial matriz del suelo para que la planta mejor estimación disponible del agua, a lisímetros de tensión cero que son más representativos de procesos que ocurre durante el drenaje libre. Todos los enfoques para lysimetery presentes los sesgos inherentes. Por ejemplo, algunos lisímetros son demasiado pequeños para representar plenamente los procesos espacialmente complejos en los suelos naturales, o son demasiado grandes y caros para proporcionar una buena repetición estadística de los suelos heterogéneos 8. Además, lisimetros pan requieren suelos por encima de ellos para ser saturados para recoger los lixiviados y son ineficientes en comparación con lisímetros de tensión en la medición de flujo de la matriz 9.

lisimétricos sistemas cerrados,tales como tensión cero lisimetros testigo del suelo (también conocidos como lisimetros monolito de suelo), mejorar en gran medida la confianza con la que los presupuestos de agua y los presupuestos de contaminantes asociados (por ejemplo, los presupuestos de nutrientes) se llevan a cabo 10. Estos son lisimetros más representativo cuando contienen núcleos intactos de suelo; lisimetros llenos de suelos repacked no mantienen la estructura original, horizontes y conexiones de macroporos que influyen en el transporte de solutos y compuestos de partículas semejantes 11,12. Desde un punto de vista experimental, los enfoques que facilitan una mayor replicación de las condiciones del suelo no perturbados son ventajosos, dada la variabilidad espacial inherente que existe en física del suelo y propiedades químicas 13.

Dos métodos preferidos han sido utilizados para la recogida de lisimetros testigo del suelo intacto: martinete y la cabeza de corte. El primero ha sido realizado más comúnmente, ya que se puede lograr con dispositivos tan simple como un jamón trineomer (lisimetros más pequeños). Si se realiza correctamente, colección núcleo suelo con un martillo gota se ha demostrado ser relativamente rentable, especialmente cuando se compara con otras técnicas de extracción de núcleos. Sin embargo, las fuerzas de cizallamiento impuestas por la conducción de una carcasa lisímetro en el suelo pueden producir manchas y la compactación, la producción de condiciones dentro del lisímetro que no son representativos de la tierra natal e incluso pueden favorecer ciertos tipos de movimiento del agua (por ejemplo, el flujo de derivación, o fluir a lo largo el borde de núcleo suelo). Como resultado, algunos investigadores han recomendado el uso de sacatestigos que cortó un suelo intacto con un aparato de perforación o de otro dispositivo de excavación 5.

Diversos materiales se han utilizado como carcasas para lisímetros testigo del suelo. Tubos de acero y las cajas son relativamente de bajo coste, duradero y fácilmente disponibles y se pueden utilizar para recoger lisímetros más grandes debido a su fuerza 14-17. Sin embargo, mientras que el acero es satisfactoria para la evaluación de la lixiviación de relcompuestos tivamente no reactivos tales como nitrato, el hierro en acero reacciona con fosfato y por lo tanto debe ser revestido o tratado de otro modo para el estudio de la lixiviación de fósforo. Comúnmente, carcasas de plástico se utilizan para estudiar la lixiviación de fósforo, tales como de paredes gruesas (Cuadro 80) de tubería de PVC que puede resistir el impacto de un martillo de caída (si se utiliza) y conservar su estructura cuando se obtienen muestras de suelo de mayor diámetro (por ejemplo, ≥30 cm) 18-22.

En general, lisimetros testigo del suelo se analizaron ex situ. Una vez recogidos, lisimetros testigo del suelo pueden instalarse en "granjas lisimétricos" al aire libre donde los alrededores del suelo y por encima de los climas terrestres representan las condiciones naturales de campo. Por ejemplo, en Suecia, la Universidad de Agricultura de Suecia ha mantenido tres granjas separadas lisimétricos en las últimas tres décadas, el análisis de las prácticas de pesticidas destino y de transporte, ensayos de fertilidad del suelo a largo plazo, y de gestión que se pueden ampliar a 30 cm de diámetro INTAct 23 núcleos. Lisimetros testigo del suelo también han sido sometidos a experimentos de lixiviación de interior donde hay mayor control de las condiciones climáticas 24,25. Liu et al., Utilizó un simulador de lluvia para regar regularmente lisimetros testigo del suelo bajo una gran variedad de los cultivos intermedios 26. Kibet y Kun todas las técnicas de riego mano empleadas para estudiar el arsénico y la lixiviación de nutrientes a través de muestras de suelo 27,28.

Una variedad de procesos edáficos e hidrológicos puede deducirse de lisímetros testigo del suelo. Kun y col. (2015) utilizaron 30 lisímetros columna de PVC cm de diámetro para investigar la lixiviación de nitrógeno después de la aplicación de urea 28. Mediante la recopilación de lixiviados en diferentes intervalos de tiempo después de un evento de riego, fueron capaces de diferenciar entre las corrientes rápidas y graduales, con el anterior supone que está dominada por el flujo de macroporos, y la posterior supone que ser dominado por flujo de la matriz. Dado que la urea se hidroliza fácilmente cuando está en contacto wiTH suelo, ellos interpretaron la presencia de concentraciones de urea elevada en los lixiviados recogidos poco después de la aplicación de urea como evidencia de transporte de macroporos que omite la matriz del suelo. Con el tiempo, detectaron concentraciones elevadas de diferentes formas de nitrógeno en el lixiviado, el seguimiento de la transformación de urea aplicada a amonio después de la hidrólisis inicial, entonces la transformación del amonio a nitrato con nitrificación.

Para ilustrar las consideraciones en el diseño, la realización y la interpretación de los experimentos lisimétricos testigo del suelo, se llevó a cabo una investigación de cuatro suelos diferentes que se encuentran en la llanura costera del Atlántico medio de los EE.UU.. La concentración de lixiviación estudio midió y la pérdida de nitrato de antes y después de la aplicación de estiércol seco de aves de corral (es decir, las aves de corral "camada") 28. Las pérdidas de nutrientes a partir de la aplicación de la cama de pollo a los suelos son una preocupación clave para la salud de la Bahía de Chesapeake, y la comprensión de la interacción de los aplicadaSe necesita cama de pollo y propiedades de los suelos agrícolas para mejorar las recomendaciones de manejo de nutrientes. Presentamos aquí un método detallado para la extracción de lisimetros testigo del suelo intactas, el seguimiento de la humedad del suelo, y la interpretación de las pérdidas por lixiviación de nitrato diferencial de estos suelos.

Este experimento es parte de un estudio más amplio realizado para evaluar la lixiviación de nutrientes de los suelos agrícolas de la península de Delmarva, EE.UU. 27,28. lisimetros testigo del suelo se obtuvieron de los sitios en Delaware, Maryland y Virginia en 2010. A continuación se presentan los resultados no publicados de estos estudios. Aunque los experimentos iniciales se realizaron para evaluar la lixiviación del fósforo, la lixiviación de nitrato de tesis suelos también se controló.

Se tomaron muestras de cuatro suelos agrícolas comunes de la llanura costera atlántica de la bahía de Chesapeake de cuencas: Bojac (francos gruesos, mezclado, semiactiva, térmico Typic Hapludult); Evesboro (mésico, recubierto Lamellic Quartzipsamment); Quindocqua (fino-arcilloso, mezclado, vivo, mésico Typic Endoaquult); Sassafras (fino-arcillosa, silícea, semiactiva, mésico Typic Hapludult). Para cada suelo, la morfología horizonte se describe a partir de los perfiles expuestos por la excavación de las columnas (Tabla 1). texturas de la superficie de los suelos variaron de arena (Evesboro) al suelo franco arenoso franco fino / arena (Bojac y sasafrás) a franco limoso (Quindocqua). Aunque todos los suelos habían sido históricamente fertilizado con cama de pollo, ninguno había sido aplicada en los 10 meses previos al estudio. Todos los suelos habían estado en la labranza cero la producción de maíz durante al menos una temporada antes de la recogida lisimetro muestra de suelo.

Tras la recogida, lisimetros testigo del suelo fueron transportados a las instalaciones de simulatorium USDA-ARS en State College, PA. Allí estaban sujetos a experimentos de riego de interior (22-26 ° C) para evaluar la lixiviación de nutrientes relacionados con la aplicación de gallinaza. Específicamente,lisímetros se regaron con 2 cm de agua por semana durante 8 semanas hasta que el nitrato de percolado se equilibró entre los suelos. Cama de pollo (gallinaza seca) y luego se aplicó a la superficie de todos los suelos, a razón de 162 kg ha -1 de riego total de N. se continuó durante 5 semanas más. sensores de humedad contenido de humedad volumétrica registraron en intervalos de 5 minutos de forma continua, durante todo el ciclo de riego y la lixiviación. El lixiviado se recogió después de 24 horas y 7 días más tarde de nuevo inmediatamente antes de la irrigación.

datos de los lixiviados de los lisímetros testigo del suelo fueron analizados utilizando estadística descriptiva simple para ilustrar las diferencias en la cantidad y calidad de los lixiviados entre los suelos, así como las diferencias antes y después de la aplicación de arena. Debido a que los sensores de humedad del suelo se colocaron en sólo dos de los lisímetros testigo del suelo réplica para cada suelo (Evesboro, Bojac, sasafrás, Quindocqua), las estadísticas de la humedad del suelo se basaron en N = 2, mientras que sSTADÍSTICAS para la profundidad de lixiviados, nitrato-N y concentración de nitrato-N flujo se derivan de los lisímetros núcleo 10 del suelo para Evesboro, Bojac y sasafrás y 5 lisimetros testigo del suelo para Quindocqua. Para evaluar la importancia de la replicación dentro de los suelos, se calcularon los coeficientes de variación (CV) para la profundidad de lixiviado para diferentes números replicados. Un enfoque de simulación Monte Carlo se utiliza para muestrear repetidamente un subconjunto de lisímetros testigo del suelo (N = 3) desde el número total de repeticiones dentro de cada grupo de suelo (10 para Evesboro, Bojac, Sassafras; 5 para la Quindocqua).

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Protocol

1. Preparación de los Materiales

  1. Cortar el cuerpo principal del lisímetro de 30,5 cm (12 pulgadas) de diámetro (ID; nominal) Schedule 80 PVC; esto tiene un espesor de pared de 1,9 cm (0,75 pulgadas) (Figura 1a). Cortar la longitud del cuerpo lisímetro en función del espesor de la capa (s) del suelo a ser estudiado; aquí, utilice una de 53 cm (21 pulgadas) de largo cuerpo. Rebaje a 0,63 cm de profundidad por bisel de 45 ° alrededor del extremo inferior de la lisímetro para formar un borde de ataque afilado en la pared interior del cuerpo lisímetro para ayudar en el corte a través del suelo.
  2. Modificar un 34.5 cm de diámetro, la tapa de PVC fondo plano pegando un anillo Identificación 30,5 cm 15,3 cm de alto de lo previsto el 80 de PVC en la tapa para permitir el drenaje libre del agua y proporcionar capacidad de almacenamiento de lixiviados antes de la recogida (Figura 1b). Cortar el anillo del mismo tronco que el cuerpo principal de servir como un acoplamiento para unirse a la tapa para el cuerpo. La tapa se une al cuerpo con unas abrazaderas de unión flexibles y mangueras (Figura 1c y 1d). Instalar un puerto para la recogida de muestras mediante la perforación de un agujero de 1,27 cm y golpeándolo con un 1.27 cm 14 del grifo tubo NPT y girar un adaptador macho dentado de 1,27 cm de nylon (Figura 1e) en el borde exterior de la tapa en la pared lateral y se encuentran abajo.
  3. Cortar un disco de 34 cm de diámetro de 1,27 cm de espesor de la PVC plana que se utilizará para cubrir el fondo de los lisímetros (Figura 1G). Taladro 180, espaciados uniformemente, 0,32 cm. agujeros de diámetro en el disco para permitir el drenaje de la parte inferior de la lisímetro lleno de tierra para entrar en la tapa. paño de tierra pegamento u otro producto de filtro a un lado del disco para evitar que la tierra que pasa por el disco inferior durante el drenaje de lixiviados.
  4. Construir unas tijeras de elevación de 2,5 cm de hierro plana y tubería de agua de 2,5 cm (Figura 2). Cortar dos de las bandas cm de hierro plana de 2,5 a 50,0 cm de longitud y doblar en un semi-círculo con el exterior del cuerpo lisímetro como guía. Weld a 5 cm by a cada extremo de cada banda de semi-círculo. Unirse a cada una de las bandas con un eje de articulación. Soldar la tubería de agua en el anillo exterior de las bandas opuestas una de la otra.

2. Conducción Lisímetro carcasa en el suelo con la caída del martillo

  1. Eliminar la vegetación superficial, rocas y otros escombros del área de recolección. Posición 2 lisimetro organismos a nivel del suelo, donde lisímetros se van a tomar (Figura 3a). Asegúrese de que lisimetros están al mismo nivel para que la tierra dentro de la columna es de una profundidad uniforme.
  2. Conducir un diseño especial, martillo pilón montado en un remolque, en su lugar sobre los cuerpos lisimétricos. Cuando el martinete de caída está en su lugar, desplegar estabilizadores accionados hidráulicamente para nivelar la placa de acero con el suelo y la parte superior de los cuerpos lisimétricos. Los estabilizadores también proporcionan estabilidad a la caída del martillo (Figura 3b).
  3. Parcialmente izar la 10.2 cm de espesor, 1,52 m por 1,52 m de placa cuadrada de acero que pesa 1.180 kg y hasta un 3 m de torre con la ayuda deun torno mecánico (Figura 3b). Soltar la placa de acero para martillar las columnas en el suelo.
  4. Repita el paso 2.3 varias veces hasta que el borde de columna es de 2 cm por encima de la superficie del suelo (Figura 3c).
  5. Consultar la compactación del suelo en el interior del lisímetro mediante la medición de la profundidad del suelo dentro y fuera de la columna. Si el suelo dentro de la columna es de más de 1 cm más bajo que el suelo fuera de la columna, los suelos son compactados y no son adecuados para la investigación.

3. Extracción de la muestra de suelo

  1. Colocar un disco perforado PVC (Figura 1c) y el acoplamiento de tubo flexible (Figura 1d) sobre la columna para evitar la contaminación por el suelo y otros desechos durante el proceso de excavación.
  2. Cavar una zanja al lado de la muestra de suelo y ligeramente más profundo que el fondo de la columna con una retroexcavadora (Figura 4a).
  3. Ensanchar el agujero con una pala u obtener (Figura 4b) y exponer como mUCH de la parte exterior del cilindro como sea posible.
  4. Empuje una barra de metal pesado de excavación a lo largo de toda la longitud del lado de la columna de modo que sea entre el suelo y pared de la columna exterior (Figura 4c).
  5. Haga palanca en la barra de excavación ida y vuelta hasta la interfase suelo en la parte inferior de la columna se rompe.
  6. Enmarcar las tijeras de elevación alrededor de la parte superior del lisímetro (que se muestra en la Figura 2), en preparación para la extracción del núcleo del suelo. Con una persona que posea cada barra, tire hacia arriba hasta que las tijeras se cierran herméticamente alrededor de la columna y levante el lisímetro fuera del agujero. Coloque el lisímetro sobre una superficie de trabajo plana, como pieza de madera contrachapada.

4. Preparación de la muestra de suelo para la Asamblea Lisímetro

  1. Da la vuelta al núcleo del suelo de manera que la parte inferior está hacia arriba. El disco de contrachapado de madera instalado en el paso 3.1 cabe en el suelo en su lugar.
  2. Suavemente, nivelar el suelo incluso con el borde del PVC (Figura 5a) won un borde recto. Retire piedras que sobresalen por encima del plano de la llanta con un cuchillo de la pluma o un destornillador.
  3. Rellene los huecos con arena juego químicamente inerte y suavemente las maletas (Figura 5b).
  4. Grado de la arena, incluso con el fondo de la columna con un borde recto y eliminar cualquier exceso de arena (Figura 5c y d).
  5. Limpiar toda la suciedad del borde y las paredes laterales exteriores de los lisímetros con un cepillo o ligeramente soplar fuera del borde y asegúrese de que el borde esté limpio para los adhesivos se peguen y para un ajuste exacto de la tapa.

5. Montaje de la Lisímetro

  1. Extruir un cordón redondo continua de sellador de silicona clara alrededor del borde de la lisímetro (Figura 6a). La masilla debe ser suficiente para sellar la parte inferior del disco perforado para los lisímetros y prevenir fugas de espesor.
  2. Colocar el disco perforado (figura 1c) en la llanta con la tela de filtro frente a la arena ypresione firmemente hacia abajo para permitir un buen contacto de la placa y lisímetro.
  3. Perforar ocho orificios guía espaciados uniformemente alrededor del borde de la placa y fije el disco perforado con tornillos de acero inoxidable de 1,0 pulgadas con un conductor de perforación (Figura 6b).
  4. Deslizar el acoplamiento de tubo flexible a la base lisímetro de modo que aproximadamente 2 cm del acoplamiento se proyectan por encima del borde lisímetro (Figura 5c).
  5. Coloque la tapa de PVC modificado en el acoplamiento de tubo flexible (Figura 6c), y empuje la tapa hacia abajo hasta que haga contacto con el cuerpo lisímetro. Con un bloque de madera en la parte superior de la tapa de usar un mazo para golpear suavemente la tapa en su lugar.
  6. Coloque las bandas de sujeción en las ranuras de la junta y colocar suavemente sin apretar el acoplamiento. Apretar el metal alrededor del acoplamiento con una mano Otro conductor hexagonal de 1/4 de pulgada hasta que la tapa lisímetro se mantiene firmemente en su lugar. El lisímetro está listo para ser movido de un tirón y se transporta a un cont climáticoinstalación de laminado.

6. Instalación de Sensores de Humedad

  1. Trace una línea de 5 cm de largo, horizontal en la pared lisímetro a los 5 y 25 cm de profundidad. Medida desde la superficie del suelo y no el borde del lisímetro.
  2. Perforar un agujero de 1,0 cm de diámetro a través de la pared del lisímetro en cada extremo de las líneas marcadas.
  3. Cortar los restantes 3 cm de plástico entre los orificios perforados de distancia con una herramienta de corte rotativa.
  4. Cincel a 1 cm de espesor por 5 cm de longitud corta en el suelo para dar cabida a la carcasa de un sensor de humedad (por ejemplo, Decagon).
  5. Empuje el sensor de humedad en el orificio en la ranura limpiado hasta que las puntas de los sensores están firmemente enterrados en el suelo y que sólo el cable sobresale del lisímetro.
  6. tierra limpia de las paredes de la ranura con un cepillo o un trapo.
  7. Aplicar una gruesa capa de masilla de silicona en la ranura para evitar que el agua se escape. Después de que la masilla se ha secado, aplicar un segundo ciclo de silicona en lineaAsegúrese de que todos los huecos en el agujero que rodea el sensor están sellados.

7. Preparación Lisímetros de lixiviados Colección

  1. selle los huecos entre el suelo y la pared lisímetro con masilla para reducir el riesgo de flujo preferencial por las paredes interiores del lisímetro.
    1. Pierce y cargar un tubo de masilla de silicona transparente en una pistola de masilla estándar.
    2. Coloque la punta del tubo de masilla entre el vacío en el suelo para ser llenado y la cara interior del cuerpo lisímetro. Empuje la punta de la pistola de masilla debajo del suelo de unos 2 cm. Apriete la masilla fuera del tubo hasta que llene el vacío y rebosa por encima de la superficie del suelo.
  2. Set lisímetros en la parte superior de un banco o una superficie plana y lo suficientemente resistente para soportar el peso de varios lisimetros y lo suficientemente alto como para permitir el libre drenaje de agua en una jarra de 4,0 l (Figura 7).
  3. Compruebe que el suelo lisimetros núcleo están nivelados en todas las direcciones con una pequeña (15 cm) de nivel de burbuja. Si es necesario placuñas ce LISIMETROS debajo de la superficie del suelo hasta que esté completamente nivelado.
  4. Envuelva la cinta de teflón alrededor del accesorio tubo de nylon roscado (0,5 pulg NPT) y girar el accesorio hacia la derecha en la tapa. Apriete la conexión con una llave ajustable hasta que ninguno de los hilos son visibles.
  5. Empuje una manguera de 0,5 pulgadas sobre el extremo de púas del accesorio nylon y cortar la manguera de modo que pase aproximadamente 4,0 cm en la boca de la jarra de colección.
  6. Ajuste el recipiente debajo del lisímetro y colocar la manguera en el interior de la jarra de la colección.

8. Regantes Lisímetros y lixiviados Recolección

  1. Cubrir la superficie del suelo con gasa u otra tela permeable, químicamente inerte para proteger y preservar los agregados del suelo y residuos en la superficie.
  2. Mide 1.450 ml de agua desionizada en un cilindro graduado y se vierte en regadera, equipado con cabezal de ducha. Suave y uniformemente rociar el agua sobre la tela a un ritmo que no disturb la superficie del suelo.
  3. Esperar un período de tiempo para que el agua se infiltre un percolado a través de la columna de suelo en el recipiente de tapa y colección.
  4. Inclinar lisímetro en el hacia el orificio de salida hasta que el agua se drena de la tapa del depósito lisímetro en el recipiente de recogida.
  5. Medir la masa de los lixiviados recogidos con una escala y convertir masa en gramos a ml (suponiendo que 1,0 g de agua es equivalente a 1,0 ml). Verter la muestra de lixiviados en 350 ml botella de muestra de plástico estéril. Inmediatamente filtrado 50 ml con un embudo de aspiración equipado con papel de filtro 0,45 micras en preparación para análisis de nitratos mediante colorimetría a través de análisis de inyección de flujo 31.
  6. Tienda filtrada y sin filtrar porciones de las muestras en un refrigerador y 4 ° C hasta su análisis.

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Representative Results

La humedad del suelo, la profundidad de lixiviados y la química de lixiviados toda ilustran variabilidad a través de los suelos, que revela diferencias en función de las propiedades del suelo a pesar de la variabilidad interna entre lisimetros testigo del suelo repetidas de un suelo determinado. El punto de órdenes posteriores particular interés desde el punto de vista del diseño experimental, como la variabilidad inherente a la humedad del suelo y procesos de lixiviación requiere una considerable para reducir al mínimo la replicación de tipo 2 error estadístico. En el estudio actual, los coeficientes de variación (CV) en todos los suelos fueron de entre 0,02 0,38 de la humedad del suelo, 0,02 a la 0,06 para la profundidad de lixiviados, 0,22 a la 0,55 para las concentraciones de nitrato-N, y 0,23 a la 0,54 para el flujo de nitrato-N.

El efecto de la replicación del lisímetro de varianza se ilustra mediante el muestreo de los datos de los lixiviados de las réplicas de los suelos individuales (Bojac, Evesboro, Sassafras, Quindocqua), revelando una fuerte influence de la replicación de algunas variables que otros. En general, el CV disminuye claramente como lisímetro replica aumento de tres a diez (o, en el caso de Quindocqua, de tres a cinco repeticiones). Para la profundidad de lixiviados, CV se redujo de 0,14 a la 0,06 para el suelo Bojac, desde 0,12 a la 0,06 para el suelo Evesboro y desde 0,08 a la 0,03 para el suelo Sassafras. En el caso de la Quindocqua, para los que existían sólo cinco repeticiones, el CV de N = 3 fue de 0,04 mientras que el CV para N = 5 fue 0,02. Para la concentración de nitrato-N, el CV se redujo de 0,88 a la 0,34 de Bojac, 0,39-0,17 para Evesboro, y 0,26 a 0,12 para Sassafras. Para Quindocqua, el CV de la concentración de nitrato-N se redujo de 0,35 con tres repeticiones a 0,17 con cinco repeticiones. El efecto de la replicación en el CV de flujo de nitrato-N fue similar a la observada con la concentración de nitrato-N.

La humedad del suelo

Los cambios en el contenido de agua del suelo a 5 cm y 25 cm de profundidad siguientes riego demuestran diferencias en la transmisión de agua entre los suelos más gruesos y más finos texturizados (Figura 8). los perfiles de humedad indican el movimiento rápido del agua de riego a través de la arena de textura más gruesa y Evesboro Sassafras suelos franco arenoso. Contenido volumétrico de agua en estos suelos en ambos 5 y 25 cm de profundidad aumentó a un promedio de 0,31 y 0,22 m 3 m -3, respectivamente, dentro de 1 h de riego y luego regresó a los niveles de fondo (0,17 y 0,21 m3 m-3) por 9 horas después de la irrigación. Por el contrario, el contenido volumétrico de agua en los suelos y Bojac Quindocqua no volvió a los niveles de fondo hasta por lo menos 20 horas después de la irrigación.

la profundidad de lixiviados

profundidades de lixiviado semanales variaron de 1,12 a 1,95 cm para los cuatro tipos de suelo en el curso de la experimpadres (Figura 9). recuperaciones de agua de riego, expresados ​​como porcentaje del agua de riego, siguió una tendencia general en relación con la textura del suelo, con las recuperaciones de la Evesboro de arena (81%) y Sassafras (85%) los suelos fueron ligeramente más eficientes que los de la textura más fina Bojac (77% ) y Quindocqua (71%) los suelos. La mayoría de los lixiviados se recogió con la primera toma de muestras después del riego (24 h), equivalente al 80% del lixiviado total percibida por Bojac, el 84% de los lixiviados total percibida por Evesboro, el 91% de los lixiviados total percibida por Sassafras, y el 99% del lixiviado total percibida por Quindocqua.

Las concentraciones de nitrato-N y los flujos de lixiviados

Las concentraciones de nitrato-N en los lixiviados se incrementaron después de la aplicación de arena, pero siguieron diferentes patrones temporales entre los suelos. En la semana antes de la aplicación de estiércol, la concentración de nitrato-N en el lixiviado fo los cuatro suelos promediaron 27,1 mg L-1 (Figura 10). Para la multa Quindocqua textura, la concentración alcanzó un máximo de inmediato, con nitrato-N en las muestras de lixiviados desde la primera semana con un promedio de 39,9 mg L-1. Por el contrario, nitrato-N en los lixiviados de los suelos de textura más arenosos aumentó más lentamente, con picos de nitrato-N concentraciones se producen dos semanas después de la adición de arena para el suelo Bojac (media de 37,3 mg L-1) y cuatro semanas después de la adición de arena para el Evesboro (media de 53,0 mg L-1) y Sassafras suelos (con un promedio de 57,1 mg L-1).

Las diferencias en el lixiviado de nitrato-N flujo (kg ha-1) reflejan no sólo las tendencias en las concentraciones de nitrato-N en los lixiviados, sino también las diferencias en profundidad de lixiviado (Figura 11). Antes de la aplicación de arena, los flujos de nitrato semanales eran 2,0-5,8 kg ha-1, con Sassafras> Evesboro> Bojac> Quindocqua. Las mayores profundidades de lixiviados de sasafrás y lisímetros Evesboro (Figura 9) son evidentes en los flujos de nitrato-N antes de la aplicación de arena. Para evaluar el papel de la solicitud gallinaza y el volumen de lixiviados en el flujo de nitrato-N, N-nitrato del suelo flujos desde antes de la aplicación de arena se restaron de los flujos semanales siguientes (Figura 12). El patrón resultante de cambios de flujo visual y el rango en el flujo de nitratos-N entre los suelos es de 1,1 a 4,7 kg ha-1. flujo de nitrato-N de los suelos Quindocqua después de los picos de aplicación inmediata y la basura sigue siendo mayor que los flujos de los otros suelos hasta la semana seis. Nitrato-N flujos de los suelos de textura más gruesas, de nuevo, se retrasa con Bojac (3,7 kg ha-1) y Sassafras (3,8 kg ha-1) con un pico en la segunda semana después de la aplicación de la basura y Evesboro alcanzando un máximo de 3,0 kg ha-1 , cuatro semanas después de la aplicación de arena.

hidrológica Distribución de tamaño de partícula El nitrato de KCl
Suelo Clase 0-5 cm 15-30 cm 45-50 cm 0-5 cm
arena% % de arcilla arena% % de arcilla arena% % de arcilla mg kg-1
Bojac segundo 72.7 9.6 65.1 16.9 57.9 21.8 74
Evesboro UN 89.8 3.7 86.9 5.6 89.0 5.9 110
Quindoqua do 30.2 17 29.2 24.8 33.9 23 341
Sasafrás segundo 82.0 5,7 74.4 9.7 88.4 7.9 103

Tabla 1: Propiedades químicas y físicas de los lisímetros testigo del suelo.

Figura 1
Figura 1: Partes principales para la construcción de Lisímetro (a) Calendario de PVC 80 lisimetro cuerpos;. (B) tapa de PVC; (C) Acoplamiento flexible; (D) el disco perforado; (E) Las abrazaderas; (F) los tubos de calidad alimentaria; (G) Racor de manguera de púas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de estafigura.

Figura 2
Figura 2:. De elevación personalizada tijeras tijeras de elevación de encargo permiten que dos personas para levantar y mover lisimetros testigo del suelo pesados. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3:. Vista de la gota del martillo y de la inserción de las columnas (a) columnas de PVC nivel colocados en el suelo en la preparación para el martillo de caída. (B) Caída de golpes de martillo en los cilindros. (C) Los cilindros accionados por completo en el suelo. Por favor, haga clic aquí para ver una versio más granden de esta figura.

Figura 4
Figura 4:. Preparación para la eliminación de columnas de suelo (a) Agujero de ser abierto a lo largo del lado de columnas. (B) El suelo se recogió lejos de columnas (lisimetros nota protegidos de suelos exteriores con cubierta de PVC y acoplamiento flexible). (C) la interfaz suelo-suelo se rompe con una barra de excavación. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5
Figura 5:. Preparación de la parte inferior lisímetro de placa perforada y la tapa (a) parte inferior de nivelación y remoción de piedras que sobresale. (b g>) Llenar los huecos con arena estéril. (C) nivela la arena. (D) la columna limpiar con arena nivel. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6
Figura 6:. Instalación inferior en lisímetro (a) Poner un anillo de masilla en el borde del lisímetro limpiado. (B) Fijación de disco perforado en lisímetro con tornillos de acero inoxidable. (C) Poner límite a lisímetro y sujetando firmemente con acoplamiento flexible. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 7:.. Lisimetro Montado totalmente ensamblado lisímetro con botellas de vidrio y manguera conectada colocados debajo de recogida de lixiviados (sensores de humedad no instalados) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8
Figura 8:.. Contenido volumétrico de agua contenido volumétrico de agua (m3 m-3) dentro del lisímetro núcleo del suelo a 5 cm y 25 cm de profundidad más de un típico período de 24 horas después de la irrigación Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 9:.. La profundidad de lixiviados La suma de la profundidad de lixiviados semanal (cm) recogidos de lisimetros testigo del suelo dividida en lixiviación rápida (24 horas) y la lixiviación lenta (7 días) segmentos Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 10
Figura 10:. La concentración de nitratos-N concentración de nitrato-N semanal (mg L-1) en los lixiviados recogidos de lisimetros testigo del suelo antes y después de la aplicación cama de pollo. Puntos trazados representan las barras de error medio y alrededor de los puntos representan el error estándar de la media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 11
Figura 11: El nitrato-N Flux La masa de nitrato-N (kg ha-1) en los lixiviados recogidos de lisimetros testigo del suelo antes y después de la aplicación cama de pollo.. Puntos trazados representan las barras de error medio y alrededor de los puntos representan el error estándar de la media. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 12
Figura 12: Estimación del nitrato.-N aporte de flujo a partir de estiércol de suelo nitrato flujos de N (kg ha-1) de la aplicación camada antes se restaron de los flujos semanales siguientes para evaluar la contribución de la cama de pollo nitrogen de lixiviados muestra de suelo. Puntos trazados representan las barras de error medio y alrededor de los puntos representan el error estándar de la media. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Los pasos importantes de la colección lisimetro

Estudios de lixiviación ilustran la influencia de las propiedades del suelo y manejo del estiércol en las pérdidas de nitrógeno a las aguas subterráneas poco profundas. propiedades físicas del suelo tales como la textura del suelo, estructura agregada y la densidad aparente median la percolación de agua y solutos. determinar con precisión las concentraciones de volumen de lixiviados y de soluto depende de retener la integridad de estas propiedades físicas del suelo durante la recolección lisimetro siguiendo estos pasos críticos: 1) el lisímetro y el martinete debe permanecer nivel, mientras que la columna se introduce en el suelo; 2) del suelo dentro del lisímetro debe comprobarse la compactación; 3) la parte inferior de la columna de suelo debe estar nivelado y huecos debe ser llenado con arena inerte antes de instalar la tapa de drenaje; y 4) todos los espacios incluidos los que entre la pared y el suelo lisimetro deben ser sellados con masilla de silicona para evitar el flujo preferencial pared lateral o una fuga de The puertos de sensores de humedad.

Importancia de mantener la estructura del suelo

Estudios de lixiviación necesitan para representar con precisión el volumen de agua que se mueve a través de los perfiles del suelo con el fin de determinar eficazmente la pérdida de masa de solutos. El riego promedio recuperado de los cuatro suelos estudiados fue de 79% del volumen aplicado. Una investigación similar comparando las no unidas lisímetros de tensión cero pan eficiencia informó eficiencias promedio de recolección de riego de 56% y el 58% 29,10. Aunque los suelos en los estudios antes mencionados eran diferentes de los suelos en este estudio, se atribuyen el aumento de la eficiencia de recuperación de riego a la capacidad lisimetros núcleo de suelo para retener propiedades físicas del suelo y el almacenamiento del perfil del suelo.

Importancia de la replicación

Este estudio apunta a la influencia de la replicación de variación en las propiedades de lixiviados y la necesidad de aumentar la replicación en Order para sacar conclusiones significativas de lisimetros testigo del suelo. La variabilidad en las propiedades de lixiviación fue mayor para la concentración de nitrato-N y el flujo y el más bajo para el volumen de lixiviados. Para todas las propiedades de lixiviación, aumentando el número de lisímetros testigo del suelo repetidas de tres a 10 (Bojac, Evesboro y Sassafras o en el caso de Quindocqua, de tres a cinco), la reducción de la CV a 0,06 o menos. A partir de nuestra experiencia, se necesita un mínimo de cuatro repeticiones de experimentos lisimétricos testigo del suelo 18,28,29.

Importancia del seguimiento de la humedad del suelo

tendencias de humedad del suelo a 5 cm y 25 cm de profundidad, en combinación con una comprensión de la morfología del suelo a estas profundidades, se pueden utilizar para explicar las tendencias hidrológicas y supuestos de estado estacionario. Por ejemplo, las tendencias de humedad del suelo revelan diferencias en los procesos de lixiviación entre los suelos de textura gruesa y Evesboro Sassafras y la textura más fina y Bojac Quindocqua suelos. La textura más gruesasuelos exhiben breves incrementos en el contenido volumétrico de agua en comparación con los más finos suelos de textura que tuvieron aumentos más prolongados en la humedad del suelo (Figura 8). Estas diferencias también se dieron a conocer al comparar las 24 horas y 7 días colecciones de lixiviados, pero carecían de la resolución temporal más fina para refinar hipótesis sobre el flujo de macroporos rápida. En el caso de los suelos Bojac, lo que produjo la mayor proporción de los lixiviados después de la primera colección de 24 horas, las tendencias de humedad del suelo a 25 cm de profundidad revelan un período prolongado de saturación de humedad del suelo que favorezca las condiciones de desnitrificación y por lo tanto disminuir el nitrato-N en el lixiviado . Dado el conocimiento que se obtiene a partir de sensores de humedad del suelo, una prima debe ser lugar en la instalación de sensores en el mayor número lisimetros muestras de suelo como sea posible para facilitar la evaluación post hoc de los procesos de lixiviación.

Importancia de cálculo de balance de masas

En el estudio actual, 8,5 a 19,6% deN aplicado se perdió en los lixiviados de nitrato-N durante un período de 6 semanas. las pérdidas por lixiviación son claramente un componente importante del presupuesto N para suelos abonados y minimizar estas pérdidas es importante no sólo por la calidad del medio ambiente, sino también para el uso eficiente de nutrientes. Se estima que 80,4 a 91,5% de la hojarasca-N aplicado se mantuvo en los lisímetros testigo del suelo. Documentar el destino de este N puede mejorarse con el uso de técnicas tales como etiquetas o marcadores. Por lo tanto, un claro beneficio de lisímetros núcleo del suelo es en el presupuesto de agua y materiales aplicados, algo que es mucho más difícil con otros tipos de sistemas, tales como lisímetros lisímetros cacerola, que no están limitadas y se sabe que son menos eficientes 9.

Limitaciones de diseño

Aunque el diseño actual mide de manera eficiente drenaje de agua de la gravedad, se cree que los lisímetros subestiman volumen de lixiviación a partir de los espacios de los poros más pequeños de los suelos de textura más fina debido a decenasfuerzas ional. La fracción media del agua de riego recuperado del suelo Quindocqua textura fina representó sólo el 71% del total aplicado. Además, menos del 1% de este volumen se atribuye a 'lixiviación lenta' a través de los poros más finos en la matriz del suelo. Las eficiencias de recolección se han incrementado en un 50% o más con la adición de fibra de vidrio capilares mechas pasivos para perfiles de suelo 9. Los autores están investigando la eficacia de la fibra de vidrio mechas para su uso en el lisímetro muestra de suelo se describe en este 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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