Ce travail a été financé en partie par un renforcement des capacités subvention allouée à l&#39;Université du Maryland Eastern Shore (UMES) par l&#39;Institut national de l&#39;alimentation et de l&#39;agriculture. Les auteurs tiennent à remercier Don Mahan (UMES) pour son aide dans la mise en place du simulateur de pluie et dans la conduite de simulations de pluie. Merci également à remercier Janice Donohoe (UMES) pour effectuer des analyses de laboratoire et étudiants étudiants (Umes) pour leur aide dans la réalisation de l&#39;expérience de simulation de pluie et le traitement des échantillons.

Une. Sol prélèvement et la préparation <ol><li> Recueillir le sol de l&#39;horizon de surface du profil de sol pour représenter avec précision les conditions physiques et chimiques de la surface du sol. Remarque: Si possible, le sol doit être collectées à partir des 5 premiers centimètres de la surface. La zone de collecte de saleté doit être suffisamment faible pour limiter la variation de physique du sol et les propriétés chimiques. </li><li> Tamisez le sol à travers un tamis grossier (20 mm) pour retirer des roches. Remarque: Le tamisage est plus facile si le sol est un peu humide. </li><li> Passez le sol tamisé sur une bâche lourde dans une couche mince pour faciliter le séchage, de préférence dans une maison verte ou de l&#39;environnement intérieur chaud. </li><li> Mélanger le sol avec une pelle, un râteau ou en tirant sur les bords de la bâche d&#39;un côté à l&#39;autre comme si le pliage d&#39;une calzone géante. Remarque: Veillez à ne pas déchirer ou déchirer la bâche avec le bord d&#39;une pelle ou un râteau. Répétez cette opération plusieurs fois jusqu&#39;à ce que le sol soit bien mélangé. </li><li> Prenez 10 échantillons dedifférents endroits dans le tas de terre soigneusement mélangés et effectuent un test de phosphore Mehlich-3 17 pour tester l&#39;homogénéité. Remarque: L&#39;homogénéité est obtenue lorsque les résultats des 10 échantillons ont un coefficient de variation (CV) de &lt;0,05. Où: CV = écart type / moyenne. </li><li> Si le CV du test de phosphore Mehlich-3 est&gt; 0,05, continuer à mélanger le sol et répéter le test d&#39;homogénéité. </li></ol> 2. Emballage Boîtes de sol <ol><li> Remarque: les boîtes de sol doivent avoir un volume uniforme avec des dimensions identiques de longueur, largeur et profondeur (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) avec neuf de 5 mm trous de drainage dans le fond. Les boîtes doivent avoir une lèvre de 5 cm et une gouttière de collecte à une extrémité (figure 1). </li><li> Ligne le fond des boîtes avec de la gaze de 4 plis pour maintenir le sol de lavage hors des trous dans la boîte tout en permettant à l&#39;eau de s&#39;écouler à travers lorsque le terrain est saturé. </li><li> Emballez la première boîte de sol en creusant suffisamment séché, tamisé, et homonateur sol dans la zone à remplir la moitié environ de profondeur quand lissé (environ 3,5 cm). Étendre uniformément le sol et l&#39;emballer avec une brique plat. Remarque: Le sol doit être suffisamment sec, il le fait pas compact sous la pression de la brique. </li><li> Ajouter encore 2 cm de terre et niveler avec une jauge de nivellement à une profondeur de 5 cm garnie, la hauteur de la lèvre de la boîte qui se déverse dans la gouttière (figure 2). </li><li> Peser la quantité de sol qui a été ajoutée à la première boîte emballée, et ajoutez le même poids de sol à toutes les cases restantes. Emballez chaque boîte pour obtenir une profondeur de 5 cm et la densité apparente du sol uniforme. </li><li> Passez l&#39;aspirateur sur les gouttières des boîtes de sol pour enlever de la terre qui s&#39;est déversé dans le ruisseau au cours du processus d&#39;emballage. </li></ol> 3. Boîtes d&#39;encastrement du sol dans la pluie Simulator <ol><li> Placez un cadre construit à partir de 2 po x 6 en bois traité sous pression au centre du simulateur de précipitations sur laquelle les boîtes de sol wmalade doit être placé. Remarque: Le cadre doit avoir un élément transversal dans le milieu pour assurer la rigidité. Placer des boîtes de sol sur un châssis sans fond minimise les éclaboussures qui se produirait autrement à partir d&#39;une plate-forme solide immédiatement au-dessous des zones de sol et permet le libre écoulement des trous dans le fond des boîtes. </li><li> Positionner la monture sur des blocs de béton à une hauteur qui permet de placer les bouteilles de collecte et d&#39;entonnoirs au-dessous des becs sur les gouttières de collecte à l&#39;avant de boîtes de sol monté sur la plate-forme. </li><li> Élever en outre à l&#39;arrière de la plate-forme, en utilisant des briques, du bois et des cales, de telle sorte que le dos d&#39;une boîte de sol placé sur la plate-forme est de 3 cm plus haut que l&#39;avant de la boîte, résultant en une pente de 3%. Mesurer la pente en plaçant un bord (&gt; 100 cm de longueur) sur l&#39;arrière d&#39;une zone du sol monté sur la plate-forme. Utilisation d&#39;un niveau de charpentier, maintenez le niveau du conseil d&#39;administration et d&#39;élever l&#39;arrière de la plate-forme de telle sorte que l&#39;avant de la boîte est de 3 cm en dessous de la carte de niveau (Figure 3 </strong&gt;). Remarque: Assurez-vous l&#39;avant et l&#39;arrière de la plate-forme est de niveau d&#39;un côté à l&#39;autre. </li><li> Localisez le point directement en dessous de la buse de tête et éviter de placer une boîte dans cette position pour éviter de grosses gouttes de la buse au début ou à la fin d&#39;un épisode de pluie de tomber sur une boîte de sol, puis placer cinq ou six boîtes régulièrement espacés sur la plate-forme . Marquez la position des boîtes et toujours placer des boîtes dans ces mêmes positions. </li></ol> 4. Sélection de la source de l&#39;eau d&#39;irrigation <ol><li> Sélectionnez une source d&#39;eau d&#39;irrigation qui est relativement exempt de tous les éléments et composés, en particulier ceux de l&#39;intérêt pour l&#39;étude. Analyser la source d&#39;eau à l&#39;avance de l&#39;étude pour déterminer la pureté de l&#39;eau. Remarque: Si nécessaire, des résines d&#39;échange doivent être utilisées pour obtenir la pureté désirée de l&#39;eau. </li><li> Fournir une source d&#39;eau principale pour le simulateur de précipitations qui dépasse une pression de 8 psi et un taux de 5 gpm. Remarque: les sources municipales normales dépassent les exigences miniments. Si vous utilisez des réservoirs d&#39;eau et des pompes, vérifiez que les pompes sont capables de fournir un approvisionnement en eau qui dépasse la pression minimum et le débit. </li></ol> 5. Sélection de la buse Taille utiliser <ol><li> Sélectionnez l&#39;une des quatre tailles de buses standards qui sont utilisés pour les simulations des précipitations. Remarque: chaque buse a une pression d&#39;écoulement et des performances optimales pour atteindre la taille des gouttelettes et de l&#39;intensité correcte (Tableau 1). La sélection de la taille de buse pour une utilisation dans une étude particulière est déterminée en fonction de l&#39;intensité (cm / h) de la chute de pluie naturelle d&#39;être représentés. </li></ol> 6. Précipitations Opération Simulator <ol><li> Placez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (figure 4) à la position fermée, le levier à angle de 90 degrés sur tube, et tourner sur la principale source d&#39;eau (municipale ou de la pompe). </li><li> Tournez la vis de raccord sur le dessus de la (3) vanne de régulation de pression (figure 4) dans le sens antihoraire à réduire la pression et ouvrir le (4) vanne suivante dans la ligne de commande en ligne d&#39;écoulement complètement. </li><li> Ouvrez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (Figure 4) complètement et ajuster le (3) vanne de régulation de pression en tournant la vis vers la droite pour atteindre environ 8 psi dans l&#39;(6) manomètre situé près du haut du simulateur de pluie. Remarque: Une fois le (3) la soupape de régulation de pression a été réglé à dépasser légèrement la pression de la buse désirée, il ne devrait pas être ajustée pendant le fonctionnement du simulateur de pluie à moins que les principaux changements de pression de la source d&#39;eau. </li><li> Fermer partiellement l&#39;(4) vanne en ligne de contrôle de flux (Figure 4) jusqu&#39;à ce que le compteur (5) s&#39;écoule lit le taux approximatif de débit en gallons par minute pour la buse dans l&#39;utilisation et l&#39;(6) manomètre indique la psi approximative de la Buse en cours d&#39;utilisation (Tableau 1). </li><li> Fermez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (figure 4) pour arrêter l&#39;écoulement sans changer lataux et les paramètres de pression de débit. </li></ol> 7. Calibration de la buse et de pluie uniformité <ol><li> Couvrez les trous dans le fond des 5 ou 6 boîtes de sol vides avec du ruban adhésif pour empêcher l&#39;eau de s&#39;échapper des boîtes et de les placer dans les positions marquées sur le cadre en bois (voir l&#39;étape 3.4). </li><li> Position et maintenez une longueur de 10 m de tuyau en PVC de 2 pouces avec un coude à 45 ° fixé à l&#39;extrémité sur la buse et ouvrez le (1) vanne à levier unique de balle. </li><li> Recueillir la décharge du tuyau en PVC dans un grand cylindre gradué pour 10 sec. </li><li> Faire des ajustements mineurs à la (4) vanne en ligne le contrôle de flux et de répéter les 10 collections sec jusqu&#39;à ce que le volume d&#39;écoulement de 10 secondes correspond à la valeur correspondant à la buse utilisée (tableau 1). Une fois le débit correct est atteint, utilisez la valeur sur le débitmètre comme un moyen de variation de la surveillance du débit en raison des fluctuations de pression possibles. Remarque: Pour calibrer correctement la buse, ee 10 Débit sec est une mesure plus précise de la lecture sur le débitmètre. </li><li> Retirer la longueur de 10 pieds de tuyau en PVC pour permettre de pluie pour mouiller la zone de boîte et noter le temps de précipitations initiation. </li><li> Après exactement 10 min arrêter brusquement la pluie en positionnant le tuyau en PVC de 10 pieds sur la buse pour dévier l&#39;écoulement et fermer le (1) robinet à levier unique de balle. </li><li> Mesurer le volume d&#39;eau (ml) recueilli dans chaque boîte en le versant dans un cylindre gradué, et calculer la profondeur de précipitations en divisant le volume de la zone du fond de la boîte (2000 cm 2). </li><li> Calculer le coefficient de variation de hauteur de pluie. Remarque: Les précipitations uniformité est atteint lorsque la profondeur de précipitations dans les 5 ou 6 boîtes a un coefficient de variation &lt;0,05. Où: CV = écart type / moyenne. </li><li> Si le CV n&#39;est pas inférieur à 0,05, tourner la buse ¼ de tour serré et répéter le processus d&#39;étalonnage. Remarque: La buse peut avoir besoin d&#39;être tourné à plusieurs reprisesà réaliser un CV inférieur à 0,05. </li><li> Une fois un CV inférieur à 0,05 est obtenu, répéter l&#39;étalonnage à plusieurs reprises de sorte que l&#39;intensité des précipitations est conforme à travers pistes. </li></ol> 8. Réalisation d&#39;une simulation de pluie <ol><li> Après étalonnage, placer des boîtes de sol emballés dans les positions marquées sur le cadre en bois (voir l&#39;étape 3.4). </li><li> Des bouteilles et des entonnoirs en dessous des becs de vidange collecte Position ruissellement et prévenir les précipitations de tomber directement dans la gouttière à l&#39;aide d&#39;un trombone pour attacher un bouclier sur la gouttière (Figure 5). </li><li> Répéter les étapes 07.02 à 07.05 pour recalibrer le débit de la buse, immédiatement avant un événement de simulation de pluie et amorcer une averse. </li><li> Noter le temps de ruissellement initiation pour chaque case lors de la vidange de l&#39;eau par le bec de vidange tourne à partir d&#39;une goutte lent à un flux continu. </li><li> Prélever des échantillons de ruissellement à des intervalles de temps prescrits lors de l&#39;événement en passant bouteilles de collecte ou àla fin d&#39;un événement d&#39;une durée prédéterminée. </li><li> Pour mettre fin à un épisode de pluie, arrêter la pluie en positionnant le tuyau en PVC de 10 pieds sur la buse de détourner brusquement flux et fermer le (1) robinet à levier unique de balle. </li><li> Recueillir les échantillons de ruissellement et le volume d&#39;enregistrement à l&#39;aide d&#39;une éprouvette graduée ou en masse en supposant que l&#39;eau pèse 1 g / cm 2. </li><li> Mélanger soigneusement les échantillons de sorte que tous les sédiments est en suspension, puis prendre un sous-échantillon pour analyse en laboratoire. </li></ol>

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Les auteurs déclarent aucun intérêt financier concurrents.

Ruissellement est principalement généré par deux mécanismes, l&#39;infiltration ruissellement excessif et saturation excès de ruissellement 18 et est influencée par les propriétés du sol, l&#39;humidité antérieure du sol, la topographie et l&#39;intensité des précipitations. simulation de pluie peut être utilisée pour fixer la variable de l&#39;intensité des précipitations et d&#39;étudier un ou plusieurs des variables restantes. L&#39;intensité des précipitations et la durée peuvent également être contrôlés sur une plage limitée pour l&#39;étude en changeant la taille de la buse. Les étapes les plus critiques pour la réalisation d&#39;études de simulation de pluie sur les boîtes de sol repas sont: 1) assurer emballage uniforme de boîtes de sol; 2) le contrôle antécédent teneur en humidité du sol; 3) le calibrage du débit de la buse sélectionnée de telle sorte que la taille des gouttes et de la vitesse se rapproche de précipitations naturelles; et 4) réglage de la position de la buse pour assurer précipitations uniforme dans toutes les boîtes de sol. A la fin de l&#39;opération de calibrage, une fois un CV inférieur à 0,05 est obtenue pour les précipitations uniformité à travers tout le solboîtes, la calibration de 10 min devrait être répété plusieurs fois pour s&#39;assurer que l&#39;intensité des précipitations est conforme à travers pistes. Un CV peut également être calculée pour uniformité pistes. Si le CV uniformité pistes est inférieur à celui de l&#39;uniformité des précipitations dans toutes les boîtes, pensez à regrouper des traitements répétés au sein de pistes individuelles de minimiser les variations dans les traitements. Dans le cas contraire, de réduire l&#39;erreur associée à la position de la boîte et de l&#39;autre côté court, randomiser les deux traitements et se réplique selon la position de la boîte, en prenant des mesures pour limiter plaçant un traitement dans une position plus d&#39;une fois. Utilisant cette conception de simulateur de pluie et un protocole standard pour l&#39;étalonnage correctement le simulateur permettra d&#39;améliorer la comparaison des résultats des études menées par différents chercheurs. Les données issues de cette façon peuvent être utilisés pour prédire ce qui se passe sous précipitations naturelles et de mieux comprendre les processus et les facteurs qui contrôlent pertes dans l&#39;environnement de passources de contaminants NPOINT. Ces études peuvent fournir des données précieuses pour une utilisation dans le développement de modèles pour prédire le devenir et le transport des sédiments et des polluants chimiques dans les eaux de ruissellement dans des conditions de précipitations naturelles.

Les impacts environnementaux de l&#39;agriculture sont une préoccupation mondiale et de plus en plus rapidement, en particulier à la lumière des incertitudes liées au changement climatique. Les précipitations sont une force motrice pour le transport des contaminants environnementaux des sols agricoles à des organismes de surface de l&#39;eau par le ruissellement de surface. Un grand corps de recherche est axée sur une meilleure compréhension des interactions entre les précipitations et les conditions du sol, car elles déterminent les sources diffuses de sédiments, nutriments, et les pertes de pesticides dans les sols agricoles. L&#39;objectif de cette étude était de caractériser les effets de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur le sort et le transport de surface appliqué urée commerciale, une forme courante de l&#39;azote (N) des engrais, à la suite d&#39;un épisode de pluie qui se produit dans les 24 heures après l&#39;application d&#39;engrais. Il existe peu d&#39;études sur le devenir et le transport de l&#39;urée dans le sol, car l&#39;urée est rapidement hydrolysé en ammonium suite à l&#39;application d&#39;engrais et eerefore pas souvent disponibles pour le transport. Cependant, des études récentes suggèrent que les bassins versants de l&#39;urée peut être transporté par les sols agricoles dans les eaux côtières et provoquer des changements à l&#39;égard des populations d&#39;organismes qui produisent des toxines nocives 1,2. Expériences à la fois en laboratoire et sur ​​le terrain ont montré que lorsque les diatomées australis Pseudo-nitzschia produisant de l&#39;acide domoïque (P. s Australi) a été cultivées dans l&#39;eau de mer enrichie d&#39;urée, la quantité d&#39;acide domoïque produit était supérieur lorsqu&#39;il est cultivé sur nitrate ou d&#39;ammonium enrichi l&#39;eau de mer 3. Cette étude a utilisé une pluie simulée pour étudier les processus qui contrôlent le potentiel de l&#39;urée-N pertes en eaux de ruissellement après application d&#39;engrais commercial. En raison de la variabilité des précipitations naturelles, simulateurs de pluies ont été utilisées pour appliquer des taux de précipitations uniformes sur des surfaces terrestres ou des boîtes de sol emballés pour évaluer le ruissellement dans des conditions contrôlées. simulateurs de précipitations ont d&#39;abord été utilisées pour étudier le sol4 érosion. Cependant, au fil des années, ils ont été utilisés pour mesurer d&#39;autres constituants dans les eaux de ruissellement et les lixiviats de sols 5-7. Les études de terrain à l&#39;aide de précipitations naturelles ont également été menées pour évaluer les pertes de constituants du sol dans les eaux de ruissellement. Les tendances entre les données pluviométriques et de simulation des précipitations naturelles suivent un schéma similaire, montrant une cohérence dans les processus. Par conséquent simulation de pluie peut être utilisée dans les études de prédire la probabilité d&#39;apparition de ce qui se passe sous pluies naturelles 8. Une variété de simulateurs de pluies ont été développés, et généralement ils utilisent des pulvérisateurs de buses à appliquer de l&#39;eau à des taux et des durées souhaitées. En termes de taille, simulateurs de pluies vont d&#39;un petit, infiltromètre simple, portable avec un 6 de diamètre zone de précipitations 9 à la pluie simulateur complexe Kentucky, qui couvre un terrain de 14,75 pi x 72 pi (4,5 mx 22 m) 10. Une lacune dans le corps de la recherche qui empsimulation de pluie Loyed est qu&#39;il n&#39;ya pas de conception unique et standardisé ou un protocole pour réaliser des simulations de pluie 11. En fait, à la &quot;Simulator Atelier pluie international&quot; 2011 à l&#39;Université de Trèves, en Allemagne, une communauté de collaboration de scientifiques de 11 pays participants a conclu que la normalisation de la simulation de pluie et des simulateurs est nécessaire afin d&#39;assurer la comparabilité des résultats et de promouvoir davantage développements techniques à surmonter les limites physiques et les contraintes 12. Cette étude vise à répondre en partie à ce besoin en présentant une description détaillée d&#39;un protocole standardisé pour réaliser des simulations de pluie en utilisant un simulateur qui est déjà largement adopté pour une utilisation en Amérique du Nord. Cette expérience fait partie d&#39;une vaste étude visant à évaluer la source de l&#39;urée dans les eaux de l&#39;estuaire de la baie de Chesapeake, où la prolifération d&#39;algues toxiques sont connus pour se produire chaque année. L&#39;objectivité spécifique<html> e de l&#39;expérience était de déterminer l&#39;effet de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur les pertes de l&#39;urée dans les eaux de ruissellement. Boîtes de sol ont été emballées de façon uniforme dupliquée, préalablement mouillée à l&#39;un des six teneurs en humidité différentes représentant 50, 60, 70, 80, 90, et 100% de la capacité au champ. Urée était appliquée en surface sous forme prill à un taux de 150 kg N / ha. Dans les 24 heures les boîtes ont été soumis à une pluie uniforme de 40 min durée à un taux de 3,17 cm / h, soit à un cas de précipitations naturelles qui se produit généralement sur une base annuelle sur la rive orientale de la baie de Chesapeake dans le Maryland. Des échantillons de ruissellement ont été prélevés à des intervalles de 2 min, immédiatement filtrées en utilisant un filtre en verre (0,45 um), et stockés à 4 ° C jusqu&#39;à ce qu&#39;ils soient analysés dans un délai de 24 heures de la collecte. Urée-N concentrations ont été déterminées par analyse par injection de flux colorimétrie 13. Les données ont été analysées en utilisant SAS version 9.1 14, et les résultats statistiques ont été considérées comme significatives à P ≤ 0,05. e_content &quot;&gt; Le simulateur de pluie portable qui a été utilisé dans cette étude est conforme aux spécifications de conception 15 et le protocole qui a été développé par le Projet Phosphore nationale 16. Aux États-Unis et au Canada, cette conception du simulateur et le protocole a été largement adopté comme méthode standard pour utiliser pour déterminer à la fois dissous et la perte de phosphore particulaire lié au ruissellement. Bien que les échantillons de ruissellement ont été analysés pour l&#39;urée, plutôt que le phosphore, la méthode d&#39;application uniforme et précipitations cohérente emballé boîtes de sol est le même que celui qui est décrit brièvement dans le phosphore nationale précipitations du projet de protocole de simulation.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="808">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:249px;">Rainfall Simulator</td>
			<td style="width:175px;">&#160;Joern&#39;s Inc.</td>
			<td style="width:147px;">TLALOC 3000</td>
			<td style="width:239px;">Size 1.5m x 2.0m (size optional)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:249px;">Rainfall Simulator</td>
			<td>&#160;Joern&#39;s Inc.</td>
			<td style="width:147px;">TLALOC 4000</td>
			<td>Size 2.0m x 2.0m (size optional)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Rainfall Nozzle</td>
			<td style="width:175px;">Spraying Systems Inc.</td>
			<td style="width:147px;">3/8HH-SS17WSQ</td>
			<td>Size 17 nozzle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Rainfall Nozzle</td>
			<td style="width:175px;">Spraying Systems Inc.</td>
			<td style="width:147px;">3/8HH-SS24WSQ</td>
			<td>Size 24 nozzle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Rainfall Nozzle</td>
			<td style="width:175px;">Spraying Systems Inc.</td>
			<td style="width:147px;">1/2HH-SS30WSQ</td>
			<td>Size 30 nozzle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:249px;">Rainfall Nozzle</td>
			<td style="width:175px;">Spraying Systems Inc.</td>
			<td style="width:147px;">3/8HH-SS50WSQ</td>
			<td>Size 50 nozzle</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a protocol for conducting rainfall simulation to study soil runoff

Les précipitations sont une force motrice pour le transport des contaminants environnementaux des sols agricoles à des organismes de surface de l&#39;eau par le ruissellement de surface. L&#39;objectif de cette étude était de caractériser les effets de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur le sort et le transport de surface appliqué urée commerciale, une forme courante de l&#39;azote (N) des engrais, à la suite d&#39;un épisode de pluie qui se produit dans les 24 heures après l&#39;application d&#39;engrais. Bien que l&#39;urée est supposé être facilement hydrolysé en ammonium et donc pas souvent disponibles pour le transport, des études récentes suggèrent que l&#39;urée peut être transporté par les sols agricoles dans les eaux côtières où il est impliqué dans la prolifération d&#39;algues nuisibles. Un simulateur de pluie a été utilisé pour appliquer un taux uniforme de précipitations uniforme dans les boîtes de sol emballés qui ont été préalablement mouillée à différentes teneurs en humidité du sol. En contrôlant les précipitations et les caractéristiques physiques du sol, les effets de l&#39;humidité antérieure du sol sur la perte de l&#39;urée étaient isolated. Sols humides exposées temps plus court de précipitations initiation au ruissellement initiation, une plus grande volume total des eaux de ruissellement, les concentrations d&#39;urée plus élevées dans les eaux de ruissellement, et plus les charges de masse d&#39;urée dans les eaux de ruissellement. Ces résultats démontrent également l&#39;importance de contrôler sol antécédent teneur en humidité dans les études visant à isoler d&#39;autres variables, telles que physique des sols ou les caractéristiques chimiques, la pente, la couverture du sol, la gestion ou les caractéristiques des précipitations. Parce simulateurs de pluies sont conçus pour offrir les gouttes de pluie de taille similaire et la vitesse que les précipitations naturelles, des études menées dans le cadre d&#39;un protocole normalisé peuvent fournir des données précieuses qui, à son tour, peut être utilisé pour développer des modèles pour prédire le devenir et le transport des polluants dans les eaux de ruissellement.

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A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Un simulateur de pluie a été utilisé pour appliquer un taux uniforme de précipitations uniforme de boîtes de sol emballés dans une étude du devenir et du transport de l&#39;urée, une source de contamination de l&#39;environnement diffuse. Sous sol et des précipitations des conditions uniformes, antécédent teneur en humidité du sol a exercé une forte perte de contrôle sur l&#39;urée dans les eaux de ruissellement.

Un protocole pour la conduite de pluie simulation pour étudier le ruissellement des sols

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

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Research

JoVE Journal

Environment

20.6K vues.  University of Maryland Eastern Shore.  Un simulateur de pluie a été utilisé pour appliquer un taux uniforme de précipitations uniforme de boîtes de sol emballés dans une étude du devenir et du transport de l'urée, une source de contamination de l'environnement diffuse. Sous sol et des précipitations des conditions uniformes, antécédent teneur en humidité du sol a exercé une forte perte de contrôle sur l'urée dans les eaux de ruissellement. 

Vidéo: A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

Conception et l&#39;exploitation d&#39;un continu<sup&gt; 13</sup&gt; C et<sup&gt; 15</sup&gt; N Chambre pour uniforme ou différentiel étiquetage, métabolique et structurale, usine de production d&#39;isotopes étiquetage

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Recherche

Environnement

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use due to increased demand for landscape irrigation. Improper irrigation practices and large rainfall events can result in runoff from urban landscapes which has potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication. A 1,000 m2 facility was constructed which consists of 24 individual 33.6 m2 field plots, each equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated urban landscapes. Runoff volumes from the first and second trials had coefficient of variability (CV) values of 38.2 and 28.7%, respectively. CV values for runoff pH, EC, and Na concentration for both trials were all under 10%. Concentrations of DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+, and Ca2+ had CV values less than 50% in both trials. Overall, the results of testing performed after sod installation at the facility indicated good uniformity between plots for runoff volumes and chemical constituents. The large plot size is sufficient to include much of the natural variability and therefore provides better simulation of urban landscape ecosystems.

This paper describes the design, construction, and function of a 1,000 m2 facility containing 24 individual 33.6 m2 field plots equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated home lawns.

Conception et construction d&#39;une installation de recherche de ruissellement urbain

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as plant-soil feedbacks (PSF) have large effects on plant performance, and create environmental heterogeneity that depends on the community composition. Understanding the importance of PSF for plant community assembly necessitates understanding of the role of heterogeneity in PSF, in addition to mean PSF effects. Here, we describe a protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity. Two example experiments are presented: (1) a field experiment with a 6-patch grid of soils to measure plant population responses and (2) a greenhouse experiment with 2-patch soils to measure individual plant responses. Soils can be collected from the zone of root influence (soils from the rhizosphere and directly adjacent to the rhizosphere) of plants in the field from conspecific and heterospecific plant species. Replicate collections are used to avoid pseudoreplicating soil samples. These soils are then placed into separate patches for heterogeneous treatments or mixed for a homogenized treatment. Care should be taken to ensure that heterogeneous and homogenized treatments experience the same degree of soil disturbance. Plants can then be placed in these soil treatments to determine the effect of plant-induced soil heterogeneity on plant performance. We demonstrate that plant-induced heterogeneity results in different outcomes than predicted by traditional coexistence models, perhaps because of the dynamic nature of these feedbacks. Theory that incorporates environmental heterogeneity influenced by the assembling community and additional empirical work is needed to determine when heterogeneity intrinsic to the assembling community will result in different assembly outcomes compared with heterogeneity extrinsic to the community composition.

Understanding the role of environmental heterogeneity in species coexistence has typically focused on types of heterogeneity that are extrinsic to the community&#8217;s species composition. We provide novel detailed methods for creating soil heterogeneity treatments using soils subject to plant-soil feedback conditioning, or heterogeneity intrinsic to the community composition.

Protocole expérimental pour l&#39;hétérogénéité du sol Manipulation des plantes induite

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (a.k.a. EPN) represent a group of soil-inhabiting nematodes that parasitize a wide range of insects. These nematodes belong to two families: Steinernematidae and Heterorhabditidae. Until now, more than 70 species have been described in the Steinernematidae and there are about 20 species in the Heterorhabditidae. The nematodes have a mutualistic partnership with Enterobacteriaceae bacteria and together they act as a potent insecticidal complex that kills a wide range of insect species.
Herein, we focus on the most common techniques considered for collecting EPN from soil. The second part of this presentation focuses on the insect-baiting technique, a widely used approach for the isolation of EPN from soil samples, and the modified White trap technique which is used for the recovery of these nematodes from infected insects. These methods and techniques are key steps for the successful establishment of EPN cultures in the laboratory and also form the basis for other bioassays that consider these nematodes as model organisms for research in other biological disciplines. The techniques shown in this presentation correspond to those performed and/or designed by members of S. P. Stock laboratory as well as those described by various authors.

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes Steinernematidae, Heterorhabditidae

Entomopathogenic nematodes are soil-inhabiting roundworms that parasitize a wide range of insects. We demonstrate sampling methods used for the isolation of these nematodes from the soil using two techniques: the insect baiting and the modified White trap, for the recovery of nematodes from soil samples and infected insect cadavers, respectively.

L&#39;échantillonnage du sol et isolement de nématodes entomopathogènes (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (a.k.a. EPN) represent a group of soil-inhabiting nematodes that parasitize a wide range of insects. These nematodes belong to ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

Un protocole pour la collecte et la construction de sols Lysimètres Core

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

Sol Lysimètre Excavation pour Coupled hydrologiques, géochimiques et microbiologiques Enquêtes

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

Un tableau Gusseted thermogradient pour contrôler la température du sol pour l&#39;évaluation de la croissance des plantes et de suivi des processus de sol

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

Mesure et cartographie des schémas d’érosion et de dépôt liées aux Concentrations de Carbonate du sol sous gestion agricole

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it regulates the gravity-driven soil movement induced by runoff and tillage activities. The recent application of Light Detection and Ranging (LiDAR) data holds promise for generating high spatial resolution topographic metrics that can be used to investigate soil property variability. In this study, fifteen topographic metrics derived from LiDAR data were used to investigate topographic impacts on redistribution of soil and spatial distribution of soil organic carbon (SOC). Specifically, we explored the use of topographic principal components (TPCs) for characterizing topography metrics and stepwise principal component regression (SPCR) to develop topography-based soil erosion and SOC models at site and watershed scales. Performance of SPCR models was evaluated against stepwise ordinary least square regression (SOLSR) models. Results showed that SPCR models outperformed SOLSR models in predicting soil redistribution rates and SOC density at different spatial scales. Use of TPCs removes potential collinearity between individual input variables, and dimensionality reduction by principal component analysis (PCA) diminishes the risk of overfitting the prediction models. This study proposes a new approach for modeling soil redistribution across various spatial scales. For one application, access to private lands is often limited, and the need to extrapolate findings from representative study sites to larger settings that include private lands can be important.

Landscape processes are critical components of soil formation and play important roles in determining soil properties and spatial structure in landscapes. We propose a new approach using stepwise principal component regression to predict soil redistribution and soil organic carbon across various spatial scales.

Utilisation des principaux composants pour étendre les modèles topographiques pour mapper la Redistribution du sol et le sol carbone organique

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. A stable isotope approach is necessary to follow and quantify the fate of fertilizer derived N (FDN) through the soil-crop system. The purpose of this paper is to describe a small-plot research&#160;design utilizing non-confined 15N enriched microplots for multiple soil and plant sampling events over two growing seasons and provide sample collection, handling, and processing protocols for total 15N analysis. The methods were demonstrated using a replicated study from south-central Minnesota planted to corn (Zea mays L.). Each treatment consisted of six corn rows (76 cm row-spacing) 15.2 m long with a microplot (2.4 m by 3.8 m) embedded at one end. Fertilizer-grade urea was applied at 135 kg N&#8729;ha-1 at planting, while the microplot received urea enriched to 5 atom % 15N. Soil and plant samples were taken several times throughout the growing season, taking care to minimize cross-contamination by using separate tools and physically separating unenriched and enriched samples during all procedures. Soil and plant samples were dried, ground to pass through a 2 mm screen, and then ground to a flour-like consistency using a roller jar mill. Tracer studies require additional planning, sample processing time and manual labor, and incur higher costs for 15N enriched materials and sample analysis than traditional N studies. However, using the mass balance approach, tracer studies with multiple in-season sampling events allow the researcher to estimate FDN distribution through the soil-crop system and estimate unaccounted-for FDN from the system.

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

A microplot design for 15N tracer research is described to accommodate multiple in-season plant and soil sampling events. Soil and plant sample collection and processing procedures, including grinding and weighing protocols, for 15N analysis are put forth.

Conception de microplots et préparation d’échantillons de plantes et de sols pour 15analyses d’azote

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. ...