Questo lavoro è stato finanziato in parte da una capacità edificatoria di sovvenzione assegnato alla University of Maryland Eastern Shore (UMES) da parte del National Institute of Food and Agriculture. Gli autori desiderano ringraziare Don Mahan (UMES) per il suo aiuto nella creazione del simulatore di pioggia e nella conduzione di simulazioni di pioggia. Grazie sono estesi anche a Janice Donohoe (UMES) per l&#39;esecuzione di analisi di laboratorio e laureandi studenti (UMES) per il loro aiuto nel condurre l&#39;esperimento di simulazione di pioggia e l&#39;elaborazione dei campioni.

1. Raccolta e preparazione del terreno <ol><li> Raccogliere il terreno dall&#39;orizzonte superficie del profilo del suolo per rappresentare accuratamente condizioni fisiche e chimiche della superficie del suolo. Nota: Se possibile terreno deve essere raccolto dai primi 5 cm di superficie. La zona di raccolta terreno deve essere abbastanza piccolo per limitare variazione fisica del suolo e chimiche. </li><li> Setacciare il suolo attraverso un schermo grossolano (20 mm) per rimuovere le rocce. Nota: Vagliatura è più facile se il terreno è leggermente umido. </li><li> Stendere il terreno setacciato su un telone pesante in uno strato sottile per facilitare l&#39;asciugatura, preferibilmente in una casa verde o ambiente interno caldo. </li><li> Mescolare il terreno con una pala, rastrello o tirando i bordi del telo da un lato all&#39;altro come se ripiegando un calzone gigante. Nota: Fare attenzione a non strappare o strappare il telo con il bordo di una pala o rastrello. Ripetere questa operazione diverse volte fino a quando il terreno sia ben mescolata. </li><li> Prendere 10 campioni daluoghi diversi nel mucchio di terreno ben miscelato e condurre un test Mehlich-3 fosforo 17 per verificare l&#39;omogeneità. Nota: omogeneità è ottenuto quando i risultati dei 10 campioni hanno un coefficiente di variazione (CV) di &lt;0.05. Dove: CV = deviazione standard / media. </li><li> Se il CV del test Mehlich-3 fosforo è&gt; 0,05, rimescolare il terreno e ripetere il test di omogeneità. </li></ol> 2. Scatole di imballaggio del suolo <ol><li> Nota: caselle di terreno dovrebbe essere di volumi uniforme con identiche dimensioni di lunghezza, larghezza e profondità (100 centimetri x 20 centimetri x 7,5 centimetri) con nove 5 mm fori di drenaggio sul fondo. Scatole devono avere un labbro 5 cm e una grondaia raccolta su una estremità (Figura 1). </li><li> Linea fondo delle scatole con telo 4 strati per mantenere suolo dal lavare dai fori nella scatola mentre permettendo all&#39;acqua di fluire attraverso il terreno è saturo. </li><li> Imballare la scatola primo terreno da scavare abbastanza secca, setacciato e omogeneosciuto suolo nella casella di riempirlo circa la metà profondo quando levigate (circa 3,5 cm). Stendere uniformemente il suolo e confezionarle con un mattone piatto. Nota: substrato dovrebbe essere sufficientemente asciutta in modo che non compatto sotto la pressione del mattone. </li><li> Aggiungere altri 2 cm di suolo e livellarlo con un calibro di livellamento ad una profondità imballato di 5 cm, l&#39;altezza del labbro della scatola che si riversa nel canale di scolo (Figura 2). </li><li> Pesare la quantità di terreno che è stato aggiunto alla prima casella imballato, e aggiungere lo stesso peso del suolo a tutte le caselle rimanenti. Imballare ogni casella di raggiungere una profondità del suolo di 5 cm e densità uniforme. </li><li> Aspirare le grondaie delle scatole suolo per rimuovere qualsiasi terreno che ha sparso nella grondaia durante il processo di confezionamento. </li></ol> 3. Montaggio Boxes suolo nella precipitazioni Simulator <ol><li> Posizionare un telaio costruito su 2 a 6 x in legname trattato pressione nel centro del simulatore di pioggia in cui le scatole suolo will essere collocato. Nota: Il telaio deve avere una traversa in mezzo per fornire rigidità. Caselle di immissione del suolo su un telaio senza fondo minimizza spruzzata che altrimenti avvenire da una piattaforma solida immediatamente sotto le caselle suolo e permette il drenaggio libero dai fori sul fondo delle scatole. </li><li> Posizionare il telaio su blocchi di cemento ad una altezza che consente il posizionamento di bottiglie di raccolta e imbuti sotto i beccucci sulle grondaie di raccolta sul davanti di scatole suolo montate sulla piattaforma. </li><li> Elevare ulteriormente la parte posteriore della piattaforma, utilizzando mattoni, legname e spessori, in modo tale che la parte posteriore di una scatola terreno posto sulla piattaforma è di 3 cm rispetto al frontale della scatola, con un conseguente pendenza 3%. Misurare la pendenza inserendo un bordo (&gt; 100 cm di lunghezza) sul retro di una scatola suolo montata sulla piattaforma. Utilizzando il livello di un falegname, tenere premuto il livello di scheda e sollevare la parte posteriore della piattaforma in modo che la parte anteriore della scatola è di 3 cm sotto la scheda di livello (Figura 3 </strong&gt;). Nota: Assicurarsi che la parte anteriore e posteriore della piattaforma è di livello da un lato all&#39;altro. </li><li> Individuare il punto direttamente sotto l&#39;ugello sovraccarico e evitare di mettere una scatola in quella posizione per evitare grandi gocce dall&#39;ugello all&#39;inizio o alla fine di un evento di precipitazione di cadere su una scatola suolo, quindi posizionare cinque o sei scatole equidistanti sulla piattaforma . Segnare la posizione delle caselle e sempre collocare scatole nelle stesse posizioni. </li></ol> 4. Selezione della sorgente di acque irrigue <ol><li> Selezionare una sorgente di acqua di irrigazione che è relativamente priva di tutti gli elementi e composti, in particolare quelli di interesse per lo studio. Analizzare la fonte di acqua prima dello studio per determinare la purezza dell&#39;acqua. Nota: Se necessario, resine di scambio dovrebbero essere utilizzati per raggiungere la purezza dell&#39;acqua desiderata. </li><li> Fornire una fonte d&#39;acqua principale al simulatore di pioggia che supera una pressione di 8 psi e una portata di 5 gpm. Nota: le fonti municipali normali superano questi requisiti minimimenti. Se si utilizza serbatoi d&#39;acqua e pompe, accertarsi che le pompe sono in grado di fornire un approvvigionamento idrico che supera la minima pressione e portata. </li></ol> 5. Selezione delle dimensioni dell&#39;ugello da utilizzare <ol><li> Selezionare uno dei quattro formati ugelli standard che vengono utilizzati per le simulazioni delle precipitazioni. Nota: Ogni ugello ha una pressione di prestazioni ottimali ed il flusso per ottenere una corretta dimensione delle gocce e l&#39;intensità (Tabella 1). Scelta delle dimensioni dell&#39;ugello per uso in uno studio particolare è determinato in relazione all&#39;intensità (cm / hr) dell&#39;evento precipitazioni naturali di essere rappresentati. </li></ol> 6. Le precipitazioni Simulator Operazione <ol><li> Posizionare la (1) Valvola a sfere ad una leva (figura 4) in posizione di chiusura, leva a 90 gradi attraverso il tubo, e accendere la fonte principale dell&#39;acqua (comunale o pompa). </li><li> Ruotare la vite di quadrato sulla parte superiore della (3) regolatore di pressione (figura 4) in senso antiorario per restrarre la pressione e aprire completamente il (4) valvola di controllo del flusso next-in-linea in linea. </li><li> Aprire la (1) Valvola a sfere ad una leva (Figura 4) e regoli la (3) regolatore di pressione ruotando la vite in senso orario per raggiungere circa 8 bar nella (6) manometro posto nella parte alta del simulatore di pioggia. Nota: Una volta che la (3) regolatore di pressione è stata impostata a superare leggermente la pressione dell&#39;ugello desiderata, non dovrebbe essere regolata durante il funzionamento del simulatore di pioggia a meno che i principali cambiamenti di pressione fonte di acqua. </li><li> Chiudere parzialmente la (4) valvola in-linea di controllo di flusso (figura 4) fino a quando il misuratore (5) scorrono legge la velocità approssimativa portata in galloni al minuto per l&#39;ugello in uso e la (6) manometro legge la psi approssimativa per l&#39; ugello utilizzata (Tabella 1). </li><li> Chiudere la (1) Valvola a sfere ad una leva (Figura 4) per fermare il flusso senza modificare laportata e impostazioni di pressione. </li></ol> 7. Calibrazione ugello e precipitazioni Uniformità <ol><li> Coprire i fori dei fondi di 5 o 6 scatole vuote suolo con del nastro adesivo per evitare che l&#39;acqua fuoriuscita delle scatole e metterli nelle posizioni segnate sul telaio di legno (vedi punto 3.4). </li><li> Posizione e tenere una lunghezza di 10 m di tubo in PVC da 2 pollici con una curva a 45 ° attaccato alla fine sopra l&#39;ugello e aprire il (1) valvola a sfera leva singola. </li><li> Raccogliere lo scarico dal tubo di PVC in un grande cilindro graduato per 10 sec. </li><li> Apportare piccole modifiche al (4) valvola di controllo del flusso in linea e ripetere le 10 collezioni sec fino a quando il volume del flusso 10 sec corrisponde al valore corrispondente per l&#39;ugello in uso (Tabella 1). Una volta che la corretta portata si ottiene, utilizzare il valore sul misuratore di flusso come mezzo di variazione di monitoraggio del flusso a causa di possibili variazioni di pressione. Nota: Per calibrare correttamente l&#39;ugello, the 10 sec volume di flusso è una misura più accurata rispetto alla lettura sul misuratore di flusso. </li><li> Rimuovere la lunghezza di 10 piedi di tubo in PVC per consentire pioggia per bagnare la zona box e notare il tempo di iniziazione pioggia. </li><li> Dopo esattamente 10 minuti bruscamente fermare la pioggia posizionando il tubo in PVC 10 piedi sopra l&#39;ugello per deviare il flusso e chiudere la (1) valvola a sfera leva singola. </li><li> Misurare il volume di acqua (ml) raccolto in ciascuna casella versandolo in un cilindro graduato, e calcolare la profondità piovosità dividendo il volume per la superficie del fondo della scatola (2.000 unità cm 2). </li><li> Calcolare il coefficiente di variazione per la profondità pioggia. Nota: uniformità pioggia è raggiunto quando la profondità precipitazioni nelle 5 o 6 scatole ha un coefficiente di variazione &lt;0,05. Dove: CV = deviazione standard / media. </li><li> Se il CV non è inferiore a 0,05, ruotare l&#39;ugello di ¼ di giro più stretto e ripetere il processo di calibrazione. Nota: L&#39;ugello potrebbe aver bisogno di essere girato più volteper ottenere un CV inferiore a 0,05. </li><li> Una volta che un CV inferiore a 0,05 si ottiene, ripetere la calibrazione più volte per garantire che l&#39;intensità di pioggia attraverso i funzionamenti è coerente. </li></ol> 8. Condurre una simulazione Pioggia <ol><li> Dopo la calibrazione, collocare scatole terra battuta nelle posizioni segnate sul telaio di legno (vedi punto 3.4). </li><li> Bottiglie di raccolta posizione di deflusso e canalizzazioni sotto i beccucci di scarico e impediscono pioggia di cadere direttamente nella grondaia utilizzando una graffetta per fissare uno scudo sopra la grondaia (Figura 5). </li><li> Ripetere i passaggi 7,2-7,5 per ricalibrare la portata dell&#39;ugello immediatamente prima di un evento di simulazione di pioggia e avviare la pioggia. </li><li> Registrare il tempo di deflusso iniziazione per ogni dialogo quando il drenaggio dell&#39;acqua dal tubo di scarico si trasforma da una flebo lenta a un flusso continuo. </li><li> Raccogliere campioni di deflusso ad intervalli di tempo prestabiliti durante l&#39;evento passando bottiglie di raccolta o pressola fine di un evento di durata prefissata. </li><li> Per terminare un evento di pioggia, fermare la pioggia posizionando il tubo in PVC 10 piedi sopra l&#39;ugello per deviare bruscamente il flusso e chiudere la (1) valvola a sfera leva singola. </li><li> Raccogliere i campioni di deflusso e il volume record utilizzando un cilindro graduato o in massa assumendo che l&#39;acqua pesa 1 g / cm 2. </li><li> Miscelare accuratamente i campioni in modo che tutti i sedimenti è in sospensione e poi prendere un sottocampione per analisi di laboratorio. </li></ol>

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Gli autori dichiarano interessi finanziari concorrenti.

Il deflusso è principalmente generato da due meccanismi, infiltrazione eccesso di deflusso e della saturazione eccesso di deflusso 18 ed è influenzato dalle caratteristiche del suolo, umidità antecedente suolo, topografia e intensità di pioggia. Simulazione piovosità può essere utilizzato per fissare la variabile intensità di pioggia e studiare una o più variabili rimanenti. Intensità di pioggia e la durata possono essere controllate in un intervallo limitato per studio modificando la dimensione dell&#39;ugello. Le fasi più critiche per lo svolgimento di studi di simulazione della piovosità sulle scatole terra battuta sono: 1) assicurare imballaggio uniforme di scatole suolo; 2) il controllo antecedente tenore di umidità del suolo; 3) taratura della portata per l&#39;ugello selezionato in modo che la dimensione di goccia e velocità approssimi precipitazioni naturali; e 4) la regolazione della posizione degli ugelli per verificare precipitazioni uniforme in tutte le caselle del terreno. Al termine del processo di calibrazione, una volta un CV inferiore a 0,05 si ottiene per uniformità piovosità in tutti suolocaselle, la calibrazione 10 min deve essere ripetuta più volte per garantire che l&#39;intensità di pioggia attraverso i funzionamenti è coerente. Un curriculum può anche essere calcolato per uniformità tra piste. Se il CV per uniformità piste è inferiore a quello per l&#39;uniformità delle precipitazioni in tutte le caselle, considerare il raggruppamento trattamenti replicati all&#39;interno delle singole corse per minimizzare la variazione di tutti i trattamenti. Altrimenti, per ridurre l&#39;errore associato posizione casella e attraverso i funzionamenti, randomizzare entrambi i trattamenti e replica secondo la posizione del quadro, prendendo misure per limitare l&#39;immissione di un trattamento in una posizione più di una volta. L&#39;utilizzo di questo simulatore di pioggia progettazione e un protocollo standard per calibrare correttamente il simulatore di migliorare la comparabilità dei risultati tra gli studi condotti da diversi ricercatori. I dati ottenuti in questo modo possono essere utilizzati per prevedere che cosa succede sotto le precipitazioni naturali e comprendere meglio i processi e fattori che controllano le perdite per l&#39;ambiente da nonfonti npoint di contaminanti. Tali studi possono produrre dati preziosi per l&#39;uso in modelli di sviluppo per prevedere il destino e il trasporto di sedimenti e chimiche inquinanti in ballottaggio in condizioni di precipitazioni naturali.

Gli impatti ambientali dell&#39;agricoltura sono un problema globale e in rapida crescita, soprattutto alla luce delle incertezze del cambiamento globale. La pioggia è una forza trainante per il trasporto di contaminanti ambientali da suoli agricoli a corpi idrici superficiali attraverso deflusso superficiale. Un ampio corpo di ricerca è focalizzata su una migliore comprensione delle interazioni tra pioggia e le condizioni del suolo in quanto determinano le fonti puntuali di sedimenti, nutrienti, e le perdite di pesticidi provenienti da terreni agricoli. L&#39;obiettivo di questo studio è stato quello di caratterizzare gli effetti delle antecedente contenuto di umidità del suolo sul destino e il trasporto di superficie applicata urea commerciale, una forma comune di azoto (N) fertilizzante, a seguito di un evento di pioggia che si verifica entro 24 ore dopo l&#39;applicazione di fertilizzanti. Ci sono pochi studi del destino e trasporto di urea nei terreni, in quanto l&#39;urea viene rapidamente idrolizzato di ammonio a seguito dell&#39;applicazione di fertilizzanti e THerefore spesso non disponibili per il trasporto. Tuttavia, recenti studi spartiacque suggeriscono che l&#39;urea può essere trasportato da suoli agricoli alle acque costiere e causare spostamenti verso le popolazioni di organismi che producono tossine nocive 1,2. Sia laboratorio e di campo esperimenti hanno dimostrato che quando le diatomee australis Pseudo-Nitzschia domoico produttori di acido (P. Australi) è stato coltivato in urea arricchito acqua di mare, la quantità di acido domoico prodotto era maggiore rispetto a quando coltivate su nitrato o ammonio arricchito acqua di mare 3. Questo studio ha utilizzato pioggia simulata per studiare i processi che controllano il potenziale di perdite di urea-N a deflusso seguenti imprese applicazione dei fertilizzanti. A causa della variabilità delle precipitazioni naturali, simulatori di pioggia sono stati utilizzati per applicare tassi di pioggia uniformi sulle superfici terrestri o scatole terra battuta per valutare il deflusso in condizioni controllate. Simulatori di pioggia sono stati inizialmente utilizzati per lo studio del suoloerosione 4. Tuttavia, nel corso degli anni sono stati utilizzati per misurare altri costituenti in deflusso superficiale e percolato da terreni 5-7. Sono stati inoltre condotti studi sul campo utilizzando precipitazioni naturali di valutare le perdite di costituenti del suolo in deflusso. Tendenze tra i dati delle precipitazioni e simulazione precipitazioni naturali seguono uno schema simile, che punta a una consistenza nei processi. Pertanto simulazione piovosità può essere utilizzato in studi per prevedere le probabilità di occorrenza di ciò che accade sotto precipitazioni naturali 8. Una varietà di simulatori di pioggia sono stati sviluppati, e in genere usano spruzzatori ugelli per applicare acqua a tassi e durate desiderati. In termini di dimensioni, simulatori di precipitazioni vanno da un semplice piccolo, infiltrometro portatile, con un 6 di diametro zona precipitazioni 9 al simulatore complesso precipitazioni Kentucky, che si estende su un terreno 14,75 ft x 72 ft (4,5 mx 22 m) 10. Un difetto nel corpo di ricerca che empsimulazione precipitazioni non legato è che non c&#39;è nessun disegno standardizzato singolo o un protocollo per lo svolgimento di simulazioni di pioggia 11. In realtà, al 2011 &quot;Internazionale Pioggia Simulator Workshop&quot; presso l&#39;Università di Trier, in Germania, una comunità collaborativa di scienziati provenienti da 11 paesi partecipanti ha concluso che una standardizzazione della simulazione precipitazioni e simulatori è necessaria al fine di garantire la comparabilità dei risultati e per promuovere ulteriormente sviluppi tecnici per superare limiti fisici e vincoli 12. Questo studio cerca di affrontare parzialmente tale esigenza presentando una descrizione dettagliata di un protocollo standardizzato per condurre simulazioni pioggia utilizzando un simulatore che è già ampiamente adottata per l&#39;utilizzo in Nord America. Questo esperimento è parte di un più ampio studio volto a valutare la fonte di urea nelle acque degli estuari della Baia di Chesapeake, dove sono noti fioriture algali tossiche a verificarsi ogni anno. L&#39;oggettivita specifico<html> e di questo esperimento è stato quello di determinare l&#39;effetto del contenuto di umidità del suolo antecedente sulle perdite di urea nel deflusso. Scatole suolo duplicare uniformemente sacco era prewetted ad uno dei sei diversi contenuti di umidità rappresentano 50, 60, 70, 80, 90 e 100% della capacità di campo. Urea era superficie applicata in forma prill ad una velocità di 150 kg N / ha. Entro 24 ore le scatole sono stati sottoposti ad una pioggia uniforme della durata di 40 minuti ad una velocità di 3,17 centimetri / h, equivalenti a un evento di precipitazione naturale che si verifica comunemente su base annua sulla costa orientale della Baia di Chesapeake in Maryland. Deflusso campioni sono stati raccolti a 2 minuti di intervallo, immediatamente filtrati utilizzando un filtro di vetro (0,45 micron), e conservati a 4 ° C fino a quando furono analizzati entro 24 ore dal prelievo. Concentrazioni di urea-N sono stati determinati mediante analisi flow injection colorimetria 13. I dati sono stati analizzati utilizzando SAS v.9.1 14, ed i risultati statistici sono stati considerati significativi per P ≤ 0,05. e_content &quot;&gt; Il simulatore precipitazioni portatile che è stato utilizzato in questo studio è conforme alle specifiche di progetto 15 e il protocollo che è stato sviluppato dalla National Fosforo Progetto 16. Negli Stati Uniti e in Canada, questo simulatore di design e il protocollo è stato ampiamente adottato come metodo standard per utilizzare nella determinazione sia disciolto e particolato associazione perdita fosforo nel deflusso. Sebbene deflusso campioni sono stati analizzati per l&#39;urea anziché fosforo, il metodo per l&#39;applicazione uniforme e piovosità coerente confezionato scatole suolo è la stessa di quella che viene brevemente descritto in Fosforo Nazionale Protocollo di simulazione precipitazioni progetto.

<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

La pioggia è una forza trainante per il trasporto di contaminanti ambientali da suoli agricoli a corpi idrici superficiali attraverso deflusso superficiale. L&#39;obiettivo di questo studio è stato quello di caratterizzare gli effetti delle antecedente contenuto di umidità del suolo sul destino e il trasporto di superficie applicata urea commerciale, una forma comune di azoto (N) fertilizzante, a seguito di un evento di pioggia che si verifica entro 24 ore dopo l&#39;applicazione di fertilizzanti. Anche se l&#39;urea si presume essere facilmente idrolizzato di ammonio e quindi spesso non disponibili per il trasporto, studi recenti suggeriscono che l&#39;urea può essere trasportato da suoli agricoli alle acque costiere in cui è implicato in fioriture algali nocive. Un simulatore di pioggia è stato utilizzato per applicare un&#39;aliquota consistente di pioggia uniforme in scatole terra battuta che era stato prewetted a diversi contenuti di umidità del suolo. Controllando precipitazioni e le caratteristiche fisiche del suolo, gli effetti di umidità del suolo antecedente sulla perdita di urea erano isolated. Terreni Wetter esposte tempo più breve da inizio precipitazioni per il deflusso iniziazione, maggiore volume totale di deflusso, le concentrazioni di urea superiore in ballottaggio, e maggiori carichi di massa di urea in deflusso. Questi risultati dimostrano anche l&#39;importanza di controllare per antecedente umidità del suolo in studi volti a isolare le altre variabili, come la fisica del suolo o le caratteristiche chimiche, pendenza, copertura del suolo, la gestione, o le caratteristiche pioggia. Poiché simulatori pioggia sono progettate per fornire gocce di dimensioni simili e velocità come precipitazioni naturali, studi condotti sotto un protocollo standardizzato possono produrre dati importanti che, a sua volta, può essere usato per sviluppare modelli per prevedere il destino e trasporto degli inquinanti in deflusso.

Uno dei motivi per condurre l&#39;esperimento in corso era quello di esplorare i fattori che possono aver contribuito a scarsi risultati di un precedente esperimento in cui la perdita di urea nel ballottaggio è stato messo a confronto tra diverse forme di fertilizzanti e concimi contenenti urea. Tutti i trattamenti sono stati applicati ai terreni che erano stati saturi e scaricato in capacità di campo. Risultati per cinque repliche del trattamento urea prill variava da concentrazioni di 1-12 mg / L di urea-N di deflusso. Questo ordine di grandezza variazione tra le repliche era inaccettabile in condizioni controllate confondeva i risultati dell&#39;esperimento. Una forte relazione positiva tra il volume totale di deflusso e di concentrazione di urea-N in ballottaggio suggerito che condizioni fisiche, quali l&#39;imballaggio o antecedenti condizioni di umidità variabili dovute alle diverse condizioni di drenaggio e di essiccazione, sono stati i fattori causali. Al fine di indagare la causa di tali variazioni estreme urLe concentrazioni bis in ballottaggio, tutte le caselle del esperimento in corso sono stati accuratamente confezionati con pesi uguali di terreno argilloso limo uniformemente misto come raffigurato nelle figure 1 e 2, per ridurre al minimo la variazione in condizioni fisiche. Per raggiungere 50, 60, 70, 80, 90 e 100% della capacità di campo approssimata come determinato bagnando, poi stufa una piccola quantità di terreno setacciato, il peso di acqua necessaria per bagnare il terreno corrispondente moistures suolo antecedenti di 14 , 17, 19, 22, 25, e 27% è stata calcolata, aggiunti ai box, e lasciato equilibrare O / N. La simulazione precipitazioni ha seguito il protocollo preciso sopra descritto e raffigurato nelle figure 3-5. Il 17 WSQ Jet completa 3/8 HH ugello (Tabella 1) è stato utilizzato per fornire una intensità di pioggia di 3,2 cm / h per un periodo minimo di 40 che equivale ad un evento di precipitazione naturale che si verifica comunemente su base annua, sulla sponda orientale della Chesapeake Bay in Maryland. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; I conseguenti totali volumi di deflusso, carichi, e il flusso delle concentrazioni ponderati sono riassunti nella Tabella 2. C&#39;è stata una significativa correlazione positiva tra volume deflusso totale e stato di umidità antecedente (Figura 6). Terreni Wetter avevano meno capacità di immagazzinare acqua e tassi di infiltrazione minori risultanti in maggiori volumi di deflusso. C&#39;era una significativa relazione negativa tra il tempo di deflusso e la condizione di umidità antecedente (Figura 7). L&#39;acqua infiltrata nel suolo asciutti per un periodo di tempo più lungo prima di diventare bagnato vicino alla superficie, causando il deflusso a verificarsi. Non sorprende, c&#39;è stata una relazione positiva tra carico totale urea-N in deflusso e volume totale deflusso (Figura 8). E &#39;noto che in studi idrologici portata volumetrica è di solito un forte predittore di carico totale. Come concentrazione si comporterà in risposta a un evento deflusso è meno prevedibile. Flusso concentratio ponderatan è stato calcolato sommando i carichi per ogni raccolta deflusso 2 min e dividendo per il volume totale di deflusso. È equivalente alla concentrazione in un unico insieme di deflusso al termine del periodo di precipitazioni 40 min. In questo studio, c&#39;è stata una significativa relazione positiva tra la concentrazione ponderata portata in deflusso e la condizione di umidità antecedente (Figura 9). Date le relazioni lineari positive tra volume di deflusso e l&#39;umidità del suolo antecedente e il flusso di concentrazione ponderata e condizioni di umidità antecedente, una significativa relazione positiva tra carico totale urea-N e condizioni di umidità antecedente era previsto. Tuttavia, questo rapporto significativo è stato meglio descritta da un&#39;equazione esponenziale (Figura 10). Per visualizzare la perdita di urea-N in ballottaggio nel corso del tempo, una concentrazione singola 2 min e carichi cumulativi in ​​una replica di una casella di terreno che rappresenta ogni condiz umidità antecedenteione è stata tracciata sul 40 min intervallo di tempo piovosità (Figura 11). Sebbene le concentrazioni di deflusso possono variare leggermente irregolare nel tempo (ad esempio nel caso della umidità 90%), concentrazioni generalmente iniziano elevata e diminuire nel tempo. Carichi cumulativi nel tempo sono funzioni molto più liscia, e si illustrano le relazioni significative precedentemente discussi. Tempo di deflusso è più lungo, le concentrazioni di urea-N di deflusso sono più bassi e carichi cumulativi sono meno per i terreni asciutti. Anche se l&#39;urea idrolizza rapidamente in terreni, in caso di precipitazioni entro ore di applicazione superficie, gran parte della N è ancora presente in forma di urea ed è soggetta a perdita di deflusso. L&#39;urea è una molecola neutra e non è fortemente sorbita alle superfici delle particelle di terreno. Come l&#39;acqua si infiltra suoli asciutti durante la prima parte di un evento di pioggia porta urea disciolta giù nel terreno e lontano dalla zona di deflusso superficiale. Quando il deflusso non cominciare, c&#39;è meno urea prESE e le concentrazioni di deflusso sono più bassi. Da un senso pratico, urea sarebbe quasi sempre applicata in condizioni asciutte come attrezzature agricole non poteva attraversare terreni che sono alla capacità di campo. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig1.jpg" /> Figura 1. Schema di imballato box deflusso del suolo. Una scatola di metallo (100 centimetri x 20 centimetri x 7,5 cm) con un 5 centimetri labbro sull&#39;estremità anteriore è dotato di terreno ad una profondità di 5 cm. Il deflusso che si rovescia sopra il 5 centimetri labbro viene raccolto in una grondaia allegato che è schermato contro la pioggia che cade direttamente nella grondaia. Nove fori di 5 millimetri di diametro consentono acqua che si infiltra nel terreno per drenare dalle scatole ed evitare ristagni. Un capezzolo attaccato vicino al bordo anteriore del fondo della grondaia permette il deflusso delle acque di scarico in imbuti e bottiglie di raccolta positioned sotto il capezzolo. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig2.jpg" /> Figura 2. Materiali di imballaggio della scatola. Circa 4 strati di garza nel fondo della scatola impediscono la perdita di suolo, ma permettono lo scolo delle acque. Un indicatore livellamento costituito di vetro acrilico sandwich tra due assi di legno è largo quanto la scatola (20 cm) e profonda (2,5 cm) come differenza tra i lati della scatola (7,5 cm) e la parte superiore della grondaia (5 cm). Appoggiando il bordo sul bordo della scatola del vetro acrilico è usato per terreno grado alla profondità della grondaia. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig3.jpg" /> Figura 3. Posizionamento piattaforma. Posizionare la piattaforma in modo che quando le scatole terra battuta sono in posizione, tutti hanno la stessa pendenza. Per questo studio, la pendenza desiderata è stata del 3%. Mentre si tiene un livello di scheda, posizionare la piattaforma in modo che la discesa, fine grondaia della scatola è di 3 cm sotto l&#39;estremità curva ascendente. La piattaforma dovrebbe essere a livello in direzione della pendenza trasversale. <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig4.jpg" /> Figura 4. Pioggia controlli simulatore a partire dalla fonte di acqua e progredendo attraverso il sistema idraulico per l&#39;ugello (1) valvola a sfera monocomando:. Questa è una valvola di intercettazione rapida. Leva in linea con il tubo è acceso; leva di 90 gradi in tutta pipa è spenta. Utilizzare questa valvola per attivare il flusso e scendere senza disturbare le valvole che controllano la pressione e portata. Aprire completamente e chiudere completamente. Do non provare a utilizzare questa valvola per controllare la portata. (2) Filtro Sedimenti: Controllare il filtro periodicamente e sostituirlo come elemento necessario per evitare l&#39;intasamento con sedimenti. (3) regolatore di pressione: Questa valvola controlla la pressione nella linea da questo punto in avanti. Troppa pressione potrebbe rompersi tubi, tubi o collegamenti. (4) valvola di controllo di flusso in linea (saracinesca): Valvola utilizzata per ottimizzare il flusso dell&#39;ugello per ottenere la portata desiderata e la pressione dell&#39;ugello. (5) Misuratore di portata: Misure di portata approssimativa. (6) Manometro: misura la pressione approssimativa all&#39;ugello. <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig5.jpg" /> Figura 5. Scatole posizionati sulla piattaforma per la simulazione della piovosità. Inserire 5 o 6 caselle in posizioni contrassegnate per ogni evento simulazione pioggia. Evitare di posizionare una scatoladirettamente sotto l&#39;ugello per evitare gocciolare direttamente su una superficie box. <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig6.jpg" /> Figura 6. Volume deflusso totale è positivamente correlata con antecedente contenuto di umidità del suolo (R 2 = 0.64). <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig7.jpg" /> Figura 7. Tempo di deflusso è correlato negativamente con antecedente contenuto di umidità del suolo (R 2 = 0.48). La superficie di un terreno bagnato satura rapidamente. Le piogge che supera la conducibilità idraulica del suolo saturo genera il deflusso. <img alt="Figura 8"<html> fo: content-width = &quot;5in&quot; fo: src = &quot;/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg&quot; /&gt; Figura 8. Carico totale urea-N è positivamente correlata con il volume di deflusso (R 2 = 0,81). Differenze di volume deflusso travolgere differenze nella concentrazione di urea-N in deflusso. <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig9.jpg" /> Figura 9. Concentrazione di flusso ponderata di urea-N è positivamente correlata con antecedente umidità del suolo (R 2 = 0,66). Terreni asciutti permettono infiltrazioni che percola urea-N nel suolo e lontano dalla superficie del suolo. Quando deflusso accade, meno urea-N è disponibile in superficie per il movimento in deflusso. 5in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg &quot;/&gt; Figura 10. Carico totale urea-N è positivamente correlata con antecedente umidità del suolo (R 2 = 0.74). Le relazioni positive tra il volume deflusso totale e antecedente contenuto di umidità del suolo e tra la concentrazione flusso ponderata di urea-N e contenuto di umidità antecedente combinano per provocare una relazione esponenziale (y = 0,2043 e 0.0405x). <img alt="Figura 11" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51664/51664fig11highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51664/51664fig11.jpg" /> Figura 11. Concentrazione di urea-N ed i rapporti di carico cumulativi nel tempo per una copia di ogni antecedente suolo umidità conten t. Anche se la concentrazione di urea-N non è sempre una funzione regolare nel tempo, le relazioni significative precedente<html> ly discusso può essere visualizzato. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="613"><colgroup><col /><col /><col /><col /><col /></colgroup><tbody><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> Nozzle Size </td><td style="width:96px;"> Intensità </td><td style="width:145px;"> Pressione ottimale </td><td style="width:83px;"> Flusso </td><td style="width:117px;"> 10 sec Flusso </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"></td><td style="width:96px;"> cm / h </td><td style="width:145px;"> psi </td><td style="width:83px;"> gpm </td><td style="width:117px;"> ml </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> 17 WSQ Jet completa 3/8 HH </td><td style="width:96px;"> 3.2 </td><td style="width:145px;"> 6.0 </td><td style="width:83px;"> 1.5 </td><td style="width:117px;"> 940 </td></tr><tr height="29">: 173px; &quot;&gt; 24 WSQ Jet Figura 3/8 HH </td><td style="width:96px;"> 3.3 </td><td style="width:145px;"> 6.0 </td><td style="width:83px;"> 1.8 </td><td style="width:117px;"> 1.140 </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> 30 w Jet pieno mezzo HH </td><td style="width:96px;"> 6.0 </td><td style="width:145px;"> 5.0 </td><td style="width:83px;"> 2.2 </td><td style="width:117px;"> 1.250 </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> 50 w Jet pieno mezzo HH </td><td style="width:96px;"> 7.0 </td><td style="width:145px;"> 4.1 </td><td style="width:83px;"> 3.7 </td><td style="width:117px;"> 2.300 </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Dimensioni ugello grafico. Ugelli che sono stati identificati per l&#39;uso con questo simulatore di precipitazioni e la loro intensità di pioggia associata, la pressione e parametri di flusso sono presentati. Scelta delle dimensioni dell&#39;ugello dipende dalla desiderataprecipitazioni di intensità. Intensità di pioggia e durata corrispondono ad un evento di precipitazione di un certo periodo di ritorno per una posizione specificata studio. Ugello 17 WSQ è stato utilizzato per questo studio. Le piogge di durata di 40 minuti ad una intensità di 3,2 cm / h è equivalente ad un evento di precipitazione naturale che si verifica comunemente su base annua sulla costa orientale della Baia di Chesapeake in Maryland. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="513"><colgroup><col /><col span="2" /><col /></colgroup><tbody><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> L&#39;umidità del terreno </td><td style="width:129px;"> Deflusso totale </td><td style="width:129px;"> Flusso ponderate </td><td style="width:127px;"> Carico totale </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> % </td><td style="width:129px;"> Volume (L) </td><td style="width:129px;"> concentrazione </td><td style="width:127px;"> (Urea mg<html> -N) </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"></td><td style="width:129px;"></td><td style="width:129px;"> (Mg L -1 urea-N) </td><td style="width:127px;"></td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 27 † </td><td style="width:129px;"> 2.96 </td><td style="width:129px;"> 4.99 </td><td style="width:127px;"> 13.66 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 27 </td><td style="width:129px;"> 2.87 </td><td style="width:129px;"> 4.37 </td><td style="width:127px;"> 12.55 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 25 </td><td style="width:129px;"> 2.52 </td><td style="width:129px;"> 3.57 </td><td style="width:127px;"> 8.62 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 25 </td><td style="width:129px;"> 1.81 </td><html> px; &quot;&gt; 2.33 </td><td style="width:127px;"> 4.21 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 22 </td><td style="width:129px;"> 2.52 </td><td style="width:129px;"> 2.18 </td><td style="width:127px;"> 5.50 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 22 </td><td style="width:129px;"> 2.47 </td><td style="width:129px;"> 1.54 </td><td style="width:127px;"> 3.81 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 19 </td><td style="width:129px;"> 1.99 </td><td style="width:129px;"> 1.72 </td><td style="width:127px;"> 3.41 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 19 </td><td style="width:129px;"> 2.35 </td><td style="width:129px;"> 3.70 </td><td style="width:127px;"> 8.68 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 17 </td><td style="width:129px;"> 1.91 </td>h: 129px; &quot;&gt; 1.69 </td><td style="width:127px;"> 3.22 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 17 </td><td style="width:129px;"> 1.66 </td><td style="width:129px;"> 0.90 </td><td style="width:127px;"> 1.50 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> 14 </td><td style="width:129px;"> 1.51 </td><td style="width:129px;"> 0,78 </td><td style="width:127px;"> 1.18 </td></tr><tr height="26"><td></td><td></td><td></td><td height="26" style="height:27px;"> † numeri duplicati rappresentano due repliche per ogni livello di umidità </td></tr></tbody></table> Numeri Tabella 2. Antecedent umidità del suolo, il volume totale di deflusso, il flusso weighted concentrazione di urea-N e totale carico urea-N dopo la simulazione pioggia. Duplicare rappresentano due repliche per ogni livello di umidità

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A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Un simulatore di pioggia è stato utilizzato per applicare un&#39;aliquota consistente di pioggia uniforme caselle suolo imballate in uno studio del destino e trasporto di urea, una fonte nonpoint contaminante ambientale. In condizioni di suolo e precipitazioni uniformi, antecedente contenuto di umidità del suolo esercitato un forte controllo sulla perdita di urea nel deflusso superficiale.

Un protocollo per Condurre Pioggia di simulazione per studiare deflusso del suolo

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 Views.  University of Maryland Eastern Shore.  Un simulatore di pioggia è stato utilizzato per applicare un'aliquota consistente di pioggia uniforme caselle suolo imballate in uno studio del destino e trasporto di urea, una fonte nonpoint contaminante ambientale. In condizioni di suolo e precipitazioni uniformi, antecedente contenuto di umidità del suolo esercitato un forte controllo sulla perdita di urea nel deflusso superficiale. 

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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.

Progettazione e funzionamento di un continuo<sup&gt; 13</sup&gt; C e<sup&gt; 15</sup&gt; N Etichettatura Camera di Uniform o differenziale, metaboliche e strutturali, Flora Isotope Labeling

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

Ricerca

Ambiente

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.

Progettazione e Costruzione di un Research Facility deflusso urbano

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.

Protocollo sperimentale per eterogeneità del terreno manipolazione Plant-indotta

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.

Campionamento e Isolamento di Nematodi entomopatogeni Suolo (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 protocollo per la raccolta e la costruzione del suolo lisimetri 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.

Terreno lisimetro scavo per accoppiate idrologici, geochimiche e microbiologiche Investigations

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.

Una tabella soffietto Thermogradient di controllo della temperatura del suolo per la valutazione di crescita delle piante e monitoraggio processi del suolo

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.

Misura e mappatura modelli di erosione e deposizione relazionati al suolo carbonato concentrazioni sotto gestione agricola

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.

Utilizzo di componenti Principal per Scaling Up modelli topografici per mappare la ridistribuzione del suolo e del suolo di carbonio organico

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.

Progettazione di microplot e preparazione di campioni di piante e suolo per 15Analisi dell'azoto

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. ...