The authors are grateful to the staff of USDA-ARS Pasture Systems and Watershed Management Unit. David Otto was important to both the design and construction of the custom made drop hammer (aka 'The Intimidator'). Michael Reiner and Terry Troutman assisted in the collection and construction of the lysimeters reported in this study. Sarah Fishel, Charles Montgomery and Paul Spock performed all of the nutrient analyses reported in this manuscript.

1.材料の準備<ol><li>スケジュール80 PVC;直径30.5cm（12インチ）（公称ID）からライシメータの本体をカット。この1.9 cmの（0.75インチ）（ 図1a）の壁の厚さを有しています。検討されるべき土壌層の厚さに応じてライシメータ体の長さを切断し、ここでは、53センチメートル（21インチ）ロングボディを使用。土壌を切断するのを助けるためにライシメータ本体の内壁に鋭い先端を形成するためにライシメータの下端の周りに45°ベベルにより深い0.63センチメートルを敗走。 </li><li>水の自由な排水を可能にし、回収前（ 図1b）に浸出水用のストレージ容量を提供するために、キャップ内にスケジュール80 PVC 15.3センチ30.5センチメートルのIDリングを接着することにより34.5センチメートルのID、平底PVCキャップを変更します。本体にキャップを結合するカップリングとして機能する本体と同じ素材からリングをカット。キャップは、（フレキシブルカップリングとホースクランプで体に結合されます図1Cおよび1D）。 1.27センチメートル穴を掘削し、1.27センチメートル14 NPTパイプタップでそれをタップすることで、試料収集用のポートをインストールし、側壁と底出会うキャップの外縁に1.27センチメートルナイロン有刺オスアダプタ（ 図1eのを ）回します。 </li><li> lysimeters（ 図1グラム ）の底部をカバーするために使用される1.27センチメートル厚いフラット株式PVC 34センチ径のディスクをカット。ドリル180は、均等に0.32センチメートル離間します。ディスクへの直径の穴は、キャップを入力する土壌を充填したライシメータの底から排水を可能にします。接着剤グラウンド布又はディスクの一方の側に他の濾布は、浸出液の排水中に底部ディスクを通過する汚れを防止します。 </li><li> 2.5センチメートルフラット鉄および2.5センチ水パイプ（ 図2）から持ち上げるはさみを構築します。 50.0センチメートルの長さに平らな鉄2.5cmのバンドの2をカットし、ガイドとしてライシメータ本体の外側を使って半円形に曲げます。溶接5cmのBそれぞれの半円形バンドの両端に。ヒンジピンとバンドのそれぞれに参加。お互いの反対のバンドの外側のリング上の水パイプを溶接。 </li></ol>ドロップハンマーと土壌へ2.運転ライシメータケーシング<ol><li>収集領域から表面植生、岩や他の破片を取り除きます。 lysimetersが撮影した（ 図3a）されるレベルの地面に体ライシメータの2位。カラム内の土壌が均一な深さであるようにlysimetersが水平になっていることを確認してください。 </li><li>ライシメータ本体の上に所定の位置に特別に設計された、トレーラーに取り付けられた、ドロップハンマーを駆動します。ドロップハンマーが所定の位置にあるとき、ライシメータ体のグラウンドとトップで鋼板を水平に油圧式に電力を供給アウトリガーを展開します。アウトリガーはまた、ドロップハンマー（ 図3b）のための安定性を提供します。 </li><li>部分的に1.52メートルの助けを借りてまで1180キロ3メートルの塔を計量1.52メートルの正方形の鋼板により、10.2センチメートル厚いホイスト機械式ウインチ（ 図3b）。土壌に列をハンマーする鋼板をリリース。 </li><li> 2.3数回コラムリムまで繰り返しステップは、土壌表面（ 図3c）より2 cmです。 </li><li>列の内外の土壌の深さを測定することにより、ライシメータ内部の土壌圧縮のために確認してください。カラム内部の土壌が列外の土壌よりも1cm以上低い場合、土壌​​は圧縮され、研究には適していません。 </li></ol> 3.土壌コアを削除します<ol><li>掘削工程中に、土壌や他の破片による汚染を防止するために、カラムにあきPVCディスク（ 図1c）とフレキシブル管継手（ 図1D）を配置します。 </li><li>土壌コアの横に溝を掘ると、バックホー（ 図4a）と塔底よりやや深いです。 </li><li>シャベルで穴を広げたり（ 図4b）を選び、mと公開できるだけシリンダーの外側のUCH。 </li><li>それは土壌と外部カラム壁（ 図4c）との間にあるように、列の辺の全長に沿ってバーを掘り下げ重金属を押してください。 </li><li>塔の底部の土壌インターフェースが破壊されるまで、前後に掘削バーを取り外します。 </li><li>土壌コア除去の準備のために（ 図2参照）ライシメータの上部の周りに持ち上げはさみフレーム。はさみは、列の周りにしっかりと閉じて、穴からライシメータを持ち上げるまで、各バーを持っている人では、プルアップ。このような合板の片として平らな作業面上のライシメータを置きます。 </li></ol> 4.ライシメーター組立のための土壌コアを準備<ol><li>ボトム側が上になるようにオーバー土壌コアを反転します。ステップ3.1にインストール木製合板ディスクが所定の位置に土を開催します。 </li><li>静かに、でも、PVC（ 図5a）のリムワットで土を平らストレートエッジi番目。ペンナイフやドライバーとのリムの平面の上方に突出した石を取り外します。 </li><li>化学的に不活性なプレイ砂で任意の空隙を充填し、静かに（ 図5b）、それを詰めます。 </li><li>グレードもストレートエッジと塔底で砂とは、余分な砂（ 図5cおよびd）を削除します。 </li><li>リムから任意の土壌やブラシでlysimetersの外側壁を清掃したり軽くエッジを、それを吹き飛ばす、接着剤が付着し、キャップのぴったりフィッティングにするために、リムが汚れていないことを確認してください。 </li></ol> 5.ライシメーターの組み立て<ol><li>ライシメータ（ 図6a）のリムの周りに明確なシリコンコーキング材の連続的なラウンドビーズを押し出します。コー​​キングはlysimetersにあきディスク底部を密閉し、漏出を防ぐのに十分な厚さでなければなりません。 </li><li>濾布が砂に直面してリムにあきディスク（ 図1c）を置き、プレートとライシメータの良好な接触を可能にするために、しっかりと下に押します。 </li><li>プレートのエッジの周りに8等間隔のパイロット穴をドリルとドリルドライバーと1.0インチのステンレススチール製のネジで穴あきディスクを固定（ 図6B）。 </li><li>カップリングの約2cmのライシメータリム（ 図5c）上に投影しているように、ライシメータベースへの柔軟な管継手をスリップ。 </li><li>フレキシブル管継手（ 図6c）に変更されたPVCキャップを取り付け、そしてそれはライシメータ本体に接触するまでダウンキャップを押してください。キャップの上に木のブロックで穏やかな場所でキャップをタップする槌を使用しています。 </li><li>カップリングの溝に締め付けバンドを置き、カップリングを収縮せずに軽く固定します。手でカップリングの周りに金属を締めライシメータキャップをしっかりと所定の位置に保持されるまでの1/4インチ六角ドライバーを開催しました。ライシメータは、気候続きを裏返して搬送される準備ができています圧延設備。 </li></ol> 6.水分センサーの取り付け<ol><li>スクライブ5〜25センチの深さでのライシメータの壁に長さ5cm、水平線。ライシメータのリムに土壌表面から測定していません。 </li><li>マークされたラインの各端部にライシメータの壁を通って直径1.0cmの穴をドリル。 </li><li>離れて回転切削工具で開けた穴の間にプラスチックの残りの3センチメートルをカットします。 </li><li>水分センサ（ 例えば 、十角形）の筐体に対応するために、土壌中に5センチメートルことにより、厚さ1センチメートルに長いスリットを鑿。 </li><li>センサー突起が​​しっかり土に埋もれているだけワイヤがライシメータから突き出ていることまで掃除スロットに穴に湿度センサーを押してください。 </li><li>ブラシや布でスロットの壁からきれいな土壌。 </li><li>漏れる水を防止するために、スロットにシリコーンコーキングの厚いビードを適用します。コー​​キング剤が乾燥した後、アンにシリコンの第2サイクルを適用センサーの周囲の穴にすべてのギャップがシールされていることを確認してください。 </li></ol>浸出水コレクション7.準備Lysimeters <ol><li>ライシメータの内壁ダウン優先フローのリスクを軽減するためにコーキングと土壌とライシメータ壁の間の隙間をシールします。 <ol><li>ピアースは、標準のコーキングガンに透明なシリコーンコーキングのチューブをロードします。 </li><li>充填する土壌とライシメータ本体の内側面に空洞間のコーキングチューブの先端を置きます。約2cmの土壌下のコーキングガンの先端を押してください。それは空隙を充填し、土壌表面上に漂わせるまで、チューブの外にコーキングを絞ります。 </li></ol></li><li>ベンチまたは平らな面の上にlysimetersを設定し、いくつかのlysimetersの重量と4.0 Lジャグ（ 図7）への水の自由な排水を可能にするのに十分に高いを処理するのに十分頑丈。 </li><li>コアlysimetersが小さい（14 cm）の精神レベルですべての方向に平準化される土壌を確認してください。必要なナンプラーであれば土の表面が完全に平らにされるまでのceシムが下にlysimeters。 </li><li>ねじ付きナイロンチューブ用継手（NPT中0.5）の周りにテフロンテープをラップし、キャップ内にフィッティングを時計回りに回します。スレッドのどれもが見えなくなるまで調整可能なレンチでフィッティングを締めます。 </li><li>フィッティングナイロンのとげの端部に0.5インチのホースを押して、コレクションの水差しの口の中に約4.0センチメートルを通過するようにホースを切りました。 </li><li>ライシメータの下にコンテナを設定し、収集ジャグ内部ホースを配置します。 </li></ol> 8. Lysimetersを灌漑し、浸出水の収集<ol><li>チーズ布や土壌の凝集物および表面残基を保護し、維持するために他の透過性、化学的に不活性なファブリックで土壌表面を覆います。 </li><li>メスシリンダー中に脱イオン水1450ミリリットルを測定し、シャワーヘッドを備えたことができます散水にそれを注ぎます。ゆっくりと均等にdistuしない速度で、生地の上に水を振りかけます土壌表面をRB。 </li><li>キャップと収集容器に土壌カラムを通して浸出液を浸透させるために水のための時間を待ちます。 </li><li>全ての水を回収容器へのライシメータのリザーバキャップから排出されるまで、出口孔に向かってでライシメータヒント。 </li><li>規模で収集浸出水の質量を測定し、（水の1.0グラムを1.0ミリリットルと同等であると仮定）mlにグラムで質量を変換します。 350ミリリットル滅菌プラスチックサンプル瓶に浸出水のサンプルを注ぎます。直ちにフローインジェクション分析31を介して測色を用いた硝酸分析の準備のために0.45μmの濾紙を備えた吸引漏斗で50mlをフィルタ。 </li><li>ストア濾過し、冷蔵庫、分析まで4°Cでのサンプルのフィルタリングされていない部分。 </li></ol>

<ol><li>Patterson, P. H., Lorenz, E. S., Weaver, W. D. Jr., Schwart, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Litter+production+and+nutrients+from+commercial+broiler+chickens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Applied+Poultry+Res%22%5BJournal%5D)">Litter production and nutrients from commercial broiler chickens.</a> J. Applied Poultry Res. 7 (3), 247-252 (1998).</li>
<li>Cullum, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macropore+flow+estimations+under+no-till+and+till+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Catena%22%5BJournal%5D)">Macropore flow estimations under no-till and till systems.</a> Catena. 78, 87-91 (2009).</li>
<li>Kladivko, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrate+leaching+to+subsurface+drains+as+affected+by+drain+spacing+and+changes+in+crop+production+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Nitrate leaching to subsurface drains as affected by drain spacing and changes in crop production systems.</a> J. Environ. Qual. 33, 1803-1813 (2004).</li>
<li>Fact sheet: Chesapeake Bay total maximum daily load (TMDL). , USEPA. Available from; http://www.epa.gov/reg3wapd/pdf/pdf_chesbay/BayTMDLFactSheet8_26_13.pdf (2010).</li>
<li>Persson, L., Bergstrom, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drilling+method+for+collection+of+undisturbed+soil+monoliths%29%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Drilling method for collection of undisturbed soil monoliths).</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 55 (1), 285-287 (1991).</li>
<li>Belford, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collection+and+evaluation+of+large+soil+monoliths+for+soil+and+crop+studies%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Collection and evaluation of large soil monoliths for soil and crop studies.</a> J. Soil Sci. 30 (2), 363-373 (1979).</li>
<li>Dell, C. J., Kleinman, P. J. A., Schmidt, J. P., Beegle, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+disturbance+manure+incorporation+effects+on+ammonia+and+nitrate+loss%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Low disturbance manure incorporation effects on ammonia and nitrate loss.</a> J. Environ. Qual. 41, 928-937 (2012).</li>
<li>Owens, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrate-nitrogen+concentrations+in+percolate+from+lysimeters+planted+to+a+legume-grass+mixture%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Nitrate-nitrogen concentrations in percolate from lysimeters planted to a legume-grass mixture.</a> J. Environ. Qual. 19, 131-135 (1990).</li>
<li>Zhu, Y., Fox, R. H., Toth, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leachate+collection+efficiency+of+zero-tension+pan+and+passive+capillary+fiberglass+wick+lysimeters%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Leachate collection efficiency of zero-tension pan and passive capillary fiberglass wick lysimeters.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. , (2002).</li>
<li>Jemison, J. M. Jr., Fox, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+zero-tension+pan+lysimeter+collection+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Estimation of zero-tension pan lysimeter collection efficiency.</a> Soil Sci. 154, 85-94 (1992).</li>
<li>Corwin, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+a+simple+lysimeter-design+modification+to+minimize+sidewall+flow%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Contaminant+Hydrology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of a simple lysimeter-design modification to minimize sidewall flow.</a> J. Contaminant Hydrology. 42 (1), 35-49 (2000).</li>
<li>Havis, R. N., Alberts, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nutrient+leaching+from+field+decomposed+corn+and+soybean+residue+under+simulated+rainfall%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Nutrient leaching from field decomposed corn and soybean residue under simulated rainfall.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 57, 211-218 (1993).</li>
<li>Bergstrom, L., Johanssson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leaching+of+nitrate+from+monolith+lysimeters+of+different+types+of+agricultural+soils%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Leaching of nitrate from monolith lysimeters of different types of agricultural soils.</a> J. Environ. Qual. 20, 801-807 (1991).</li>
<li>Lotter, D., Seidel, R., Liebhardt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+performance+of+organic+and+conventional+cropping+systems+in+an+extreme+climate+year%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Alternative+Agriculture%22%5BJournal%5D)">The performance of organic and conventional cropping systems in an extreme climate year.</a> Am. J. Alternative Agriculture. 18 (3), 146-154 (2003).</li>
<li>Moyer, J., Saporito, L., Janke, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+construction%2C+and+installation+of+an+intact+soil+core+lysimeter%5BTitle%5D)+AND+%22Agronomy+J%22%5BJournal%5D)">Design, construction, and installation of an intact soil core lysimeter.</a> Agronomy J. 88 (2), 253-256 (1996).</li>
<li>Stout, W. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrate+leaching+from+cattle+urine+and+feces+in+northeast+US%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci.+Soc.+Am.+J%22%5BJournal%5D)">Nitrate leaching from cattle urine and feces in northeast US.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 61, 1787-1794 (1997).</li>
<li>Stout, W. L., Gburek, W. J., Schnabel, R. R., Folmar, G. J., Weaver, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil-climate+effects+on+nitrate+leaching+from+cattle+excreta%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Soil-climate effects on nitrate leaching from cattle excreta.</a> J. Environ. Qual. 27, 992-998 (1998).</li>
<li>Kleinman, P. J. A., Srinivasan, M. S., Sharpley, A. N., Gburek, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+leaching+through+intact+soil+columns+before+and+after+poultry+manure+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Phosphorus leaching through intact soil columns before and after poultry manure applications.</a> Soil Sci. 170 (3), 153-166 (2005).</li>
<li>Kleinman, P. J. A., Sharpley, A. N., Saporito, L. S., Buda, A. R., Bryant, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+manure+to+no-till+soils%3A+Phosphorus+losses+by+subsurface+and+surface+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Nutr.+Cycling+Agroecosyst%22%5BJournal%5D)">Application of manure to no-till soils: Phosphorus losses by subsurface and surface pathways.</a> Nutr. Cycling Agroecosyst. 84, 215-227 (2009).</li>
<li>McDowell, R. W., Sharpley, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approximating+phosphorus+release+to+surface+runoff+and+subsurface+drainage%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Approximating phosphorus release to surface runoff and subsurface drainage.</a> J. Environ. Qual. 30, 508-520 (2001).</li>
<li>McDowell, R. W., Sharpley, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+losses+in+subsurface+flow+before+and+after+manure+application%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Phosphorus losses in subsurface flow before and after manure application.</a> Sci. Total Environ. 278, 113-125 (2001).</li>
<li>Brock, E. H., Ketterings, Q. M., Kleinman, P. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+leaching+through+intact+soil+cores+as+influenced+by+type+and+duration+of+manure+application%5BTitle%5D)+AND+%22Nutr.+Cycl.+Agroecosyst%22%5BJournal%5D)">Phosphorus leaching through intact soil cores as influenced by type and duration of manure application.</a> Nutr. Cycl. Agroecosyst. 77, 269-281 (2007).</li>
<li>Svanback, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+soil+phosphorus+and+manure+on+phosphorus+leaching+in+Swedish+topsoils%5BTitle%5D)+AND+%22Nutr.+Cycling+Agroecosyst%22%5BJournal%5D)">Influence of soil phosphorus and manure on phosphorus leaching in Swedish topsoils.</a> Nutr. Cycling Agroecosyst. 96, 133-147 (2013).</li>
<li>Feyereisen, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+direct+incorporation+of+poultry+litter+on+phosphorus+leaching+from+coastal+plain+soils%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Soil+Water+Cons%22%5BJournal%5D)">Effect of direct incorporation of poultry litter on phosphorus leaching from coastal plain soils.</a> J. Soil Water Cons. 65 (4), 243-251 (2010).</li>
<li>Williams, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manure+application+under+winter+conditions%3A+Nutrient+runoff+and+leachate+losses%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+ASABE%22%5BJournal%5D)">Manure application under winter conditions: Nutrient runoff and leachate losses.</a> Trans. ASABE. 54 (3), 891-899 (2011).</li>
<li>Liu, J., Aronsson, H., Ulén, B., Bergström, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+phosphorus+leaching+from+sandy+topsoils+with+different+fertilizer+histories+before+and+after+application+of+pig+slurry%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Use+Mgmt%22%5BJournal%5D)">Potential phosphorus leaching from sandy topsoils with different fertilizer histories before and after application of pig slurry.</a> Soil Use Mgmt. 28, 457-467 (2012).</li>
<li>Kibet, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+of+dissolved+trace+elements+in+surface+runoff+and+leachate+from+a+coastal+plain+soil+after+poultry+litter+application%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Soil+Water+Cons%22%5BJournal%5D)">Transport of dissolved trace elements in surface runoff and leachate from a coastal plain soil after poultry litter application.</a> J. Soil Water Cons. 68 (3), 212-220 (2013).</li>
<li>Han, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+and+nitrogen+leaching+before+and+after+tillage+and+urea+application%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Phosphorus and nitrogen leaching before and after tillage and urea application.</a> J. Environ. Qual. 44, 560-571 (2014).</li>
<li>Day, P. R. This chapter in Methods of Soil Analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Properties, Including Statistics of Measurement and Sampling. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDay%2C+PR+%22American+Society+of+Agronomy%2C+Soil+Science+Society+of+America%22">American Society of Agronomy, Soil Science Society of America</a>. Black, C. A. , (1965).</li>
<li>Kleinman, P. J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphorus+leaching+from+agricultural+soils+of+the+Delmarva+Peninsula%2C+USA%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Qual%22%5BJournal%5D)">Phosphorus leaching from agricultural soils of the Delmarva Peninsula, USA.</a> J. Environ. Qual. 44 (2), 524-534 (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lachat+Instruments.+Determination+of+nitrate%2Fnitrite+in+surface+and+wastewaters+by+flow+injection+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22QuickChem+Method%22%5BJournal%5D)">Lachat Instruments. Determination of nitrate/nitrite in surface and wastewaters by flow injection analysis.</a> QuickChem Method. , Lachat Instruments. Loveland, CO. 10-107-04-01-A (2003).</li>
</ol>

The authors declare no competing financial interests.

ライシメータコレクションの重要なステップ浸出の研究では、浅層地下水への窒素の損失上の土壌特性と肥料管理の影響を示しています。このような土壌のテクスチャ、凝集構造と嵩密度などの土壌の​​物理的性質は、水と溶質の浸透を媒介します。正確に浸出水の量と溶質の濃度を決定することは、これらの重要なステップに従うことによってライシメータ収集中に...

デルマーバ半島は、チェサピーク湾の東岸と国境を接し、そして米国で最大の家禽生産地域の一つに家です。大体6億鶏や肥料の推定75万トンは、毎年1これらの鳥の生産から生成されています。肥料のほとんどは、農業分野での肥料改正としてローカルで使用されています。そのため肥料のアプリケーションの歴史的に高い率で、例えば、窒素やリンなどの栄養素が土壌に蓄積され、現在地下浸出2を介して、オフサイトの損失の影響を受けやすいいます。地下水流動の多くは、最終的にはチェサピーク湾3に排水溝の広範なネットワークに向けられています。ベイに運ば栄養素が富栄養化4による湾の健康の低下にリンクされています。 栄養素のオフサイトの損失で栄養管理を接続すると、水文学を監視するための専用のツールが必要ですフローおよび関連する栄養素転送。 Lysimetersは土壌を通じて栄養素の動きを特徴付けるし、定量化するために使用される機器の主要なカテゴリを表します。 Lysimetersは、プロセスのより代表的なものであるゼロテンションlysimetersに、彼らはより良い推定工場利用できるように土壌のマトリックスポテンシャルに対抗するために調整することができるテンションlysimetersから、水5-7の浸透に栄養素の流れを監視するのに使用の長い歴史を持っている水無料の排水中に発生しました。すべてのアプローチが存在する固有のバイアスをlysimeteryします。例えば、いくつかのlysimetersは完全に自然の土壌で空間的に複雑なプロセスを表現するには小さすぎる、または異種の土壌8の良好な統計的な複製を提供するには大きすぎる、高価です。また、パンlysimetersは浸出液を収集するために飽和するためにそれらの上に土を必要とし、マトリックスの流れ9を測定する時のテンションlysimetersに比べて非効率的です。 クローズドライシメータシステム、このような（また、土壌モノリスlysimetersとして知られている）ゼロテンション土壌コアlysimetersとして、大幅に水の予算と関連する汚染物質の予算が（ 例えば 、栄養予算）が10を行っているとの自信を向上させます。彼らは土壌の無傷のコアが含まれている場合、これらのlysimetersは、最も代表的なものです。再梱包土壌で埋めlysimetersを問わず、溶質と粒子状化合物11,12の輸送に影響を与える元の構造、地平線とマクロポアの接続を維持していません。実験的な観点からは、乱されていない土壌条件の大きな複製を促進するアプローチは、土壌の物理的および化学的性質13に存在する固有の空間的変動性を考慮すると、有利で ​​す。 ドロップハンマーとカッティングヘッド：2つの好ましい方法は、無傷の土壌コアlysimetersを収集するために使用されてきました。それは、スレッジのハムのような単純なデバイスを用いて達成することができるように、前者は、より一般的に行われていますマー（小さいlysimeters）。適切に実行されたとき、ドロップハンマー土壌コアコレクションは、比較的他のコアリング技術と比較する場合は特に、費用対効果であることが示されています。しかし、地面にライシメータケーシングを駆動することによって課される剪断力は、天然の土壌の代表ではありませんライシメータ内部の条件を生成、スミアと圧密引き起こす可能性があり、さらには水の動き（ 例えば 、バイパス流の特定のタイプを好む、またはに沿って流れることができます。土壌コアエッジ）。その結果、一部の研究者は、掘削装置または他の掘削装置5で無傷の土を切り取っcorersの使用が好まれています。 種々の材料は、土壌コアlysimetersためのケーシングとして使用されています。スチールパイプとボックスは、比較的低コストで、耐久性と容易に入手可能であり、それらの強度14-17に大きなlysimetersを収集するために使用することができます。しかし、鋼はRELの浸出を評価するには十分であるが硝酸塩などのatively非反応化合物、鋼中の鉄は、リン酸と反応し、したがって、コーティングするか、そうでなければリン浸出の研究のために処理しなければなりません。一般に、プラスチックケーシングは、厚肉（スケジュール80）（使用する場合）、ドロップハンマーの衝撃に耐え、より大きな直径の土壌コアが得られたときにその構造を保持することができるPVC管（ 例えば 、として、リン浸出を研究するために使用される≥30センチ）18-22。 一般に、土壌コアlysimetersは、ex situで分析されます。いったん集め、土壌コアlysimetersは、周囲の土壌や地上気候の上には、自然界の条件を表す屋外」ライシメータファーム」内に設置することができます。例えば、スウェーデンでは、スウェーデン農業大学は、直径30cmのINTAにスケーリングすることができる農薬の運命-と輸送、長期的な土壌肥沃度試験、および経営慣行を分析し、過去30年間にわたって3つの別々のライシメータの農場を維持していますCTコア23。土壌コアlysimetersも気候条件24,25のより大きな制御がある屋内の浸出実験に供されています。 Liu らは 、定期的にキャッチのアレイ26をトリミング下の土壌コアlysimetersを灌漑するために降雨シミュレータを使用しました。キベットとくんは、すべての土壌コア27,28を介してヒ素や栄養浸出を研究するために手の灌漑技術を採用します。 土壌のと水文プロセスの様々な土壌コアlysimetersから推測することができます。くんら （2015）尿素アプリケーション28の後に窒素溶脱を調査するために直径30cmのPVC列lysimetersを使用。灌漑イベント後の異なる時間間隔で浸出液を収集することにより、彼らはマクロ孔の流れによって支配されているものと、前者で、迅速かつ緩やかな流れを区別することができた、と後で行列の流れによって支配されると仮定しました。ときに、接触のWi中の尿素は、容易に加水分解されるので、目土、彼らは土壌マトリックスをバイパスマクロ孔輸送の証拠として尿素アプリケーションの直後に採取した浸出液中の上昇尿素濃度の存在を解釈しました。時間が経つにつれて、彼らは最初の加水分解後にアンモニウムに適用される尿素の転換を追跡し、浸出液中の窒素の異なる形の高濃度を検出し、その後アンモニウムの変換は、硝化と硝酸塩します。 設計、実施し、土壌コアライシメータ実験を解釈する際に考慮事項を説明するために、我々は、米国の中​​部大西洋沿岸平野で見つかった4の異なる土壌の調査を行いました。研究では、乾燥鶏糞（ すなわち 、家禽「ごみ」）28を適用する前と後の硝酸塩の浸出濃度や損失を測定しました。土壌への家禽リターのアプリケーションからの養分損失はキーチェサピーク湾の健康への懸念、および適用の相互作用を理解しています家禽のごみや農業土壌特性は、栄養管理の推奨事項を改善するために必要とされます。ここでは、無傷の土壌コアlysimetersを抽出土壌水分を追跡し、これらの土壌からの差動硝酸浸出損失を解釈するための具体的な方法を提示します。 この実験はデルマーバ半島、米国27,28の農用地の土壌から栄養浸出を評価するために実施大規模な研究の一部です。土壌コアlysimetersは、我々はこれらの研究からの未発表の結果を提示する。ここで2010年にデラウェア州、メリーランド州とバージニア州のサイトから収集しました。最初の実験は、リンの浸出を評価するために実施されたが、論文の土壌からの硝酸浸出も監視しました。 チェサピーク湾流域の大西洋海岸平野からの4つの一般的な農業の土壌をサンプリングした：Bojac（粗ローム、混合、セミアクティブ、サーミックTypic Hapludultを）。 LamellコーティングされたEvesboro（mesic、IC Quartzipsamment）。 Quindocqua（微ローム、混合、アクティブ、mesic Typic Endoaquult）。ササフラス（微ローム質、珪質、セミアクティブ、mesic Typic Hapludult）。各土壌について、地平線の形態は、列（ 表1）の掘削により露出されたプロファイルから説明しました。土壌の表面テクスチャはシルトローム（Quindocqua）に細かい砂/砂壌土（Bojacとササフラス）をロームする砂（Evesboro）の範囲でした。すべての土壌は、歴史的に家禽のごみで受精されていたが、いずれも試験前に10ヶ月の間に適用されていませんでした。すべての土壌は前の土壌コアライシメータコレクションに少なくとも一つのシーズンに向けトウモロコシ生産不耕起していました。 コレクションに続いて、土壌コアlysimetersはペンシルバニア州にあるUSDA-ARSのsimulatorium施設に輸送されました。そこでは、家禽リターアプリケーションに関連する栄養浸出を評価する屋内灌漑実験（22-26℃）での対象となりました。具体的には、浸出液中の硝酸塩が土壌との間で平衡化させたまでlysimetersは8週間にわたって水毎週2cmので灌注しました。家禽用トイレ砂（乾燥鶏糞）を合計N.灌漑の162キロヘクタール-1の速度で、すべての土壌の表面に適用したが、5週間以上継続しました。水分センサは、灌漑や浸出サイクルを通じて、継続的に5分間隔で体積含水量を記録しました。浸出液は、24時間後に回収し、灌漑に再び7日後に直前ました。 土壌コアlysimetersからの浸出水データは土壌間の浸出水の量と質の違いだけでなく、ごみの適用前と後の違いを説明するために単純な記述統計を用いて分析しました。土壌水分センサは2つだけ、各土壌（Evesboro、Bojac、ササフラス、Quindocqua）の複写土壌コアlysimetersの中に入れたので、土壌水分量の統計をsに対し、N = 2、に基づいていました浸出水の深さのためのtatisticsは、硝酸塩-N濃度と硝酸-NフラックスはEvesboro、BojacとササフラスとQuindocquaための5土壌コアlysimetersのための10の土壌コアlysimetersに由来しました。土壌内のレプリケーションの重要性を評価するために、浸出水の深さに対する変動（CV）の係数は異なる複製数を算出しました。 （Evesboro、Bojac、ササフラス10; 5 Quindocqua用）モンテカルロシミュレーション法を繰り返し、各土壌群内複製の総数からの土壌コアlysimeters（N = 3）のサブセットをサンプリングするために使用されました。

<table><tbody><tr><td>Schedule 80 PVC Pipe</td><td>Fry&#039;s Plastic</td><td>Call</td><td>Sold in 10 ft lengths</td></tr><tr><td>Fernco Fittings</td><td>Fry&#039;s Plastic</td><td>Call</td><td>12 inch diameter</td></tr><tr><td>Type II PVC plates for perforated discs</td><td>AIN Plastic</td><td>Call</td><td>Sold in 4&#039; x 8&#039; sheets of PVC II Vintec II&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Schedule 40 PVC Caps</td><td>Fry&#039;s Plastic</td><td>Call</td><td>12 inch diameter</td></tr><tr><td>Stainless Steel Screws</td><td>Fastenal</td><td>135716</td><td>#8 Bugle Head Phillips Drive Sharp Point Grade 18-8 Stainless Steel</td></tr><tr><td>Silicone II Caulk</td><td>Lowe&#039;s</td><td>447488&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Nylon Tube Fitting</td><td>United State&#039;s Plastic Corp.</td><td>61137</td><td>0.5 inch NPT</td></tr><tr><td>Foodgrade Tubing</td><td>Lowe&#039;s</td><td>443209</td><td>0.5 inch vinyl</td></tr></tbody></table>

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).

土壌水分、浸出水の深さと浸出水の化学的性質のすべては、特定の土の複製土壌コアlysimeters間の内部変動にもかかわらず、土壌特性の関数としての違いを明らかにし、土壌全体で変動を示しています。後の時点ワラント土壌水分と浸出プロセスにおける固有の変動などの実験デザインの観点から特に注目すべきは、2型統計誤差を最小化するために、かなりのレプリ?...

Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters at JoVE.com

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

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.

土壌コアLysimetersを収集し、構築するためのプロトコル

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

a-protocol-for-collecting-and-constructing-soil-core-lysimeters

Research

JoVE Journal

Environment

11.6K ビュー.  USDA - Agricultural Research Service. 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.

ビデオ: A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Laboratory-determined Phosphorus Flux from Lake Sediments as a Measure of Internal Phosphorus Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) loading from lake sediments can account for a substantial portion of the total P load in eutrophic, and some mesotrophic, lakes. Laboratory determination of P release rates from sediment cores is one approach for determining the role of internal P loading and guiding management decisions. Two principal alternatives to experimental determination of sediment P release exist for estimating internal load: in situ measurements of changes in hypolimnetic P over time and P mass balance. The experimental approach using laboratory-based sediment incubations to quantify internal P load is a direct method, making it a valuable tool for lake management and restoration.
Laboratory incubations of sediment cores can help determine the relative importance of internal vs. external P loads, as well as be used to answer a variety of lake management and research questions. We illustrate the use of sediment core incubations to assess the effectiveness of an aluminum sulfate (alum) treatment for reducing sediment P release. Other research questions that can be investigated using this approach include the effects of sediment resuspension and bioturbation on P release.
The approach also has limitations. Assumptions must be made with respect to: extrapolating results from sediment cores to the entire lake; deciding over what time periods to measure nutrient release; and addressing possible core tube artifacts. A comprehensive dissolved oxygen monitoring strategy to assess temporal and spatial redox status in the lake provides greater confidence in annual P loads estimated from sediment core incubations.

Lake eutrophication is a water quality issue worldwide, making the need to identify and control nutrient sources critical. Laboratory determination of phosphorus release rates from sediment cores is a valuable approach for determining the role of internal phosphorus loading and guiding management decisions.

内部リン負荷の尺度として湖堆積物の研究室に決定されたリンフラックス

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) ...

環境学

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals is often not well understood. Here we demonstrate an integrated field lysimetry and porewater sampling method for evaluating the mobility of chemicals applied to soils and established vegetation. Lysimeters, open columns made of metal or plastic, are driven into bareground or vegetated soils. Porewater samplers, which are commercially available and use vacuum to collect percolating soil water, are installed at predetermined depths within the lysimeters. At prearranged times following chemical application to experimental plots, porewater is collected, and lysimeters, containing soil and vegetation, are exhumed. By analyzing chemical concentrations in the lysimeter soil, vegetation, and porewater, downward leaching rates, soil retention capacities, and plant uptake for the chemical of interest may be quantified. Because field lysimetry and porewater sampling are conducted under natural environmental conditions and with minimal soil disturbance, derived results project real-case scenarios and provide valuable information for chemical management. As chemicals are increasingly applied to land worldwide, the described techniques may be utilized to determine whether applied chemicals pose adverse effects to human health or the environment.

Field lysimetry and porewater sampling allow researchers to evaluate the fate of chemicals applied to soils and established vegetation. The goal of this protocol is to demonstrate how to install required instrumentation and collect samples for chemical analysis during integrated field lysimetry and porewater sampling experiments.

統合フィールドLysimetryと間隙水土壌中の化学物質の移動性の評価のためのサンプリングと設立植生

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

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.

結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

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

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.

測定と土壌侵食と堆積土炭酸濃度農業経営に関連のパターンのマッピング

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

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. Rather than discharging treated wastewater to a stream, and thereby directly impacting the stream quality, the effluent is applied to forested and cropped land managed by the University. Concerns related to reductions in soil hydraulic conductivity occur when considering wastewater reuse. The methodology described in this manuscript, matching soil sample size with the size of the laboratory-based hydraulic conductivity measurement apparatus, provides the benefits of a relatively rapid collection of samples with the benefits of controlled laboratory boundary conditions. The results suggest that there may have been some impact of wastewater reuse on the soil&#39;s ability to transmit water at deeper depths in the depressional areas of the site. Most of the reductions in the soil hydraulic conductivity in the depressions appear to be related to the depth from which the sample was collected, and by inference, associated with the soil structural and textural differences.

Here we present a methodology which matches a soil sample size and a hydraulic conductivity measurement device to prevent the so-called wall flow along the inside of the soil container from being erroneously included in water flow measurements. Its use is demonstrated with samples collected from a wastewater irrigation site.

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールド サンプリングと飽和透水係数の実験室測定

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the associated accuracy is unknown. Here, we present a detailed protocol for efficient and clustered soil sampling in a research plot and, relying on a pilot sampling using this design, for demonstrating soil spatial heterogeneity and informing reasonable sample sizes and associated accuracy for future study. The protocol mainly comprises four steps: sampling design, field collection, soil analysis, and geostatistical analysis. The step-by-step procedure is modified according to former publications. Two examples will be presented to demonstrate contrasting spatial distributions of soil organic carbon (SOC) and soil microbial biomass carbon (MBC) under different management practices. In addition, we present a strategy to determine the sample size requirement (SSR) given a certain level of accuracy based on the plot-level coefficient of variation (CV). The field sampling protocol and the quantitative determination of the sample size will assist researchers in seeking feasible sampling strategies to meet research needs and resources' availability.

The traditional soil-sampling procedure determines the number of soil samples arbitrarily. Here, we provide a simple yet efficient clustered soil-sampling design to demonstrate soil spatial heterogeneity and quantitatively determine the number of soil samples required and the associated sampling accuracy.

異機種混在の研究土壌サンプリングをプロットします。

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...

Monitoring Pedogenic Inorganic Carbon Accumulation Due to Weathering of Amended Silicate Minerals in Agricultural Soils.

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in agricultural soils. To this end, the core soil samples taken at different depth (including 0-15 cm, 15-30 cm, and 30-60 cm profiles) are collected from an agriculture field, the topsoil of which has already been enriched with an alkaline earth metal silicate containing mineral (such as wollastonite). After transporting to the laboratory, the soil samples are air-dried and sieved. Then, the inorganic carbon content of the samples is determined by a volumetric method called calcimetry. The representative results presented herein showed five folded increments of inorganic carbon content in the soils amended with the Ca-silicate compared to control soils. This compositional change was accompanied by more than 1 unit of pH increase in the amended soils, implying high dissolution of the silicate. Mineralogical and morphological analyses, as well as elemental composition, further corroborate the increase in the inorganic carbon content of silicate-amended soils. The sampling and analysis methods presented in this study can be adopted by researchers and professionals looking to trace pedogenic inorganic carbon changes in soils and subsoils, including those amended with other suitable silicate rocks such as basalt and olivine. These methods can also be exploited as tools for verifying soil inorganic carbon sequestration by private and governmental entities to certify and award carbon credits.

The verification method described here is adaptable for monitoring pedogenic inorganic carbon sequestration in various agricultural soils amended with alkaline earth metal silicate-containing rocks, such as wollastonite, basalt, and olivine. This type of validation is essential for carbon credit programs, which can benefit farmers that sequester carbon in their fields.

農業土壌における改正珪酸塩鉱物の風化による、ペド原性無機炭素蓄積のモニタリング

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in ...

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

Soil moisture directly affects operational hydrology, food security, ecosystem services, and the climate system. However, the adoption of soil moisture data has been slow due to inconsistent data collection, poor standardization, and typically short record duration. Soil moisture, or quantitatively volumetric soil water content (SWC), is measured using buried, in situ sensors that infer SWC from an electromagnetic response. This signal can vary considerably with local site conditions such as clay content and mineralogy, soil salinity or bulk electrical conductivity, and soil temperature; each of these can have varying impacts depending on the sensor technology.
Furthermore, poor soil contact and sensor degradation can affect the quality of these readings over time. Unlike more traditional environmental sensors, there are no accepted standards, maintenance practices, or quality controls for SWC data. As such, SWC is a challenging measurement for many environmental monitoring networks to implement. Here, we attempt to establish a community-based standard of practice for in situ SWC sensors so that future research and applications have consistent guidance on site selection, sensor installation, data interpretation, and long-term maintenance of monitoring stations.
The videography focuses on a multi-agency consensus of best-practices and recommendations for the installation of in situ SWC sensors. This paper presents an overview of this protocol along with the various steps essential for high-quality and long-term SWC data collection. This protocol will be of use to scientists and engineers hoping to deploy a single station or an entire network.

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

The determination of soil water content is a critical mission requirement for many state and federal agencies. This protocol synthesizes multi-agency efforts to measure soil water content using buried in situ sensors.

その場で 乱されていない土壌の土壌水分センサー

Soil moisture directly affects operational hydrology, food security, ecosystem services, and the climate system. However, the adoption of soil moisture ...

JenaTron - An Experimental Approach to Study the Effects of Plant History and Soil History on Grassland Ecosystem Functioning

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem functioning. Such experiments generally show a positive relationship between above- and below-ground biodiversity and the functioning of terrestrial ecosystems. Moreover, this relationship tends to strengthen over time, seen as enhanced functioning of diverse plant communities and reduced functioning of low-diversity plant communities. Differences in multitrophic community assembly and biotic interactions in high- versus low-diversity plant communities are hypothesized to affect plant performance by altering consumer community structure and function and driving plastic or micro-evolutionary responses of plant species in the plant communities. To resolve this complex interplay of community history, we separated these effects into plant and soil history. Plant history refers to all plant-level responses to past abiotic and biotic selection pressures experienced in their communities, while soil history relates to all abiotic and biotic soil properties developed as a legacy of plant-soil interactions under variable plant diversity. We set up a biodiversity experiment in an Ecotron, a terrestrial mesocosm facility that allows controlling environmental conditions above- and below-ground, to test whether the strengthening biodiversity-ecosystem functioning relationship is due to soil history, plant history, or a combination of both. We established a plant diversity gradient consisting of 1, 2, 3, and 6 grassland plant species and factorially nested with soil history and plant history treatments for each level of plant species richness. Representative results demonstrate the successful establishment of target treatments in the Ecotron experiment, observing the effects of plant and soil history on initial plant development and final plant growth. Additionally, we provide a case study for data analysis of individual response variables. We outline research objectives and methods to comprehensively assess the multifunctional responses to the experimental treatments necessary to ultimately address the overarching hypothesis.

Here we present a study established in the iDiv Ecotron, terrestrial mesocosm chambers with controlled environmental conditions above- and below-ground, to study the independent and interactive effects of plant history and soil history on ecosystem functioning of grassland communities along a plant diversity gradient.

JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem ...

CO2 隔離の強化:鉱物の風化を促進するための土壌生物相アプローチ

Design and Construction of an Experimental Setup to Enhance Mineral Weathering through the Activity of Soil Organisms

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies on accelerating the natural process of mineral weathering in soils by manipulating the abiotic variables that govern this process, in particular mineral grain size and exposure to acids dissolved in water. EW mainly aims at reducing atmospheric CO2 concentrations by enhancing inorganic carbon sequestration. Until now, knowledge of EW has been mainly gained through experiments that focused on the abiotic variables known for stimulating mineral weathering, thereby neglecting the potential influence of biotic components. While bacteria, fungi, and earthworms are known to increase mineral weathering rates, the use of soil organisms in the context of EW remains underexplored. 
 This protocol describes the design and construction of an experimental setup developed to enhance mineral weathering rates through soil organisms while concurrently controlling abiotic conditions. The setup is designed to maximize weathering rates while maintaining soil organisms' activity. It consists of a large number of columns filled with rock powder and organic material, located in a climate chamber and with water applied via a downflow irrigation system. Columns are placed above a fridge containing jerrycans to collect the leachate. Representative results demonstrate that this setup is suitable to ensure the activity of soil organisms and quantify their effect on inorganic carbon sequestration. Challenges remain in minimizing leachate losses, ensuring homogeneous ventilation through the climate chamber, and avoiding flooding of the columns. With this setup, an innovative and promising approach is proposed to enhance mineral weathering rates through the activity of soil biota and disentangle the effect of biotic and abiotic factors as drivers of EW.

著者スポットライト:CO2除去のための鉱物風化促進におけるミミズの役割の解明 

Here we present the construction and operation of an experimental setup to enhance mineral weathering through the activity of soil organisms while concurrently manipulating abiotic variables known to stimulate weathering. Representative results from the functioning of the setup and sample analyses are discussed together with points for improvement.

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

Enhanced weathering (EW) is an emerging carbon dioxide (CO2) removal technology that can contribute to climate change mitigation. This technology relies ...

土壌コアLysimetersを収集し、構築するためのプロトコル

要約

さらに動画を探す

内部リン負荷の尺度として湖堆積物の研究室に決定されたリンフラックス

統合フィールドLysimetryと間隙水土壌中の化学物質の移動性の評価のためのサンプリングと設立植生

結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

測定と土壌侵食と堆積土炭酸濃度農業経営に関連のパターンのマッピング

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールドサンプリングと飽和透水係数の実験室測定

異機種混在の研究土壌サンプリングをプロットします。

農業土壌における改正珪酸塩鉱物の風化による、ペド原性無機炭素蓄積のモニタリング

その場で乱されていない土壌の土壌水分センサー

JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

土壌コアLysimetersを収集し、構築するためのプロトコル

要約

さらに動画を探す

内部リン負荷の尺度として湖堆積物の研究室に決定されたリンフラックス

統合フィールドLysimetryと間隙水土壌中の化学物質の移動性の評価のためのサンプリングと設立植生

結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

測定と土壌侵食と堆積土炭酸濃度農業経営に関連のパターンのマッピング

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールド サンプリングと飽和透水係数の実験室測定

異機種混在の研究土壌サンプリングをプロットします。

農業土壌における改正珪酸塩鉱物の風化による、ペド原性無機炭素蓄積のモニタリング

その場で 乱されていない土壌の土壌水分センサー

JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

土壌生物の活性による鉱物風化促進実験装置の設計と構築

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールドサンプリングと飽和透水係数の実験室測定

その場で乱されていない土壌の土壌水分センサー