Name: a protocol for conducting rainfall simulation to study soil runoff
Uploaded: 2014-04-03T14:00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff at JoVE.com

עבודה זו מומנה בחלקו על ידי בניית יכולת גרנט הוענק לאוניברסיטת מרילנד החוף המזרחי (UMES) על ידי המכון הלאומי למזון וחקלאות. המחברים מבקשים להודות לדון מהאן (UMES) על עזרתו בהקמת סימולטור הגשמים ובביצוע סימולציות גשמים. תודה גם מורחבת לג&#39;ניס Donohoe (UMES) לביצוע ניתוחים במעבדה והסטודנטים לתואר ראשון סטודנטים (UMES) על עזרת בביצוע ניסוי הסימולציה גשמים והעיבוד של דוגמאות.

1. קרקע איסוף והכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את האדמה מהאופק של פרופיל הקרקע לייצג במדויק תנאים פיזיים וכימיים של פני השטח האדמה על פני השטח. הערה: אם אדמה אפשרית צריכה להיות שנאספו מ -5 ס&quot;מ העליונים של פני השטח. האזור לאיסוף אדמה צריך להיות קטן מספיק כדי להגביל את וריאציה פיזית קרקע ותכונות כימיות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסנן את האדמה דרך רשת גסה (20 מ&quot;מ) כדי להסיר את הסלעים. הערה: הסינון הוא יותר קל אם האדמה לחה במקצת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים את האדמה הסתנן החוצה ברזנט כבד בשכבה דקה כדי להקל על ייבוש, רצוי בבית ירוק או סביבה ביתית חמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לערבב את האדמה עם את חפירה, מגרפה או על ידי משיכת הקצוות של ברזנט מצד אחד לצד השני כאילו מתקפל calzone ענק. הערה: היזהר שלא לקרוע או לקרוע את הברזנט עם הקצה של את חפירה או מגרפה. חזור על תהליך זה מספר פעמים עד שהאדמה היא מעורבת באופן יסודי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח 10 דגימותמקומות שונים בערימה מעורבת ביסודיות קרקע ולבצע בדיקת זרחן Mehlich-3 17 לבדיקת הומוגניות. הערה: הומוגניות מושגת כאשר תוצאות 10 הדגימות יש מקדם שונה (CV) של &lt;0.05. איפה: CV = סטיית תקן / מתכוון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם קורות החיים של מבחן זרחן Mehlich-3 הוא&gt; 0.05, ממשיך לערבב את האדמה ולחזור על בדיקת הומוגניות. </li></ol> 2. אריזת קופסות קרקע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערה: תיבות קרקע צריכה להיות בנפח אחיד עם ממדים זהים באורכם, (100 סנטימטר x 20 סנטימטר x 7.5 סנטימטר) הרוחב ועומק עם תשעה חורים לניקוז 5 מ&quot;מ בחלק התחתון. תיבות צריכים שפתיים 5 סנטימטר ומרזב אוסף בקצה אחד (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קו התחתון של התיבות עם בד גבינה 4 רובדי כדי לשמור על אדמה מהשטיפה אל מחוץ לחורים בתיבה, ובמקביל לאפשר למים לזרום דרך כאשר הקרקע רוויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לארוז את תיבת האדמה לראשונה על ידי גורף מספיק מיובש, קלח, וhomogenized אדמה לתוך התיבה כדי למלא אותו כמחצית עמוקה כאשר החליק החוצה (כ 3.5 סנטימטר). מורחים את הקרקע באופן שווה ולארוז אותו עם לבנים שטוחים. הערה: קרקע צריכה להיות מספיק יבשה כך שהוא לא קומפקטי תחת הלחץ של הלבנים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף עוד 2 סנטימטר של אדמה וליישר אותו עם מד פילוס לעומק ארוז של 5 סנטימטר, הגובה של השפה של התיבה שנשפכה לתוך המרזב (איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את כמות האדמה שנוספה לתיבה הארוזה הראשונה, ולהוסיף אותו המשקל של אדמה לכל התיבות הנותרות. לארוז כל קופסא כדי להשיג עומק אדמה של 5 ס&quot;מ וצפיפות בצובר אחיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשאוב את המרזבים של תיבות האדמה כדי להסיר כל אדמה שנשפכו לביבים בתהליך האריזה. </li></ol> 3. הרכבה תיבות קרקע בסימולטור הגשם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם מסגרת נבנתה מתוך 2 בx 6 בעץ לחץ מטופלים במרכז סימולטור הגשמים שעליו תיבות אדמת wחולה יוצב. הערה: המסגרת צריכה להיות חבר צלב באמצע כדי לספק קשיחות. הצבת תיבות אדמה במסגרת תחתית ממזערת סנסציה שתתרחש אחרת מפלטפורמה מוצקה מייד מתחת לתיבות האדמה ומאפשרת ניקוז ללא חורים בחלק התחתון של קופסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המסגרת בקוביות בטון בגובה המאפשר מיקום של בקבוקי איסוף ומשפכים מתחת לפיות על מרזבי האוסף בחלק הקדמי של תיבות קרקע רכובים על הפלטפורמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יתר על כן להעלות את החלק האחורי של הפלטפורמה, תוך שימוש בלבנים, עץ ויתדות, כך שהחלק האחורי של תיבת אדמה הונחה על הפלטפורמה גבוהה 3 סנטימטר מהחלק הקדמי של הקופסה, וכתוצאה מכך שיפוע של 3%. מדוד את השיפוע על ידי הצבת לוח (&gt; אורך סנטימטר 100) בצד האחורי של תיבת אדמה רכובה על הפלטפורמה. שימוש ברמה של נגר, להחזיק את רמת הלוח ולהעלות את החלק האחורי של הפלטפורמה כזאת, כי החלק הקדמי של התיבה הוא 3 סנטימטר מתחת ללוח ברמה (איור 3 </strong&gt;). הערה: הקפד הקדמי והאחורי של הפלטפורמה היא ברמה מצד לצד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אתר את הנקודה ישירות מתחת לנחיר תקורה ולהימנע מהצבת תיבה במצב הזה, כדי למנוע טיפות גדולות מהנחיר בתחילתו או בסופו של אירוע גשמים מנפילה בתיבת אדמה, אז במקום חמש או שש קופסות מחולקת באופן שווה על הפלטפורמה . סמן את המיקום של התיבות ותמיד שם תיבות באותן עמדות. </li></ol> 4. בחירת המקור של השקיה במים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מקור מים להשקיה שהוא יחסית נקי מכל היסודות ותרכובות, במיוחד אלו של עניין למחקר. לנתח את מקור המים מראש של המחקר כדי לקבוע טוהר מים. הערה: במידת צורך, יש להשתמש שברפי חילוף כדי להשיג טוהר מים הרצוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק מקור מים עיקרי לסימולטור הגשמים העולה על לחץ של 8 אטמוספרות וקצב זרימה של 5 GPM. הערה: מקורות עירוניים רגיל יעלו מינימום אלה דורשיםמפעלים. אם אתם משתמשים במכלי מים ומשאבות, להיות בטוח המשאבות מסוגלות לספק אספקת מים העולה על הלחץ המינימאלי וקצב הזרימה. </li></ol> 5. בחירת גודל הנחיר להשתמש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר אחד מארבעת גדלי זרבובית סטנדרטיים המשמשים לסימולציות גשמים. הערה: לכל נחיר בלחץ אופטימלי ביצועים וזרימה כדי להשיג גודל טיפה נכון ואינטנסיביות (טבלה 1). בחירה של גודל נחיר לשימוש במחקר מסוים נקבעה ביחס לעוצמת (סנטימטר / שעה) של אירוע גשמים הטבעי להיות מיוצג. </li></ol> 6. גשמים Simulator מבצע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את (1) שסתום ידית אחת הכדור (איור 4) למצב הסגור, המנוף ב90 זווית תואר פני צינור, והפעל את מקור המים העיקרי (עירוני או משאבה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את בורג הסט המרובע בחלק העליון של (3) שסתום ווסת לחץ (איור 4) נגד כיוון השעון לrלהסיק את הלחץ ולפתוח (4) שסתום בקרת זרימה בקו הבא בשורה לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את (1) שסתום ידית אחת הכדור (איור 4) לגמרי ולהתאים (3) השסתום ווסת לחץ על ידי סיבוב בכיוון השעון בורג הסט להשיג כ 8 psi ב( 6) מד לחץ הממוקם בחלק העליון של סימולטור הגשמים. הערה: לאחר (3) השסתום ווסת לחץ הוגדר מעט יעלה לחץ הזרבובית הרצוי, זה לא צריך להיות מותאם במהלך הפעלתו של סימולטור הגשמים, אלא אם כן את השינויים בלחץ מקור מים העיקריים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסגור חלקית (4) שסתום בקו בקרת זרימה (איור 4) עד (5) מד הזרימה קורא את קצב הזרימה המשוער בליטרים לדקה לנחיר בשימוש ו( 6) מד הלחץ קורא psi המשוער עבור נחיר בשימוש (טבלה 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את (1) שסתום ידית אחת הכדור (איור 4) כדי לעצור את הזרם מבלי לשנות אתקצב זרימה והגדרות לחץ. </li></ol> 7. כיול נחיר וגשם אחידות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כסה את החורים בתחתית של 5 או 6 קופסות אדמה ריקות עם סרט דביק כדי למנוע ממים דולפים החוצה מהתיבות ולמקם אותם בעמדות המסומנות על מסגרת העץ (ראה שלב 3.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עמדה והחזק אורך 10 ft של צינור PVC 2 אינץ עם 45 ° מרפק מצורף בסוף מעל הנחיר ולפתוח את (1) שסתום ידית אחת הכדור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את השחרור מצינור PVC בגליל סיים גדול עבור 10 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע התאמות קלות ל( 4) שסתום בקרת זרימה בקו ולחזור על אוספי שניות 10 עד 10 שניות נפח הזרימה תואם את הערך המתאים לנחיר בשימוש (טבלה 1). ברגע שקצב הזרימה הנכון מושגת, השתמש בערך על מד הזרימה כאמצעי לוריאצית ניטור בזרימה בשל תנודות לחץ אפשריות. הערה: לכיול הזרבובית, ה כראוידואר 10 שניות נפח זרימה הוא מדד מדויק יותר מאשר בקריאה במד הזרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את אורך 10 מרגלות צינור PVC כדי לאפשר גשמים להרטיב את אזור התיבה ושמים לב לזמן של חניכה גשמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי בדיוק 10 דקות בפתאומיות להפסיק את הגשמים ידי מיקום צינור PVC 10 רגל מעל הנחיר להסיט את הזרימה ולסגור את (1) שסתום ידית אחת הכדור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את נפח מים (מיליליטר) שנאסף בכל תיבה על ידי שפיכתו לתוך גליל סיים, ולחשב עומק גשמים על ידי חלוקת נפח על ידי השטח של החלק התחתון של התיבה (2,000 2 סנטימטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את המקדם של וריאציה לעומק גשמים. הערה: אחידות גשם מושגת כאשר עומק גשמים ב5 או 6 קופסות יש מקדם שונה &lt;0.05. איפה: CV = סטיית תקן / מתכוון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם קורות החיים הוא לא פחות מ 0.05, להפוך את הזרבובית ¼ להפוך הדוק יותר ולחזור על תהליך הכיול. הערה: הפייה ייתכן שיהיה צורך פנתה מספר פעמיםכדי להשיג את קורות חיים של פחות מ 0.05. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שקורות חיים של פחות מ 0.05 מושגת, לחזור על הכיול כמה פעמים כדי לוודא שעוצמת הגשמים ברחבי ריצות עולה בקנה אחד. </li></ol> 8. ביצוע סימולציה גשם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות כיול, למקם את תיבות אדמה ארוזות בעמדות המסומנות על מסגרת העץ (ראה שלב 3.4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בקבוקי נגר עמדת איסוף ומשפכים מתחת לפיות הניקוז ולמנוע מגשמים ישירות מלנפול לתוך המרזב באמצעות מהדק נייר לצרף מגן על המרזב (איור 5). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 7.2-7.5 כדי לכייל מחדש קצב זרימת נחיר מייד לפני אירוע סימולציה גשמים וליזום גשמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את הזמן של חניכה נגר לכל תיבה כאשר ניקוז מים מזרבובית הניקוז הופך מטפטוף איטי לזרם מתמשך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף דגימות ניגר במרווחי זמן שנקבעו במהלך האירוע על ידי מיתוג בקבוקי אוסף אוסוף האירוע של משך שנקבע מראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסיים את אירוע גשמים, לעצור את הגשמים ידי מיקום צינור PVC 10 רגל מעל הנחיר להסיט את הזרימה בפתאומיות ולסגור את (1) שסתום ידית אחת הכדור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף את דגימות הנגר ושיא עוצמת קול באמצעות גליל סיים או על ידי מסה בהנחת מים ששוקל 1 גר &#39;/ 2 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הדגימות באופן יסודי כך שכל המשקעים הוא בהשעיה ולאחר מכן לקחת subsample לניתוח במעבדה. </li></ol>

<ol>
	<li>Glibert, P. M., Trice, T. M., Michael, B., Lane, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urea+in+the+tributaries+of+the+Chesapeake+and+Coastal+Bays+of+Maryland.">Urea in the tributaries of the Chesapeake and Coastal Bays of Maryland.</a> Water Air Soil Poll. 160, 229-243 (2005).</li><li>Glibert, P. M., Harrison, J., Heil, C., Seitzinger, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Escalating+worldwide+use+of+urea-a+global+change+contributing+to+coastal+eutrophication.">Escalating worldwide use of urea-a global change contributing to coastal eutrophication.</a> Biogeochemistry. 77, 441-463 (2006).</li><li>Howard, M. D. A., Cochlan, W. P., Ladizinsky, N., Kudela, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogenous+preference+of+toxigenic+Pseudo-nitzschia+australis+(Bacillariophyceae)+from+field+and+laboratory+experiments.">Nitrogenous preference of toxigenic Pseudo-nitzschia australis (Bacillariophyceae) from field and laboratory experiments.</a> Harmful Algae. 6 (2), 206-217 (2007).</li><li>Mutchler, C. K., Hermsmeier, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+rainfall+simulators.">A review of rainfall simulators.</a> Trans. ASAE. 8 (1), 67-68 (1965).</li><li>Kleinman, P. J. A., Sharpley, A. N., Veith, T. V., Maguire, R. O., Vadas, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+phosphorus+transport+in+surface+runoff+from+packed+soil+boxes.">Evaluation of phosphorus transport in surface runoff from packed soil boxes.</a> J. Environ. Qual. 33, 1413-1423 .</li><li>Kibet, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phosphorus+runoff+losses+from+a+no-till+coastal+plain+soil+with+surface+and+subsurface-applied+poultry+litter.">Phosphorus runoff losses from a no-till coastal plain soil with surface and subsurface-applied poultry litter.</a> J. Environ. Qual. 40, 412-420 (2011).</li><li>Feyereisen, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+direct+incorporation+of+poultry+litter+on+phosphorus+leaching+from+coastal+plain+soils.">Effect of direct incorporation of poultry litter on phosphorus leaching from coastal plain soils.</a> J. Soil Water Cons. (4), 243-251 (2010).</li><li>Vadas, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+for+phosphorus+transformation+and+runoff+loss+for+surface-applied+manures.">A model for phosphorus transformation and runoff loss for surface-applied manures.</a> J. Environ. Qual. 36, 324-332 (2007).</li><li>Bhardwaj, A., Singh, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+portable+rainfall+simulator+infiltrometer+for+infiltration+runoff+and+erosion+studies.">Development of a portable rainfall simulator infiltrometer for infiltration runoff and erosion studies.</a> Ag. Water Manage. 22 (3), 235-248 (1992).</li><li>Moore, I. D., Hirschi, M. C., Barfield, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kentucky+rainfall+simulator.">Kentucky rainfall simulator.</a> Trans. ASAE. 26, 1085-1089 (1983).</li><li>Grismer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standards+vary+in+studies+using+rainfall+simulators+to+evaluate+erosion.">Standards vary in studies using rainfall simulators to evaluate erosion.</a> Ca. Agri. 66 (3), 102-107 (2012).</li><li>Ries, J. B., Iserloh, T., Seeger, M., Gabriels, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rainfall+simulations+-+constraints,+needs+and+challenges+for+a+future+use+in+soil+erosion+research.">Rainfall simulations - constraints, needs and challenges for a future use in soil erosion research.</a> Z. Geomorphol. Suppl. 57 (1), 1-10 (2013).</li><li>Liao, N. L., Egan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+urea+brackish+and+seawater+by+flow+injection+analysis+colorimetry.">Determination of urea brackish and seawater by flow injection analysis colorimetry.</a> QuickChem Method. , (2001).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SAS+Institute.">SAS Institute.</a> The SAS system, version 8.0. , (2000).</li><li>Humphry, J. B., Daniel, T. C., Edwards, D. R., Sharpley, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+portable+rainfall+simulator+for+plot-scale+runoff+studies.">A portable rainfall simulator for plot-scale runoff studies.</a> Appl. Eng. Agric. 18, 199-204 .</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=National+Phosphorus+Research+Project.">National Phosphorus Research Project.</a> National research project for simulated rainfall- surface runoff studies: Protocol [Online]. , (2013).</li><li>Mehlich, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mehlich+No.+3+soil+test+extractant:+A+modification+of+Mehlich+No.+2+extractant.">Mehlich No. 3 soil test extractant: A modification of Mehlich No. 2 extractant.</a> Comm. Soil Sci. Plant Anal. 15, 1409-1416 (1984).</li><li>Dunne, T., Black, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+investigation+of+runoff+production+in+permeable+soils.">An experimental investigation of runoff production in permeable soils.</a> Water Res. Res. 6 (2), 478-490 (1970).</li></ol>

המחברים מצהירים שום אינטרסים כלכליים מתחרים.

נגר הוא בעיקר שנוצר על ידי שני מנגנונים, נגר עודף חדירה וניגר עודף הרוויה 18 ומושפע מתכונות קרקע, לחות מקדימה קרקע, טופוגרפיה, ועוצמת גשמים. סימולציה גשמים יכול לשמש כדי לתקן את משתנה עוצמת גשמים וללמוד אחד או יותר של המשתנים שנותרו. עוצמת גשמים ומשך גם ניתן לשלוט על מגוון מצומצם ללימוד על ידי שינוי גודל הנחיר. השלבים הקריטיים ביותר לביצוע מחקרי סימולציה גשמים בתיבות אדמה ארוזה הם: 1) אריזה אחידה של תיבות קרקע הבטחה; 2) שליטה תכולת לחות אדמה קודמת; 3) כיול קצב זרימה לזרבובית שנבחרה, כך שגודל הטיפה והמהירות קרוב לגשמים טבעיים; ו4) התאמת מיקום פייה כדי להבטיח כמות משקעים אחידות על פני כל תיבות האדמה. בסופו של תהליך הכיול, ברגע שקורות חיים של פחות מ 0.05 מושגת על אחידות גשמים על פני כל האדמהקופסות, כיול 10 דקות יש לחזור מספר פעמים על מנת להבטיח שעוצמת הגשמים ברחבי ריצות עולה בקנה אחד. יכולים גם להיות מחושבים קורות חיים לאחידות על פני ריצות. אם קורות החיים לאחידות על פני ריצות הוא פחות מזה לאחידות של גשמים בכל התיבות, כדאי לשקול קיבוץ טיפולים לשכפל בתוך ריצות בודדות כדי למזער וריאציה על פני טיפולים. אחרת, כדי להקטין את השגיאה הקשור למיקום תיבה ועל פני ריצות, באקראי שני הטיפולים ומשכפל פי עמדת קופסא, נקיטת צעדים שיגביל הצבת טיפול במצב יותר מפעם אחת. באמצעות עיצוב סימולטור גשמים זו ופרוטוקול סטנדרטי לכיול סימולטור כמו שצריך ישפר את ההשוואות של תוצאות על פני מחקרים שנערכו על ידי חוקרים שונים. הנתונים שמקורם בדרך זו יכול לשמש כדי לחזות מה יקרה תחת גשמים טבעיים ולהבין טוב יותר את התהליכים וגורמים השולטים בהפסדים לסביבה מלאמקורות npoint של חומרים מזהמים. מחקרים כאלה יכולים להניב נתונים יקרי ערך לשימוש בפיתוח מודלים לחיזוי גורל ההובלה של מזהמים כימיים במשקעים וניגרו בתנאי גשם טבעיים.

ההשפעות הסביבתיות של חקלאות הן דאגה עולמית וגדלה במהירות, במיוחד לאור אי הוודאויות של שינוי הגלובלי. כמות משקעים הוא כוח מניע להובלה של מזהמים סביבתיים מקרקעות חקלאיות לגופי מים surficial באמצעות נגר עילי. גוף גדול של מחקר מתמקד בהבנה טובה יותר של יחסי הגומלין בין גשמים ותנאי קרקע כפי שהם יקבעו מקורות Nonpoint של משקעים, מזין, והפסדים מחומרי הדברה בקרקעות חקלאיות. מטרת המחקר הייתה לאפיין את ההשפעות של תכולת לחות בקרקע מקדימה על גורל ההובלה של משטח הוחל אוריאה מסחרית, צורה נפוצה של דשן החנקן (N), בעקבות אירוע גשם המתרחש בתוך 24 שעות לאחר יישום דשן. ישנם מעט מחקרים על גורל ההובלה של אוריאה בקרקעות, כי אוריאה היא הידרוליזה במהירות לאמוניום הבאה יישום הדשן והerefore לא לעתים קרובות זמין עבור הובלה. עם זאת, המחקרים אחרונים מראים כי קו פרשת מים אוריאה יכולה להיות מועבר מקרקעות חקלאיות למימיי חופים ומשמרות סיבה כלפי אוכלוסיות של אורגניזמים המייצרים רעלים מזיקים 1,2. ניסויי מעבדה ושדה שני הראו כי כאשר australis domoic הפקת חומצת diatom פסיאודו nitzschia (ים Australi פ) היה גדל במי ים אוריאה מועשרת, כמות חומצת domoic הפיק הייתה גדול יותר כאשר גדלו על חנקת או מועשר אמוניום מי ים 3. מחקר זה השתמש גשמים מדומים כדי לחקור את התהליכים השולטים פוטנציאל להפסדי האוריאה-N בניגר לאחר יישום דשן מסחרי. בשל ההשתנות של גשמים טבעיים, סימולטורים גשמים היו בשימוש כדי להחיל שיעורי גשמים אחידים על פני משטחי קרקע או תיבות אדמה ארוזות להעריך נגר בתנאים מבוקרים. סימולטורים גשמים שימשו בתחילה ללמוד אדמהשחיקה 4. עם זאת, לאורך השנים שהם שימשו למדידת מרכיבים אחרים בניגר עילי והתשטיפים מקרקעות 5-7. מחקרי שדה באמצעות גשמים טבעיים גם נערכו כדי להעריך את ההפסדים של מרכיבי קרקע בניגר. מגמות בין נתוני גשם וסימולציה גשמים הטבעיים לעקוב אחר דפוס דומה, מצביע על עקביות בתהליכים. לכן סימולציה גשמים ניתן להשתמש במחקרים כדי לחזות את ההתרחשות הסבירה של מה שקורה מתחת לגשמים טבעיים 8. מגוון רחב של סימולטורים גשמים פותחו, ובדרך כלל הם משתמשים במרססי נחיר ליישם מים בשיעורים ומשכי זמן רצויים. במונחים של גודל, כמות משקעים נעים בין סימולטורים infiltrometer פשוט, קטן, נייד עם 6 באזור גשמים בקוטר 9 לסימולטור המורכב קנטאקי הגשמים, המשתרע על פני עלילה 14.75 ft x 72 רגל (4.5 MX 22 מ &#39;) 10. חסרון אחד בגוף של מחקר שEMPהסימולציה הגשמים loyed היא שאין עיצוב אחד סטנדרטי או פרוטוקול לביצוע סימולציות גשמים 11. למעשה, ב2011 &quot;הבינלאומית גשם Simulator הסדנה&quot; באוניברסיטת טרייר, גרמניה, קהילה שיתופית של מדענים מ11 מדינות המשתתפות למסקנה כי סטנדרטיזציה של סימולציה גשמים וסימולטורים נחוצה על מנת להבטיח להשוות את תוצאות וכדי לקדם התפתחויות טכניות כדי להתגבר על מגבלות ואילוצים 12 פיזיות. מחקר זה מבקש לתת מענה לצורך שבאופן חלקי על ידי הצגת תיאור מפורט של פרוטוקול סטנדרטי לביצוע סימולציות גשמים באמצעות סימולטור שכבר אומץ באופן נרחב לשימוש בצפון אמריקה. ניסוי זה הוא חלק ממחקר גדול יותר שנועד להעריך את מקור האוריאה במי שפכי נהרות של מפרץ צ&#39;ספיק בי פריחת אצות רעילה ידועות מתרחשת מדי שנה. Objectiv הספציפי<html> דואר של הניסוי היה לקבוע את ההשפעה של תוכן על לחות קרקע מקדימה על הפסדי אוריאה בניגר. תיבות אדמה ארוזות לשכפל אחיד היו prewetted לאחד משש תכולת לחות שונה המייצגת 50, 60, 70, 80, 90, ושל קיבולת שדה 100%. אוריאה הייתה משטח מיושם בצורת prill בשיעור של 150 קילוגרם N / חה. בתוך 24 שעות התיבות היו נתונים לגשם אחיד של 40 משך דקות בקצב של 3.17 סנטימטר / שעה, שווה ערך לאירוע ממטרים טבעי שמתרחש בדרך כלל על בסיס שנתי, בחוף המזרחי של מפרץ צ&#39;ספיק במרילנד. דגימות נגר נאספו במרווחי 2 דקות, מייד מסוננים באמצעות מסנן זכוכית (0.45 מיקרומטר), ומאוחסנות על 4 מעלות צלזיוס עד שהם נותחו תוך 24 שעות של אוסף. ריכוזי שתנן-N נקבעו על ידי colorimetry ניתוח הזרקת זרימה 13. נתונים נותחו באמצעות v.9.1 SAS 14, ותוצאות סטטיסטיות נחשבו משמעותית בP ≤ 0.05. e_content &quot;&gt; סימולטור הגשמים הנייד שהיה בשימוש במחקר זה עומד במפרטי העיצוב 15 ופרוטוקול שפותח על ידי הלאומי זרחן הפרויקט 16. בארה&quot;ב ובקנדה, עיצוב סימולטור זה ופרוטוקול כבר אומצו באופן נרחב כשיטת סטנדרטית עבור להשתמש בקביעת שני מומס ואובדן הזרחן הנכנס חלקיקים בניגר. למרות שדגימות נגר נותחו לאוריאה ולא זרחן, השיטה ליישום אחיד ועקביים לגשמים ארוז תיבות אדמה היא זהה לזה שמתואר בקצרה בזרחן הלאומי פרוטוקול סימולציה גשמים פרויקט.

<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

כמות משקעים הוא כוח מניע להובלה של מזהמים סביבתיים מקרקעות חקלאיות לגופי מים surficial באמצעות נגר עילי. מטרת המחקר הייתה לאפיין את ההשפעות של תכולת לחות בקרקע מקדימה על גורל ההובלה של משטח הוחל אוריאה מסחרית, צורה נפוצה של דשן החנקן (N), בעקבות אירוע גשם המתרחש בתוך 24 שעות לאחר יישום דשן. למרות האוריאה הנחה היא שהידרוליזה בקלות לאמוניום ולכן לא לעתים קרובות זמינה עבור תחבורה, מחקרים שנעשה לאחרונה מראים כי אוריאה יכולה להיות מועבר מקרקעות חקלאיות למימיי חופים שבו הוא מעורב בפריחת אצות מזיקה. סימולטור גשמים שימש להחיל שיעור של גשמים אחידים על פני תיבות אדמה ארוזות שprewetted לתוכן לחות קרקע שונה עולה בקנה אחד. על ידי שליטה על מאפיינים פיזיים גשמים ואדמה, את ההשפעות של לחות קרקע הקודמת על ירידה באוריאה היו Isolaטד. קרקעות מרטיב הוצגו זמן קצר יותר מייזום גשמים לייזום נגר, נפח כולל גדול יותר של מי נגר, ריכוזי אוריאה גבוהים בניגר, והעמסות מסה גדולות יותר של אוריאה בניגר. תוצאות אלו גם להדגים את החשיבות של שליטה על תוכן לחות קרקע קודם במחקרים שנועדו לבודד את משתנים אחרים, כגון פיזי קרקע או מאפיינים כימיים, מדרון, כיסוי קרקע, ניהול, או מאפייני גשמים. בגלל סימולטורים גשמים נועדו לספק טיפות גשם בגודל דומה ומהירות כגשמים טבעיים, מחקרים שנערכו תחת פרוטוקול סטנדרטי יכולים להניב נתונים יקרי ערך זה, בתורו, יכול לשמש לפיתוח מודלים לחיזוי גורל ההובלה של מזהמים בניגר.

Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff at JoVE.com

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

סימולטור גשמים שימש להחיל שיעור של גשמים אחידים לתיבות אדמה ארוזות במחקר של גורל ההובלה של אוריאה, זיהום סביבתי מקור Nonpoint עקבי. בתנאי קרקע וכמות משקעים אחידים, תוכן לחות קרקע קודם שהפעיל שליטה חזקה על אובדן אוריאה בניגר עילי.

פרוטוקול לעריכת סימולציה גשם לחקר ניגר קרקע

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

Research

JoVE Journal

Environment

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

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

עיצוב והפעלה של רציף<sup&gt; 13</sup&gt; C ו<sup&gt; 15</sup&gt; N תיוג הלשכה לאחיד או דיפרנציאלי, מטבולית ומבנית, צמח איזוטופ תיוג

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

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

עיצוב ובנייה של מתקן מחקר ניגר עירוני

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

פרוטוקול ניסוי להטרוגניות קרקע מושרה צמח מניפולציה

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)

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes Steinernematidae, Heterorhabditidae

דגימת קרקע ובידוד של Entomopathogenic נמטודות (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

פרוטוקול Lysimeters Core קרקע איסוף הבנייה

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

חפירה באדמה Lysimeter עבור ההידרולוגי מצמידים, גיאוכימיות, וחקירות מיקרוביולוגיות

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

לוח א gusseted Thermogradient לשלוט טמפרטורות קרקע להערכת גדילת צמחי ניטור תהליכי אדמה

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

מדידה ומיפוי דפוסים של סחף אדמה ומשקעים הקשורים אדמה ריכוזים קרבונט תחת ניהול חקלאיים

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

השימוש של הרכיבים העיקריים עבור קנה מידה את סימון שבילים מודלים למיפוי פחמן אורגני הפצה אדמה וקרקע

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

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

מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור 15ניתוח חנקן

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. ...