土壤蒸渗仪开挖加之水文，地球化学和微生物调查

土壤和景观动态由物理，化学的复杂的相互作用，和生物过程¹型。水流量，地球化学风化和生物活性塑造景观的整体发展成一个稳定的生态系统中^2,3。虽然表面的变化都在地下区域景观⁴的最显着的特征，水文地球化学的认识累积效应，和微生物方法是了解潜在力量塑造景观²至关重要。未来气候情景摄惊慌失措进一步进化景观⁵的可预见性和模式。因此，它成为对景观尺度⁶小规模的过程链接到他们大型的表现是一个挑战。传统的短期实验室实验或与未知的初始条件和时间变化迫使功亏一篑捕捉个自然景观实验Ë固有景观演变的异质性。另外，由于强非线性耦合，它是很难预测在异构系统⁷从水文模拟生物地球化学的变化。在这里，我们描述了一种新的实验方法来挖掘已知初始条件完全控制和监测土坡。我们的挖掘和取样程序的目的是捕获沿其长度和深度的坡面的显影异质性，以提供全面的数据集来调查水力生物地球化学相互作用以及它们对土壤形成过程的影响的目的。

在自然界中发现水文系统远远不是静态的时间，在发生了大范围的空间和时间尺度³的水文响应变化。沿着风景流动通道的空间结构决定的速度，程度和地球化学反应和生物殖民化推动的分布风化，运输和溶质和沉积物的沉淀，和土壤结构的进一步发展。因此，结合从土壤学，地球物理和生态知识转化为理论和实验设计，评估水文过程，提高水文预测已建议^8,9。景观演变也由地下的生物地球化学过程与水动力学，土壤发育过程中元素的迁移，并结合由空气，水矿物表面和微生物¹⁰的反应所带来的矿物转变的影响。因此，为一个变化的领域内研究地球化学热点的发展是重要的。此外，关键是为了了解复杂的景观发展的动态初始土壤形成过程中涉及的地球化学风化图案，水文过程和微生物的签名。土壤发生的具体过程管辖由气候，生物输入，浮雕和时间上的特定母材的综合影响。该实验的目的是要解决的条件，其中下在母材通过用浮雕（包括斜率和深度）相关的水文和地球化学变化支配风化的非均质性，并是受环境梯度（ 即 ，氧化还原电位）驱动在微生物活性相关的变异母体材料，气候和时间保持不变。对于微生物的活性，土壤中的微生物是重要组成部分，而且对景观稳定性¹¹深远的影响。它们在土壤结构，营养元素的生物地球化学循环和植物生长至关重要的作用。因此，有必要了解这些生物体如风化司机，土壤发生，和景观形成过程的重要性，同时识别的水文流动路径和地球化学我们的倒数效果athering对微生物群落结构和多样性。这可以通过在一个不断发展的景观的水文地球化学特征也正在研究并行研究微生物群落多样性的空间异质性来实现。

在这里，我们提出了一个土壤蒸渗仪，操作上名为miniLEO，设计模仿设在生物圈2号（亚利桑那大学）的景观演变天文台（LEO）的大型零阶盆地模型的挖掘过程。该miniLEO目的是为了查明从累计异构水文生物地球化学过程所产生的小规模的景观演化模式。它是一个蒸渗2米长，0.5米宽，并在高度1米，以及10°的斜面（ 图1）。此外，蒸渗的壁是绝缘的，涂有非生物降解的两部分组成的环氧底漆和骨料填充脂族氨基甲酸酯涂层，以避免潜在的污染或浸出从蒸渗帧到土壤中的金属。在蒸渗仪中弥漫着被从火山口梅里亚姆在亚利桑那州北部关联晚更新世火山灰的存款中提取碎玄武岩。加载的玄武岩材料是相同的大得多的LEO实验中使用的材料。矿物组合物，粒度分布，和液压属性由潘高等人 ¹²所述。下坡渗水面带小孔的塑料屏幕（0.002米直径的孔，14％的孔隙率）的衬里。该系统配有传感器，例如水含量和温度传感器，两种类型的水势传感器，土壤 – 水取样，液压重量平衡，导电性的探针，以及压力传感器，以确定水位高度。在蒸渗仪被用于灌溉前的开挖18个月。

此次发掘是在方法上细致，旨在回答两大问题：（1）什么水文，地球化学和微生物的签名可以在斜坡的长度和深度可以观察到相对于模拟降雨条件和（2）是否水力生物地球化学过程之间的关系，并反馈的坡面发生可以从推断个人签名。除了实验装置和发掘过程中，我们提出了关于如何申请类似的发掘协议兴趣研究加之地球系统动力学和/或土壤发展进程的研究人员具有代表性的数据和建议。