Este trabalho foi financiado em parte por uma Capacitação subvenção concedida à Universidade de Maryland Eastern Shore (UMES) pelo Instituto Nacional de Alimentação e Agricultura. Os autores gostariam de agradecer a Don Mahan (UMES) por sua ajuda na criação do simulador de chuvas e na realização de simulações de chuva. Agradecimentos também são estendidos para Janice Donohoe (UMES) para a realização de análises laboratoriais e estudantes alunos (Umes) por sua ajuda na condução do experimento de simulação de chuva e processamento de amostras.

1. Coleção Solo e Preparação <ol><li> Recolhe-se o solo a partir da superfície horizonte do perfil do solo para representar com precisão as condições físicas e químicas da superfície do solo. Nota: Se possível do solo devem ser coletadas a partir do top 5 cm da superfície. A área de coleta de solo deve ser pequeno o suficiente para limitar a variação física do solo e propriedades químicas. </li><li> Peneirar o solo através de uma tela grossa (20 mm) para remover pedras. Nota: peneiramento é mais fácil se o solo é um pouco úmido. </li><li> Espalhe o solo peneirado em uma lona pesada em uma camada fina para facilitar a secagem, de preferência em uma casa verde ou ambiente acolhedor interior. </li><li> Misture o solo com uma pá, ancinho ou puxando as bordas da lona de um lado para o outro como se dobrar um calzone gigante. Nota: Tenha cuidado para não rasgar ou rasgar a lona com a ponta de uma pá ou rake. Repita este processo várias vezes até que o solo está completamente misturado. </li><li> Tome 10 amostras delugares diferentes do monte de terra bem misturado e realizar um teste de fósforo Mehlich-3 17 para testar a homogeneidade. Nota: A homogeneidade é alcançada quando os resultados de 10 amostras têm um coeficiente de variação (CV) de &lt;0,05. Onde: CV = desvio padrão / média. </li><li> Se o CV do teste de fósforo Mehlich-3 é&gt; 0,05, continue misturando o solo e repita o teste de homogeneidade. </li></ol> 2. Caixas de embalagem de solo <ol><li> Nota: As caixas de solo deve possuir um volume uniforme, com dimensões idênticas de comprimento, largura e profundidade (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) com nove buracos de 5 mm de drenagem na parte inferior. Caixas devem ter a 5 cm do bordo e uma calha de recolha de um lado (Figura 1). </li><li> Linha do fundo das caixas com quatro camadas de pano de queijo para manter o solo de lavagem para fora dos furos na caixa, permitindo que a água flua através do solo quando está saturada. </li><li> Embale a primeira caixa de solo escavando suficiente secos, peneirados, e homocido solo na caixa para preenchê-lo cerca de metade profundo quando suavizadas (cerca de 3,5 cm). Espalhe o solo uniformemente e embalá-lo com um tijolo plana. Nota: O solo deve ser suficientemente seco para que ele não compacta sob a pressão do tijolo. </li><li> Adicionar mais 2 cm de solo e nivelar-se com uma bitola de nivelamento para uma profundidade embalado de 5 cm, a altura do lábio da caixa que passa para a calha (Figura 2). </li><li> Pesar a quantidade de solo que foi adicionada à primeira caixa embalada, e adicionar o mesmo peso de solo a todas as caixas restantes. Embale cada caixa para alcançar uma profundidade de 5 cm e densidade uniforme. </li><li> Aspirar as calhas das caixas do solo para remover qualquer tipo de solo que derramou na sarjeta durante o processo de embalagem. </li></ol> 3. Caixas de montagem do solo na precipitação Simulator <ol><li> Coloque uma moldura construído a partir de 2 em x 6 em pressão madeira tratada no centro do simulador de chuva sobre a qual as caixas de solo wdoente ser colocado. Nota: A estrutura deve ter uma componente transversal no meio para proporcionar rigidez. Colocando caixas de solo sobre uma estrutura de fundo minimiza salpicos que podem ocorrer a partir de uma plataforma sólida imediatamente abaixo das caixas de solo e permite a drenagem livre a partir dos orifícios na parte inferior das caixas. </li><li> Posicione o quadro em blocos de cimento em uma altura que permite a colocação de garrafas de coleta e funis abaixo dos bicos sobre as calhas de coleta na frente de caixas de solo montadas na plataforma. </li><li> Além disso elevar a parte traseira da plataforma, utilizando tijolos, madeira e os calços, de tal modo que a parte de trás de uma caixa de solo colocado na plataforma é de 3 cm mais alto do que a parte dianteira da caixa, o que resulta em um declive de 3%. Medir a inclinação, colocando uma placa (&gt; 100 cm de comprimento) na parte de trás de uma caixa de solo montado na plataforma. Usando um nível de carpinteiro, mantenha o nível de placa e levantar a parte de trás da plataforma de modo que a frente da caixa é de 3 cm abaixo da placa de nível (Figura 3 </strong&gt;). Nota: Certifique-se de frente e de trás da plataforma é o nível de um lado para o outro. </li><li> Localize o ponto diretamente abaixo do bico em cima e evitar a colocação de uma caixa nessa posição para evitar grandes quedas de bico no início ou no final de um evento de chuva de cair em uma caixa de solo, em seguida, coloque cinco ou seis caixas uniformemente espaçados na plataforma . Marcar a posição das caixas e colocar sempre caixas nestas mesmas posições. </li></ol> 4. Selecionando a Fonte da Água de Rega <ol><li> Seleccionar uma fonte de água de irrigação que é relativamente livre de todos os elementos e os compostos, particularmente os de interesse para o estudo. Analisar a fonte de água antes do estudo para determinar a pureza da água. Nota: Se for necessário, resinas de permuta deve ser usada para atingir a pureza da água desejado. </li><li> Proporcionar uma fonte principal de água para o simulador de chuva que excede uma pressão de 8 psi e um caudal de 5 gpm. Nota: fontes municipais normais exceder estes requisitos mínimosmentos. Se usar caixas d&#39;água e bombas, certifique-se as bombas são capazes de fornecer uma fonte de água que excede a pressão mínima e vazão. </li></ol> 5. Seleção do Bico Tamanho usar <ol><li> Escolha um dos quatro tamanhos de bicos padrão que são utilizados para simulações de chuva. Nota: Cada bocal tem uma pressão e um óptimo desempenho de fluxo para atingir o tamanho de gota apropriado e intensidade (Tabela 1). Selecção do tamanho do bico para utilização num estudo em particular é determinado em relação à intensidade (cm / h) do evento de chuva natural para ser representada. </li></ol> 6. Chuvas Simulator Operação <ol><li> Posicione (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) para a posição fechada, a alavanca em ângulo de 90 graus em toda a tubulação, e ligue a principal fonte de água (municipal ou bomba). </li><li> Gire o parafuso de ajuste quadrado no topo da (3) válvula reguladora de pressão (Figura 4) anti-horário para rinduzir a pressão e abre a (4) da válvula de controlo de fluxo em linha ao lado in-line completamente. </li><li> Abra (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) completamente e ajuste a (3) válvula reguladora de pressão, girando o parafuso no sentido horário conjunto para atingir cerca de 8 psi no (6) manômetro localizado no topo do simulador de chuva. Nota: Uma vez que o (3) válvula reguladora de pressão foi definido para exceder ligeiramente a pressão do bocal desejado, ele não deveria ter que ser ajustada durante a operação do simulador de chuva, a menos que as principais mudanças de pressão fonte de água. </li><li> Fechar parcialmente a válvula (4) na linha de controle de fluxo (Figura 4) até que o contador (5) lê o fluxo de taxa de fluxo aproximado em galões por minuto, para o bocal em utilização e a (6) lê o indicador de pressão psi aproximado para o bocal em utilização (Tabela 1). </li><li> Fechar (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) para parar o fluxo, sem alterar otaxa e ajustes de pressão de fluxo. </li></ol> 7. Calibração Bico e precipitação Uniformidade <ol><li> Cubra os buracos nas solas dos 5 ou 6 caixas de solo vazios com fita adesiva para evitar que a água vaze para fora das caixas e colocá-los nas posições marcadas na moldura de madeira (veja o passo 3.4). </li><li> A posição e manter um comprimento de 10 pés de tubo de PVC de 2 polegadas com um cotovelo de 45 ° ligada à extremidade sobre o bocal e aberto (1) a válvula de esfera única alavanca. </li><li> Colete a descarga do tubo de PVC em um grande cilindro graduado para 10 seg. </li><li> Faça pequenos ajustes para a (4) da válvula de controle de fluxo em linha e repetir as 10 coleções seg até que o volume de fluxo de 10 seg coincide com o valor correspondente para o bico em uso (Tabela 1). Uma vez que a taxa de fluxo correcta é conseguido, utilizar o valor do medidor de fluxo em meios de variação da monitorização do fluxo devido à possibilidade de flutuações de pressão. Nota: Para calibrar corretamente o bico, the 10 seg volume de fluxo é uma medida mais precisa do que a leitura do medidor de vazão. </li><li> Remova o comprimento de 10 pés de tubo de PVC para permitir chuva para molhar a área do caixa e observe a data de início das chuvas. </li><li> Depois de exatamente 10 min parar abruptamente a precipitação, posicionando o tubo de PVC de 10 pés sobre o bocal para desviar o fluxo e fechar (1) a válvula de esfera única alavanca. </li><li> Medir o volume de água (ml) recolhido em cada caixa vertendo-a dentro de um cilindro graduado, e calcular a profundidade precipitação pela divisão do volume da área do fundo da caixa (2.000 cm 2). </li><li> Calcule o coeficiente de variação para a profundidade de chuvas. Nota: uniformidade de precipitação é obtida quando a profundidade precipitação nos 5 ou 6 caixas tem um coeficiente de variação &lt;0,05. Onde: CV = desvio padrão / média. </li><li> Se o CV não é inferior a 0,05, virar o bico de ¼ de volta mais forte e repita o processo de calibração. Nota: O bico pode precisar ser girado várias vezespara conseguir um CV de menos do que 0,05. </li><li> Uma vez que um CV de menos do que 0,05 é conseguido, repetir a calibração várias vezes para assegurar que a intensidade de precipitação entre corridas é consistente. </li></ol> 8. A realização de uma simulação de chuva <ol><li> Após a calibração, colocar caixas de solo acondicionadas em posições marcadas na moldura de madeira (veja o passo 3.4). </li><li> Frascos de coleta de Posição de escoamento e funis abaixo dos bicos de drenagem e impedir a chuva de cair diretamente na sarjeta usando um clipe de papel para anexar um escudo sobre a sarjeta (Figura 5). </li><li> Repita os passos de 7,2-7,5 para recalibrar vazão do bico imediatamente antes de um evento de simulação de chuva e iniciar chuvas. </li><li> Registre a data de início de escoamento para cada caixa quando o escoamento da água da calha de drenagem passa de um gotejamento lento para um fluxo contínuo. </li><li> Coletar amostras de escoamento em intervalos de tempo prescritos durante o evento trocando garrafas de coleção ou peloNo final de um evento de duração pré-determinada. </li><li> Para terminar um evento de chuva, pare a chuva, posicionando o tubo de PVC de 10 pés sobre o bocal para desviar abruptamente o fluxo e fechar (1) a válvula de esfera única alavanca. </li><li> Coletar as amostras de escoamento e volume recorde utilizando uma proveta graduada ou em massa assumindo que a água pesa 1 g / cm 2. </li><li> Misture as amostras cuidadosamente para que todos os sedimentos é em suspensão e, em seguida, tomar uma subamostra para análise laboratorial. </li></ol>

<ol>
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Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

O escoamento é gerado principalmente por dois mecanismos, a infiltração excesso de escoamento e saturação de excesso de escoamento 18 e é influenciado por propriedades do solo, umidade do solo antecedente, topografia e intensidade da chuva. Simulação de chuva pode ser usado para corrigir a variável intensidade da chuva e estudar uma ou mais das variáveis ​​restantes. A intensidade de precipitação e duração também pode ser controlado ao longo de uma gama limitada de estudo, alterando o tamanho do bocal. Os passos mais críticos para a realização de estudos de simulação de chuva em caixas de solos compactados são: 1) Assegurar embalagem uniforme de caixas do solo; 2) o controle antecedente umidade do solo; 3) taxa de fluxo para calibrar o bico seleccionado de modo a que o tamanho da gota e velocidade de aproxima-chuva natural; e 4) ajustar a posição do bico para garantir chuvas uniforme em todas as caixas de solo. No fim do processo de calibração, uma vez que um CV de menos do que 0,05 é obtido por precipitação a uniformidade em todos os soloscaixas, a 10 min de calibração deve ser repetido várias vezes para garantir que a intensidade de precipitação entre corridas é consistente. A CV também pode ser calculado para a uniformidade entre corridas. Se o CV para a uniformidade entre corridas é menor do que para a uniformidade de chuvas em todas as caixas, considere agrupar tratamentos replicar dentro corridas individuais para minimizar a variação entre os tratamentos. Caso contrário, para reduzir o erro associado a posição da caixa e entre corridas, aleatoriamente dois tratamentos e repetições de acordo com a posição da caixa, a tomar medidas para limitar a colocação de um tratamento em uma posição mais de uma vez. Usando este projeto simulador de chuva e um protocolo padrão para calibrar corretamente o simulador irá melhorar as comparações de resultados entre os estudos realizados por diferentes pesquisadores. Os dados obtidos desta forma pode ser usado para prever o que acontece sob chuva natural e entender melhor os processos e fatores que controlam perdas para o ambiente de nãoNpoint fontes de contaminantes. Tais estudos podem produzir dados valiosos para uso em modelos de desenvolvimento para prever o destino eo transporte de sedimentos e poluentes químicos em escoamento sob condições de chuva natural.

Os impactos ambientais da agricultura são uma preocupação global e em rápido crescimento, especialmente à luz das incertezas da mudança global. A chuva é uma força motriz para o transporte de contaminantes ambientais dos solos agrícolas das massas de água superficiais, através do escoamento superficial. Um grande corpo de pesquisa é focada na melhor compreensão das interacções entre chuvas e condições do solo pois determinam as fontes difusas de sedimentos, nutrientes e pesticidas perdas de solos agrícolas. O objetivo deste estudo foi caracterizar os efeitos da umidade do solo antecedente sobre o destino eo transporte de superfície aplicada uréia comercial, uma forma comum de nitrogênio (N) de fertilizantes, após um evento de chuva que ocorre dentro de 24 horas após a aplicação do fertilizante. Existem poucos estudos sobre o destino eo transporte de uréia no solo, porque a ureia é rapidamente hidrolisado de amônio após a aplicação de fertilizantes e therefore muitas vezes não disponíveis para o transporte. No entanto, estudos de bacias hidrográficas recentes sugerem que a ureia pode ser transportado de solos agrícolas para águas costeiras e provocam mudanças em direção a populações de organismos que produzem toxinas prejudiciais 1,2. Ambas as experiências laboratoriais e de campo demonstraram que, quando as diatomáceas australis Pseudo-nitzschia produtoras de ácido domóico (P. s Austr) foi cultivado em ureia enriquecido água do mar, a quantidade de ácido domoic produzido foi maior do que quando cultivados no nitrato de amónio ou enriquecido água do mar 3. Este estudo utilizou chuva simulada para investigar os processos que controlam o potencial de perdas de N-uréia no segundo turno após a aplicação de fertilizantes comerciais. Devido à variabilidade da chuva natural, simuladores de chuva têm sido usados ​​para aplicar taxas de precipitação uniforme sobre as superfícies de terra ou caixas de solo embalado para avaliar o escoamento sob condições controladas. Simuladores de chuva foram inicialmente usados ​​para estudar o soloerosão 4. No entanto, ao longo dos anos eles têm sido usados ​​para medir outros constituintes no escoamento superficial e lixiviado de solos 5-7. Os estudos de campo, utilizando chuvas naturais também têm sido realizados para avaliar as perdas de constituintes do solo em segundo turno. Tendências entre os dados de precipitação e de simulação de chuva naturais seguem um padrão semelhante, apontando para uma consistência nos processos. Portanto simulação de chuva pode ser utilizado em estudos para prever a ocorrência provável do que acontece sob chuva natural 8. Uma variedade de simuladores foram desenvolvidos e, normalmente, eles usam pulverizadores bicos para aplicar água em taxas e durações desejados. Em termos de tamanho, simuladores de chuva variam de um infiltrômetro de simples, pequeno, portátil com um 6 na área chuvas diâmetro 9 ao complexo simulador de chuva Kentucky, que abrange uma trama 14,75 pés x 72 pés (4,5 mx 22 m) 10. Uma lacuna no conjunto de pesquisas que empsimulação de chuva loyed é que não há nenhum projeto padronizado único ou protocolo para a realização de simulações de chuva 11. Na verdade, no &quot;Internacional Chuvas Simulator Seminário&quot; 2011 na Universidade de Trier, na Alemanha, uma comunidade colaborativa de cientistas de 11 países participantes concluíram que a padronização de simulação de chuva e simuladores é necessária, a fim de assegurar a comparabilidade dos resultados e para promover ainda mais desenvolvimentos técnicos para superar limitações físicas e restrições 12. Este estudo procura abordar parcialmente essa necessidade, apresentando uma descrição detalhada de um protocolo padronizado para a realização de simulações de precipitação usando um simulador que já é amplamente adotado para uso na América do Norte. Este experimento é parte de um estudo maior concebido para avaliar a fonte de uréia em águas estuarinas da Baía de Chesapeake, onde são conhecidos por ocorrer anualmente a proliferação de algas tóxicas. A objetividade específica<html> e do experimento foi determinar o efeito da umidade do solo antecedente em perdas de uréia no segundo turno. Caixas de solo duplicar uniformemente embaladas foram prewetted a uma das seis diferentes teores de humidade que representam 50, 60, 70, 80, 90, e 100% de capacidade de campo. A uréia foi aplicada na superfície forma prill a uma taxa de 150 kg N / ha. Dentro de 24 horas, as caixas foram submetidos a chuvas uniforme de 40 min de duração com frequência de 3,17 centímetros / hora, o equivalente a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em Maryland. Amostras de escoamento foram recolhidos a intervalos de 2 min, imediatamente filtrada através de um filtro de vidro (0,45 mm), e armazenadas a 4 ° C até serem analisadas no interior 24 horas de recolha. Concentrações de N-uréia foram determinados por análise por injeção em fluxo colorimetria 13. Os dados foram analisados ​​usando SAS V.9.1 14, e os resultados estatísticos foram considerados significativos em P ≤ 0,05. e_content &quot;&gt; O simulador de chuva portátil que foi utilizado neste estudo atende às especificações do projeto 15 e protocolo que foi desenvolvido pela Fósforo Projeto Nacional 16. Em os EUA eo Canadá, este projeto simulador e protocolo tem sido amplamente adotado como o método padrão para usar na determinação tanto dissolvido e perda de fósforo ligado a partículas no escoamento. Embora escoamento amostras foram analisadas para a ureia em vez de fósforo, o método para a aplicação uniforme e consistente para precipitação embalado caixas de solo é o mesmo que aquele que é brevemente descrito na Fósforo Nacional protocolo de simulação de chuva Projeto.

<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

A chuva é uma força motriz para o transporte de contaminantes ambientais dos solos agrícolas das massas de água superficiais, através do escoamento superficial. O objetivo deste estudo foi caracterizar os efeitos da umidade do solo antecedente sobre o destino eo transporte de superfície aplicada uréia comercial, uma forma comum de nitrogênio (N) de fertilizantes, após um evento de chuva que ocorre dentro de 24 horas após a aplicação do fertilizante. Apesar de uréia é assumido ser facilmente hidrolisada a amônio e, portanto, muitas vezes não é disponível para o transporte, estudos recentes sugerem que a ureia pode ser transportado de solos agrícolas para as águas costeiras onde é implicados na proliferação de algas nocivas. Um simulador de chuva foi usado para aplicar uma taxa consistente da precipitação uniforme em caixas de solo embalado que tinha sido prewetted para diferentes teores de umidade do solo. Ao controlar pluviométricos e solo características físicas, os efeitos da umidade do solo antecedente sobre a perda de uréia foram isolated. Solos mais úmidos exibiram menor tempo de iniciação chuvas do início de escoamento, maior volume total de escoamento superficial, as concentrações de uréia mais elevados no segundo turno, e maiores cargas de massa de uréia no segundo turno. Estes resultados também demonstram a importância de controlar a umidade do solo antecedente em estudos destinados a isolar outras variáveis, como a física do solo ou características químicas, declividade, cobertura do solo, de gestão, ou as características de chuva. Porque simuladores são projetados para oferecer os pingos de chuva de tamanho similar e velocidade como chuva natural, estudos realizados no âmbito de um protocolo padronizado pode produzir dados valiosos que, por sua vez, pode ser usado para desenvolver modelos para prever o destino e transporte de poluentes no segundo turno.

Uma das razões para a realização do experimento atual foi explorar fatores que podem ter contribuído para os maus resultados de um experimento anterior, onde a perda de uréia em segundo turno estava sendo comparados entre diversas formas de fertilizantes e adubos que continham uréia. Todos os tratamentos foram aplicados ao solo que tinha sido saturado e deixou-se escorrer a capacidade do campo. Resultados para cinco repetições do tratamento com uréia prill variou de concentrações de 1-12 mg / L N-uréia no segundo turno. Essa ordem de magnitude variação entre repetições era inaceitável sob condições controladas e confundia os resultados do experimento. A forte relação positiva entre o volume total de escoamento superficial ea concentração de uréia-N em escoamento sugeriu que as condições físicas, tais como embalagem ou condições de umidade antecedente variáveis ​​em virtude das diferentes condições de drenagem e secagem, foram fatores causadores. A fim de investigar a causa de tal variação extrema no urconcentrações de EA em segundo turno, todas as caixas no experimento atual foram cuidadosamente embalados com pesos iguais de barro misturado uniformemente solo silte, conforme ilustrado nas Figuras 1 e 2 a minimizar a variação em condições físicas. Para atingir 50, 60, 70, 80, 90, e 100% de capacidade de campo aproximado como determinado por molhagem, em seguida, secagem em forno a uma pequena quantidade de solo peneirado, o peso de água necessária para molhar o solo à correspondente humidade do solo 14 de antecedentes , 17, 19, 22, 25, e 27% foram calculados, adicionado às caixas, e deixou-se equilibrar S / N. A simulação de precipitação seguido o protocolo exacto descrito acima e ilustrado nas figuras 3-5. A 17 WSQ Jet completa 3/8 HH bico (Tabela 1) foi usado para entregar uma intensidade de precipitação de 3,2 cm / h durante um período de 40 min, o que equivale a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em Maryland. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Os volumes totais de escoamento, cargas e fluxo concentrações ponderadas resultantes são resumidos na Tabela 2. Houve uma relação positiva e significativa entre o volume de escoamento total e condição de umidade antecedente (Figura 6). Solos mais úmidos tinham menos capacidade de armazenamento de água e taxas de infiltração mais baixas, resultando em maiores volumes de escoamento. Houve uma relação negativa significativa entre o tempo de escoamento em condição de umidade antecedente (Figura 7). Água infiltrada em solos mais secos por um longo período de tempo antes de se tornarem molhada perto da superfície, fazendo com que o escoamento ocorra. Não surpreendentemente, houve uma relação positiva entre a carga total de N-uréia no escoamento superficial e volume total de escoamento (Figura 8). É bem conhecido em estudos hidrológicos que fluem volume é geralmente um forte preditor de carga total. Como a concentração irá comportar-se em resposta a um evento de escoamento é menos previsível. Fluxo concentratio ponderadan foi calculada pela soma das cargas para cada coleção escoamento 2 min e dividindo pelo volume total de escoamento. Isso é equivalente à concentração de um único conjunto de escoamento, no final do período de precipitação de 40 minutos. Neste estudo, verificou-se uma relação positiva significativa entre o fluxo de concentração ponderada no escoamento em condição de umidade antecedente (Figura 9). Dadas as relações lineares positivas entre volume de enxurrada e antecedente de umidade do solo e fluxo concentração ponderada e condição de umidade antecedente, uma relação positiva significativa entre a carga total de N-uréia e condição de umidade antecedente era esperado. No entanto, essa relação significativa foi melhor descrita por uma equação exponencial (Figura 10). Para visualizar a perda de N-uréia no escoamento ao longo do tempo, 2 min concentrações individuais e cargas acumuladas em uma réplica de uma caixa de solo representando cada Condit umidade antecedenteião foi representada graficamente ao longo do intervalo de tempo de precipitação de 40 minutos (Figura 11). Embora as concentrações de escoamento pode variar um pouco, de forma irregular ao longo do tempo (por exemplo, no caso de a humidade de 90%), as concentrações começam geralmente elevada e diminui ao longo do tempo. Cargas acumuladas ao longo do tempo são funções muito mais suave, e ilustram as relações significativas previamente discutidas. Tempo de escoamento é maior, as concentrações N-uréia no segundo turno são mais baixos, e as cargas acumuladas são menos para os solos mais secos. Apesar de uréia hidrolisa rapidamente no solo, quando a precipitação ocorre dentro de horas de aplicação superficial, grande parte do N ainda está presente na forma de uréia e está sujeito a perda de segundo turno. A ureia é uma molécula neutra e não é fortemente adsorvido às superfícies das partículas do solo. Como a água se infiltra nos solos mais secos durante a primeira parte de um evento de chuva carrega uréia Dissolvido para baixo no solo e longe da zona de escoamento superficial. Quando o escoamento for iniciada, há menos pr uréiaESENT e concentrações no segundo turno são mais baixos. A partir de um sentido prático, uréia quase sempre ser aplicada sob condições mais secas como equipamentos agrícolas não podiam atravessar solos que estão na capacidade de 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. Esquema de caixa embalada do escoamento do solo. Uma caixa de metal (100 cm x 20 cm x 7,5 cm), com 5 cm de lábio na extremidade da frente é embalado com o solo a uma profundidade de 5 cm. Escoamento que transborda de 5 cm do bordo é coletado em uma sarjeta anexado que é protegido contra chuvas caindo diretamente na sarjeta. Nove buracos 5 mm de diâmetro permitir que a água que se infiltra no solo para drenar a partir das caixas e impedir a formação de lagoas. Um mamilo ligado perto da borda dianteira da parte inferior da calha permite que a água de escoamento para drenar em funis e garrafas de coleta positioned abaixo do mamilo. <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. Materiais de embalagem caixa. Cerca de 4 camadas de gaze na parte inferior da caixa de evitar a perda de solo, mas permitem que a água escorra livremente. Um medidor de nivelamento que consiste em vidro acrílico ensanduichado entre duas placas de madeira é tão larga como a caixa (20 cm) e uma profundidade (2,5 cm) como a diferença entre os lados da caixa (7,5 cm) e a parte superior da calha (5 cm). Colocando o bordo do lábio da caixa de vidro acrílico é usada para o solo de grau para a profundidade da calha. <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. Poreposicionamento da plataforma. posicionar a plataforma de modo a que, quando as caixas de solo são embalados em posição, todos eles têm o mesmo declive. Para este estudo, a inclinação desejada foi de 3%. Enquanto mantém um nível de diretoria, posicione a plataforma para que a inclinação para baixo, fim sarjeta da caixa é de 3 cm abaixo da extremidade curva ascendente. A plataforma deve ser de nível na direção inclinação transversal. <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. Controles simulador de chuva começam a partir da fonte de água e progredir através do sistema de encanamento para o bico (1) válvula de esfera de alavanca única:. Esta é uma válvula de fechamento rápido. Lever em linha com tubo está ligado; alavanca em ângulo de 90 graus em toda a tubulação está desligado. Use esta válvula para ligar e desligar o fluxo, sem perturbar as válvulas que controlam a pressão e vazão. Abra totalmente e fechar totalmente. Do Não tente usar esta válvula para controlar a vazão. (2) filtro de sedimentos: Verifique o filtro periodicamente e substitua o elemento conforme necessário para evitar o entupimento com sedimentos. (3) válvula reguladora de pressão: Esta válvula controla a pressão na linha a partir deste ponto em diante. Demasiada pressão pode quebrar tubos, mangueiras ou conexões. (4) da válvula de controlo de fluxo em linha (a válvula de porta): Esta válvula é utilizado para afinar o fluxo para o bocal de modo a alcançar a taxa de fluxo desejada e pressão do bocal. (5) Medidor de fluxo: Medidas vazão aproximada. (6) Medidor de pressão: Medidas pressão aproximada no bico. <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. Caixas posicionados sobre a plataforma para simulação de chuva. Coloque 5 ou 6 caixas em posições marcadas para cada evento de simulação de chuva. Evite posicionar uma caixa dediretamente sob o bico para evitar gotejamento diretamente sobre uma superfície de caixa. <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. O volume total de escoamento é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (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 de escoamento está negativamente correlacionada com antecedente de umidade do solo (R 2 = 0,48). A superfície de um solo húmido satura rapidamente. Chuvas que excede a condutividade hidráulica do solo saturado gera escoamento. <img alt="Figura 8"<html> fo: content-width = &quot;5 polegadas&quot; fo: src = &quot;/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg&quot; /&gt; Figura 8. Carga total N-uréia é positivamente correlacionada com o volume de escoamento superficial (R 2 = 0,81). Diferenças no volume de escoamento superficial oprimir diferenças na concentração de N-uréia no segundo turno. <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. Concentração de fluxo ponderada do N-uréia é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R 2 = 0,66). Solos secos permitir a infiltração que lixivia de ureia-N no solo e para longe da superfície do solo. Quando o escoamento ocorre, menos uréia-N está disponível na superfície para o movimento no segundo turno. 5in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg &quot;/&gt; Figura 10. Carga total N-uréia é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R 2 = 0,74). As relações positivas entre volume total do escoamento em antecedente teor de umidade do solo e entre fluxo ponderada concentração de N-uréia e teor de umidade antecedente se combinam para resultar em uma relação exponencial (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. A concentração de uréia-N e as relações de carga acumuladas ao longo do tempo para uma réplica de cada antecedente do solo umidade conten t. Embora a concentração de ureia-N nem sempre é uma função suave ao longo do tempo, as relações significativas anterior<html> ly discutido pode ser visualizado. <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;"> Bico Tamanho </td><td style="width:96px;"> Intensidade </td><td style="width:145px;"> Pressão Optimum </td><td style="width:83px;"> Fluxo </td><td style="width:117px;"> 10 seg Fluxo </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"></td><td style="width:96px;"> cm / hr </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 </td><td style="width:83px;"> 1.5 </td><td style="width:117px;"> 940 </td></tr><tr height="29">: 173px; &quot;&gt; 24 WSQ Jet completa 3/8 HH </td><td style="width:96px;"> 3.3 </td><td style="width:145px;"> 6 </td><td style="width:83px;"> 1.8 </td><td style="width:117px;"> 1140 </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> 30 w Jet completa 1/2 HH </td><td style="width:96px;"> 6 </td><td style="width:145px;"> 5 </td><td style="width:83px;"> 2.2 </td><td style="width:117px;"> 1250 </td></tr><tr height="29"><td height="29" style="height:29px;width:173px;"> 50 w Jet completa 1/2 HH </td><td style="width:96px;"> 7 </td><td style="width:145px;"> 4.1 </td><td style="width:83px;"> 3.7 </td><td style="width:117px;"> 2300 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Tamanho do bico gráfico. Tamanhos de bicos que foram identificados para uso com este simulador de chuva e sua intensidade de precipitação associada, pressão e parâmetros de fluxo são apresentados. Selecção do tamanho do bico depende da desejadachuvas de intensidade. Intensidade de precipitação ea duração correspondem a um evento de precipitação de um determinado período de retorno para um local de estudo específico. Tamanho do bico 17 WSQ foi utilizada para este estudo. Chuvas de 40 min de duração com uma intensidade de 3,2 cm / h é equivalente a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em 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;"> A umidade do solo </td><td style="width:129px;"> Escoamento total </td><td style="width:129px;"> Fluxo ponderada </td><td style="width:127px;"> Carga total </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:27px;width:128px;"> % </td><td style="width:129px;"> de volume (L) </td><td style="width:129px;"> concentração </td><td style="width:127px;"> (Mg de ureia<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 N-uréia) </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;"> † números duplicados representam duas repetições para cada nível de umidade </td></tr></tbody></table> Números Tabela 2. Antecedente teor de umidade do solo, volume total de escoamento, o fluxo ponderados concentração de ureia-N e carga total de N-uréia após simulação de chuva. Duplicar representam duas repetições para cada nível de umidade

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A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Um simulador de chuva foi usado para aplicar uma taxa consistente da precipitação uniforme para caixas de solos compactados em um estudo sobre o destino eo transporte de uréia, um contaminante ambiental nonpoint. Em condições de solo e pluviosidade uniformes, antecedente umidade do solo exercida forte controle sobre a perda de uréia no escoamento superficial.

Um protocolo para Realização Chuvas Simulação para o Estudo de Escoamento do Solo

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 visualizações.  University of Maryland Eastern Shore.  Um simulador de chuva foi usado para aplicar uma taxa consistente da precipitação uniforme para caixas de solos compactados em um estudo sobre o destino eo transporte de uréia, um contaminante ambiental nonpoint. Em condições de solo e pluviosidade uniformes, antecedente umidade do solo exercida forte controle sobre a perda de uréia no escoamento superficial. 

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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.

Projeto e operação de uma contínua<sup&gt; 13</sup&gt; C e<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Câmara de uniforme ou Diferencial, metabólica e estrutural, Fábrica de Marcação por Isótopo

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

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.

Projeto e Construção de um Mecanismo de Pesquisa escoamento 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.

Protocolo experimental para indução-Plant Manipulando heterogeneidade do solo

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.

Amostragem do solo e isolamento de nematóides entomopatogênicos (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.

Um Protocolo de Coleta e Construindo lisímetros amostra de solo

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.

Monólito escavação para Coupled Hidrológicos, geoquímicos e microbiológicos Investigações

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.

A Tabela Gusseted Thermogradient para controlar a temperatura do solo para avaliar o crescimento da planta e monitoramento de processos do solo

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.

Medição e mapeamento de padrões de erosão e deposição relacionadas às concentrações de carbonato de solo sob gestão agrícola

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.

Uso de componentes principais para ampliação de modelos topográficos para mapear a redistribuição de terra e solo de carbono orgânico

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.

Projeto de microtrat e preparação de amostras de plantas e solo para 15análises de nitrogênio

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. ...