Name: a protocol for collecting and constructing soil core lysimeters
Uploaded: 2016-06-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 23 s
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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. 재료 준비 <ol><li> 일정 80 PVC, 30.5 cm (12 인치) 직경 (공칭 ID)에서 모형 매립의 본체를 잘라; 이 1.9 cm (0.75 인치) (도 1a)의 벽 두께를 갖는다. 연구하고자하는 토양 층 (들)의 두께에 따라 모형 매립 체의 길이를 잘라; 여기서, 53cm (21 인치) 긴 몸을 사용합니다. 토양을 통해 절단을 돕기 위해 모형 매립 체의 내벽에 날카로운 리딩 엣지를 형성하기 위해 모형 매립의 하단부 주위에 45 ° 경사하여 깊이 0.63 cm 패주. </li><li> 컬렉션에 이전 (그림 1b)를 물 무료 배수를 허용하고 침출수의 저장 용량을 제공하기 위해 캡에 일정 80 PVC의 15.3 cm 높이 30.5 cm의 ID 링을 접착하여 34.5 cm의 ID, 평평한 바닥 PVC 캡을 수정합니다. 본체가 몸에 뚜껑을 결합하는 결합 역할을 같은 재고 반지를 잘라. 캡은 (유연한 커플 링 및 호스 클램프 본체에 결합한다그림 1C 및 1D). 1.27 cm의 구멍을 드릴링 및 1.27 cm (14) NPT 파이프 탭으로를 눌러 샘플 수집을위한 포트를 설치하고 캡의 바깥 쪽 가장자리에 1.27 cm 나일론 가시 남성 어댑터 (그림 1E)를 설정 곳 측벽 및 바닥 충족. </li><li> lysimeters (그림 1g)의 바닥을 커버하는 데 사용됩니다 1.27 cm 두께의 평면 스톡 PVC에서 34cm 직경의 디스크를 잘라. 드릴 (180)는 균일하게 0.32 cm 이격. 디스크 직경으로 구멍을 캡을 입력 불순물 가득 모형 매립의 바닥으로부터 배출을 허용한다. 접착제 접지 마포 또는 디스크의 일측에 다른 여과포는 침출수 배수 중에 하부 디스크를 통과하는 토양을 방지 할 수있다. </li><li> 2.5 cm 플랫 아이언 2.5 cm 물 파이프 (그림 2)에서 해제 가위를 구축 할 수 있습니다. 50.0 cm 길이로 플랫 아이언의 2.5 cm 밴드 두 컷 참조 모형 매립 체의 외부를 사용하여 반원형으로 구부려. 용접 5 센티미터 나각 반원 밴드의 각 끝. 힌지 핀 밴드의 각각에 가입하세요. 서로 대향 대역의 외륜의 수관 용접. </li></ol> 드롭 해머와 토양에 2. 운전 모형 매립 케이스 <ol><li> 컬렉션 영역에서 표면 식물, 바위, 먼지 등을 제거합니다. lysimeters 촬영 (그림 3a) 할 수있는 수준의 바닥에 몸 모형 매립 위치 2. 열에서 그 토양이 균일 한 깊이 그래서 lysimeters 레벨인지 확인합니다. </li><li> 모형 매립 기관을 통해 장소에 특별히 디자인, 트레일러 장착, 드롭 망치 드라이브. 드롭 해머가​​ 제자리에있을 때, 모형 매립 체의 바닥 및 상부로 강판 수준으로 유압 동력 아웃리거 배포. 아우 트리거는 또한 드롭 해머 (그림 3b)에 대한 안정성을 제공합니다. </li><li> 부분적으로 1.52 m의 도움으로 최대 1,180kg 3 m 타워 무게 1.52 m 광장 강판으로, 10.2 cm 두께를 호이스트기계적 윈치 (그림 3b). 토양에 열을 망치로 강판을 놓습니다. </li><li> 2.3 여러 번 열 림 때까지 반복 단계는 토양 표면 (도 3c) 위 2cm이다. </li><li> 컬럼의 내부 및 외부 토양의 깊이를 측정하여 모형 매립 내부의 토양 다짐을 확인합니다. 칼럼 내부의 토양 열 외부 토양보다 1cm보다 낮 으면, 토양은 압축되고 연구에는 적합하지 않다. </li></ol> 3. 토양 코어를 제거 <ol><li> 굴착 과정 토양, 먼지에 의한 오염을 방지하기 위해 칼럼을 통해 천공 된 PVC 디스크 (도 1C) 및 플렉시블 파이프 커플 링 (도 1D)을 놓는다. </li><li> 굴 착 (그림 4a)와 열 바닥보다 약간 깊은 토양 코어 옆에 트렌치 및 파. </li><li> 삽으로 구멍을 확대 또는 선택 (도 4b)와 m로 노출가능한 실린더의 외부의 UCH. </li><li> 이 토양 외부 컬럼 벽 (도 4c)의 사이가되도록 기둥의 측면의 전체 길이를 따라 중금속 파고 막대를 누른다. </li><li> 칼럼의 맨 아래에있는 토양 인터페이스가 고장 때까지 앞뒤로 파고 줄을 올립니다. </li><li> 토양 코어의 제거에 대비하여 (도 2에 도시) 모형 매립 상단 주위 리프팅 위 프레임. 가위가 열 주위에 단단히 닫고 구멍 밖으로 모형 매립을 들어 올릴 때까지 각 막대를 들고 사람으로, 당기십시오. 합판의 조각으로 평평한 작업 표면에 모형 매립을 놓습니다. </li></ol> 4. 모형 매립 총회의 토양 코어 준비 <ol><li> 바닥면이 위가되도록을 통해 토양 코어를 뒤집습니다. 단계 3.1에 ​​설치된 나무 합판 디스크가 제자리에 토양을 개최한다. </li><li> 부드럽게 심지어 PVC (도 5a)의 림 w와 토양 레벨직선 가장자리 번째. 펜 칼이나 드라이버로 림의 평면 위에 튀어 나온 돌을 제거합니다. </li><li> 화학적으로 비활성 놀이 모래 어떤 빈 공간을 채우고 조심스럽게 (그림 5b)를 팩. </li><li> 등급은 심지어 직선으로 열 바닥 모래와는 초과 모래 (도 5c 및 d)를 제거합니다. </li><li> 림에서 어떤 토양과 브러시와 lysimeters의 외측 벽을 청소하거나 가볍게 가장자리를 날려 접착제 스틱과 캡의 아늑한 피팅을 위해하는 테두리가 깨끗한 지 확인합니다. </li></ol> 5. 모형 매립 조립 <ol><li> 모형 매립 (도 6a)의 가장자리 주위에 분명 실리콘 코킹의 연속 라운드 구슬을 돌출. 코킹은 lysimeters에 천공 디스크 바닥을 밀봉 및 누출 방지하기 위해 충분히 두꺼운해야한다. </li><li> 모래에 직면 필터 패브릭 림 위에 천공 디스크 (그림 1C)를 놓고접시와 모형 매립의 좋은 접촉을 할 수 있도록 단단히 누르십시오. </li><li> 접시의 가장자리 주위에 팔 균등하게 파일럿 구멍을 드릴과 드릴 드라이버와 1.0 인치 스테인레스 스틸 나사 구멍이 디스크를 고정합니다 (그림 6B). </li><li> 커플 링의 약 2cm가 모형 매립 림 (도 5c) 위에 돌출되도록 모형 매립베이스에 유연한 파이프 커플 링 슬립. </li><li> 유연한 파이프 커플 링 (도 6c)에 수정 된 PVC 캡을 장착하고,이 모형 매립 몸에 닿을 때까지 아래로 뚜껑을 밀어 넣습니다. 캡의 상단에 나무 블록으로 조심스럽게 제자리에 뚜껑을 활용할 망치를 사용합니다. </li><li> 커플 링의 홈에 고정 대역을 놓고 커플 링을 죄기없이 가볍게 고정합니다. 모형 매립 캡이 단단히 고정되어 때까지 손으로 커플 링 주변의 금속을 조여 1/4 인치 육각 드라이버를 개최했다. 모형 매립은 기후의 계속에 이성을 상실하고 운송 할 준비가되어 있습니다압연 설비. </li></ol> 6. 수분 센서 설치 <ol><li> 스크 5, 25cm 깊이의 모형 매립 벽에 5cm 길이, 수평 라인. 토양 표면이 아니라에서 모형 매립의 가장자리를 측정한다. </li><li> 마크 된 라인의 각 단부에 모형 매립의 벽을 통해 1.0 cm 지름의 구멍을 뚫는다. </li><li> 멀리 회전 절삭 공구 드릴 구멍 사이 플라스틱의 나머지 3cm를 잘라. </li><li> 5cm 의해 두께 1cm 긴 토양에 슬릿 드릴링하는 수분 센서 (예컨대, 십 각형)의 케이싱을 수용한다. </li><li> 센서 접지 단자가 단단히 땅에 묻혀있는 유일한 와이어는 모형 매립 튀어 나와되는 때까지 깨끗이 슬롯 구멍에 수분 센서를 밀어 넣습니다. </li><li> 브러시 나 걸레와 슬롯의 벽에서 청소 토양. </li><li> 누출 물을 방지하기 위해 슬롯에 실리콘 코킹 두꺼운 비드를 적용한다. 균열을 막다가 건조 된 후, 욕실에 실리콘의 제 2 사이클을 적용센서 주위의 구멍에있는 모든 격차가 밀봉되어 있는지 확인합니다. </li></ol> 침출수 수집에 대한 Lysimeters 준비 (7) <ol><li> 코킹와 토양과 모형 매립 벽 사이 인감 격차는 모형 매립의 내부 벽 아래로 우대 흐름의 위험을 줄일 수 있습니다. <ol><li> 피어스는 표준 코킹 건에 분명 실리콘 코킹의 튜브를로드합니다. </li><li> 충전 할 수있는 토양과 모형 매립 몸의 안쪽면에 공간 사이의 코킹 튜브의 끝을 놓습니다. 2cm에 대해 토양 아래 균열을 막다 총의 끝을 밀어 넣습니다. 이 공백을 채우고 토양 표면 위에 스며 때까지 튜브 밖으로 코킹을 짠다. </li></ol></li><li> 벤치의 상단 또는 평면 충분히 튼튼한에 설정 lysimeters 여러 lysimeters과 4.0 L 용기에 물을 무료로 배수를 허용 할만큼 높은 (그림 7)의 무게를 처리합니다. </li><li> 핵심 lysimeters가 작은 (15cm) 정신 수준으로 모든 방향으로 수평되는 토양을 확인합니다. 필요한 괞 찮아 경우토양 표면을 완전히 평탄화까지 CE 심 밑 lysimeters. </li><li> 나사 나일론 튜브 피팅 (NPT 0.5) 주위에 테프론 테이프를 싸서 캡에 끼워 맞춤 시계 방향으로 돌립니다. 스레드 중 어느 것도 볼 수 없을 때까지 조정 가능한 렌치로 피팅을 조입니다. </li><li> 피팅 나일론의 가시 끝에 0.5 인치 호스를 밀어하고 수집 용기의 입에 약 4.0 cm를 통과하도록 호스를 잘라. </li><li> 모형 매립에서 컨테이너를 설정하고 수집 용기 내부의 호스를 배치합니다. </li></ol> 8. 관개 Lysimeters 및 수집 침출수 <ol><li> 보호 및 토양 단위 및 표면 잔기를 보존 치즈 천 또는 다른 투과성 화학적 불활성 직물 토양 표면을 커버. </li><li> 눈금 실린더에 탈 이온수 1,450 ml의를 측정하고, 샤워 헤드를 장착 할 수 있습니다 물에 부어. 부드럽게 골고루 distu하지 않는 속도로 직물 위에 물을 뿌려토양 표면을 경우 rb. </li><li> 캡 및 수집 용기에 토양 컬럼을 통해 여과 액을 침투 물이 일정 기간을 기다립니다. </li><li> 모든 물을 수집 용기에 모형 매립 저장 기 캡에서 배출 될 때까지 출구 구멍을 향해에서 모형 매립 팁. </li><li> 규모와 수집 된 침출수의 질량을 측정하고 ML 그램의 질량을 변환 (물 1.0 g을 1.0 ml의 동등하다고 가정). 350 ml의 멸균 플라스틱 샘플 병에 침출수 샘플을 따르십시오. 즉시 흐름 주입 분석 (31)를 통해 비색을 사용하여 질산 분석에 대비하여 0.45 ㎛의 필터 종이를 구비 한 흡입 깔대기 50 ㎖ 필터. </li><li> 저장 여과하고 냉장고 및 분석까지 4 ° C에서 샘플의 필터링되지 않은 부분. </li></ol>

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The authors declare no competing financial interests.

모형 매립 컬렉션의 중요한 단계 침출 연구는 얕은 지하수 질소 손실에 토양 특성 및 비료 관리의 영향을 설명한다. 토양 질감 집합체 구조 및 벌크 밀도와 같은 토양 물성 물과 용질의 퍼콜 중재. 정확하게 침출수 볼륨과 용질 농도를 결정하는 이러한 중요한 단계를 수행하여 모형 매립 수집 중에 이러한 토양의 물리적 특성의 무결성을 유지에 따라 달라집니다 : 1) 모형 매?...

델마 바 반도는 체사 피크 만의 동부 해안 국경, 미국에서 가장 큰 가금류 생산 지역 중 하나에 가정이다. 대략 6 억 닭과 비료의 약 750,000t는이 새 매년 1의 생산에서 생성됩니다. 분뇨의 대부분은 농업 분야에서 비료 개정 로컬로 사용된다. 때문에 비료 응용 프로그램의 역사적으로 높은 비율로, 질소, 인 등의 영양 성분이 토양에 축적 및 지하 침출 (2)을 통해 오프 사이트 손실 지금 취약했다. 지하수 흐름의 대부분은 궁극적으로 체사 피크 만 3 배수 도랑의 광범위한 네트워크에 관한 것이다. 베이에 전달되는 영양소는 부영양화 4에 의한 베이의 건강의 감소로 연결됩니다. 영양소의 오프 사이트 손실과 연결 영양 관리는 수문을 모니터링하는 전문 도구가 필요흐름과 관련된 영양소 전송. Lysimeters 특성화 토양을 통해 영양소의 이동을 정량화하는 데 사용되는기구의 주요 카테고리를 나타낸다. Lysimeters이되도록 토양 매트릭스 가능성에 대응하기 위해 조정할 수 있습니다 장력 lysimeters에서, 물 5-7 관류에 모니터링 영양소 흐름에서 사용의 오랜 역사를 가지고 그들이 더 나은 추정 공장 가능한 물, 프로세스의 더 대표 제로 인장 lysimeters에 무료 배수 중에 발생. 모든 방법이 존재 고유의 편견을 lysimetery합니다. 예를 들어, 일부 lysimeters 완전히 자연 토양에서 공간적으로 복잡한 공정을 나타내는 너무 작거나 이종 통 (8)의 좋은 통계 복제를 제공하기에는 너무 크고 비싸다. 또한, 팬 lysimeters은 그들 위에 토양 침출수를 수집 포화 매트릭스 흐름 (9) 측정에서 긴장 lysimeters에 비해 비효율적 할 필요합니다. 폐쇄 모형 매립 시스템,이러한 (또한 토양 모노리스 lysimeters라고도 함) 제로 긴장 토양 코어 lysimeters로 크게 물 예산과 관련된 오염 물질 예산 (예를 들어, 영양 예산) (10)를 수행하는과 자신감을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 lysimeters은 토양 그대로 코어가 포함되어있는 경우 가장 대표적인; 재 포장 토양 가득 lysimeters는 용질과 미립자 화합물 모두 11, 12의 전송에 영향을 원래의 구조, 시야 및 거대 연결을 유지하지 않습니다. 실험 스탠드 포인트로부터, 교란 토양 조건보다 복제를 용이하게 접근은 토양의 물리적 및 화학적 특성 (13)에 존재하는 고유의 공간적 변동 주어진 유리하다. 두 바람직한 방법은 그대로 토양 코어 lysimeters를 수집하는 데 사용되었습니다 드롭 망치와 절단 헤드. 이 썰매 햄 등의 간단한 장치로 달성 될 수있는 전자는 더 일반적으로, 수행 된메르 (작은 lysimeters). 적절하게 수행하면 낙하 해머로 토양 코어 수집은 비교적 다른 코어 링 기술과 비교할 때, 특히 비용 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러나 지상에 모형 매립 케이스의 구동에 의해 부과되는 깎아 지른듯한 힘은 기본 토양을 대표하지 않는 모형 매립 내부 조건을 생산, 번짐 및 압축 될 수 있습니다, 심지어 물 운동 (예를 들어, 바이 패스 흐름의 특정 유형을 선호, 또는를 따라 흐를 수있다 토양 코어 에지). 그 결과, 일부 연구자들은 드릴링 장치 또는 다른 굴삭 장치 (5)와 온전한 토양 절결 corers의 사용을 선호하고있다. 다양한 물질이 토양 코어 lysimeters 용 포장재로서 사용되어왔다. 강관 박스 및 비교적 낮은 비용, 내구성이 용이하게 가능하고 그들의 강도에 큰 14-17 lysimeters를 수집하는데 사용될 수있다. 그러나 동안 스틸 REL의 침출을 평가 만족atively 반응성 화합물 등의 질산으로, 강철의 철 인산염과 반응하기 때문에 코팅해야하거나 인 침출의 연구 치료. 큰 직경 토양 코어가 획득 될 때 일반적으로, 플라스틱 케이스가 같은 두꺼운 벽 (사용 된 경우) 낙하 해머의 충격을 견딜 수 (일정 80) PVC 파이프 등 인 침출 공부와 그 구조를 유지하는 데 사용된다 (예 ≥30 cm) 18-22. 일반적으로 토양 코어 lysimeters은 전 현장을 분석한다. 일단 토양을 둘러싼 이상 접지 기후는 자연 현장 조건을 나타내며 토양 코어 lysimeters가 야외 &quot;모형 매립 농장&quot;에 설치 될 수 있으며, 수집. 예를 들어, 스웨덴, 스웨덴 농업 대학은 30cm 직경 INTA를 확장 할 수 있습니다 농약 운명 및 운반, 장기 토양 비옥도 시험 및 관리 사례를 분석, 지난 3 년 동안 별도의 세 가지 모형 매립 농장을 유지하고있다CT는 23 코어. 토양 코어 lysimeters은 기후 조건 (24, 25)보다 강력하게 제어가 실내 침출 실험을 실시하고있다. 리우 등 알. 정기적으로 캐치의 배열 (26) 작물에서 토양 코어 lysimeters를 관개하기 위해 강우량 시뮬레이터를 사용했다. 키벳과 군 모두 사용 손 세척 기술은 토양 코어 27, 28을 통해 비소 및 영양 침출을 연구한다. edaphic 및 수문 다양한 공정이 토양 코어 lysimeters로부터 추론 될 수있다. 군 외. (2015) 요소 응용 프로그램 (28) 후 질소 침출을 조사하기 위해 30cm 직경 PVC 열 lysimeters을 사용했다. 관개 이벤트에 후속 상이한 시간 간격 침출수를 수집하여, 이들은 거대 흐름을 지배하는 것으로 가정 이전에 신속하고 점진적인 흐름을 구별 할 수 있었다하고, 이후 매트릭스의 흐름을 지배하는 것으로 가정. 요소는 쉽게 접촉 위스콘신에 때 가수 분해되기 때문에제 토양 이들은 토양 매트릭스를 우회 거대 전송 증거로서 우레아 애플리케이션 직후 수집 침출수 상승 우레아 농도의 존재를 해석했다. 시간이 지남에, 그들은 초기 가수 분해 후 암모늄에 적용 요소의 변화를 추적, 침출수 질소의 다른 형태의 높은 농도를 감지 한 후 암모늄의 변화는 질화와 질산염. 설계, 실시 및 토양 핵심 모형 매립 실험을 해석 고려 사항을 설명하기 위해, 우리는 미국의 중간 대서양 해안 평야에서 발견 된 네 가지 토양 조사를 실시했다. 이 연구 측정 침출 농도 전에 건조 가금류 분뇨 (즉, 가금류 &quot;쓰레기&quot;) (28)의 신청 후 질산의 손실. 토양에 가금류 쓰레기의 응용 프로그램에서 영양 손실은 키 체사 피크 만의 건강에 대한 관심 및 적용의 상호 작용을 이해하다가금류 쓰레기 및 농업 토양 특성은 영양 관리 권장 사항을 개선하기 위해 필요하다. 우리는 여기에 그대로 토양 코어 lysimeters를 추출 토양 수분을 추적,이 토양에서 차동 질산 침출 손실을 해석하기위한 구체적인 방법을 제시한다. 이 실험은 델마 바 반도, 미국 27, 28의 농업 토양에서 양분 침출을 평가하기 위해 실시 더 큰 연구의 일부입니다. 2010 년은 여기에 우리가이 연구에서 게시되지 않은 결과를 발표 토양 코어 lysimeters은 델라웨어, 메릴랜드와 버지니아에있는 사이트에서 수집 하였다. 초기 실험 논문 인 토양에서 침출 질산 침출을 평가하기 위해 수행되었다하더라도 역시 모니터링 하였다. 체사 피크 베이 유역의 대서양 해안 평야에서 4 공통 농업 토양 샘플링했다 : Bojac (거친 롬, 혼합, semiactive, THERMIC Typic Hapludult을); Evesboro (mesic, Lamell 코팅IC Quartzipsamment); Quindocqua (미세 롬, 혼합, 활성, mesic Typic Endoaquult); 사사 프라스 (미세 롬, 규산, semiactive, mesic Typic Hapludult). 각 토양의 경우, 수평선의 형태는 열 (표 1)의 발굴에 의해 노출 된 프로필에서 기술되었다. 토양의 표면 질감 (Bojac 및 사사 프라스가) (Quindocqua를) 양토를 미사에 고운 모래 / 모래 양토을 옥토 질의하는 모래 (Evesboro)에서였다. 모든 토양이 역사적으로 가금류 쓰레기와 함께 수정 된 된했지만, 아무도 연구에 앞서 10 개월 적용되지 있었다. 모든 토양은 이전에 토양의 핵심 모형 매립 컬렉션에 적어도 하나의 시즌 옥수수 생산까지 더-에 없었다. 컬렉션에 이어, 토양 코어 lysimeters는 주립 대학, PA의 USDA-ARS의 simulatorium 시설로 이송되었다. 그곳에서 그들은 가금류 쓰레기 응용 프로그램과 관련된 영양 침출을 평가하는 실내 관개 실험 (22 ~ 26 °의 C)의 대상이되었다. 구체적으로는,여과 액에 질산 토양 사이에 평형 될 때까지 lysimeters 8 주 동안 물 주간의 2cm로 관개했다. 가금류 쓰레기 (건조 가금류 분뇨는) 다음 총 N. 관개 -1 5 주 이상 계속 된 162kg의 헥타르의 비율로 모든 토양의 표면에 적용 하였다. 수분 센서는 관개 침출주기 동안 연속적 오분 간격 부피 수분 함량을 기록 하였다. 침출수는 24 시간 후 수집 및 관개에 다시 칠일 후에 직전되었다. 토양 코어에서 lysimeters 침출수 데이터 전과 도포 후 쓰레기 통 사이 침출수 양과 품질의 차이뿐만 아니라, 차이를 설명하기 위해 간단한 설명적인 통계를 사용하여 분석 하였다. 토양 수분 센서가 각각 토양 두 복제 토양 코어 lysimeters의 배치 되었기 때문에 (Evesboro, Bojac, 사사 프라스, Quindocqua), 토양의 수분 함량에 대한 통계는, N = 2에 기초하여 S 반면했다침출수 깊이 tatistics은, 질산-N 농도 및 질산-N 플럭스는 Evesboro, Bojac 및 사사 프라스와 Quindocqua 5 토양 코어 lysimeters 10 토양 코어 lysimeters에서 파생되었다. 토양 내 복제의 중요성을 평가하기 위해, 침출수 깊이 편차 (CV)의 계수가 다른 복제에 번호를 계산 하였다. (Evesboro, Bojac, 사사 프라스 10; 5 Quindocqua 용) 몬테카를로 시뮬레이션 접근법마다 반복 토양 그룹 내 복제의 총수로부터 토양 코어 lysimeters (N = 3)의 일부를 샘플로 사용 하였다.

<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).

토양 수분, 침출수 깊이와 침출수 화학 모두 특정 토양의 복제 토양 코어 lysimeters 사이의 내부 변동성에도 불구하고 토양 특성의 함수로 차이를 드러내는 토양에서 변동성을 보여줍니다. 나중에 점을 보증 토양 수분 및 침출 과정에 내재 된 변동성 등의 실험 설계의 관점에서 특정 노트, 제 2 형 통계 오류를 최소화하기 위해 상당한 복제가 필요합니다. 본 연구에서는 모든...

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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.

토양 코어 Lysimeters를 수집 및 구축을위한 프로토콜

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

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Research

JoVE Journal

Environment

11.6K 조회수.  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.

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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.

호수 퇴적물에서 실험실 결정 인 플럭스 내부 인 로딩의 측정으로

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

연구

환경과학

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.

통합 필드 Lysimetry 및 Porewater 샘플링 토양에서 화학 이동성의 평가 및 설립 식물

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.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

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.

측정 및 토양 침식과 토양 탄산 농도 농업 관리에 관련 된 증 착 패턴 매핑

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.

토양의 유압 전도도에 폐수 관개 영향: 필드 샘플링 고 포화 된 유압 전도도의 실험실 결정

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.

다른 유형의 연구에 샘플링 토양 플롯

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.

농업 토양에서 수정 된 실리케이트 미네랄의 풍화로 인해 페도게닉 무기 탄소 축적모니터링.

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.

현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

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 - 식물의 역사와 토양의 역사가 초원 생태계 기능에 미치는 영향을 연구하는 실험적 접근 방식

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

CO2 격리 강화: 광물 풍화를 촉진하기 위한 토양 생물군 접근법

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.

저자 스포트라이트: CO2 제거를 위한 광물 풍화 향상에서 지렁이의 역할 규명 

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.

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