Почва лизиметре Выемка для связанных гидрологические, геохимические и микробиологические исследования

Почва и ландшафтные динамика формируются под воздействием сложного взаимодействия физических, химических и биологических процессов ^1. Расход воды, геохимические погодным условиям , а также биологическая активность формируют общее развитие ландшафта в стабильную экосистему ^2,3. В то время как изменения поверхности являются наиболее заметные особенности ландшафта ^4, понимание совокупное воздействие гидрологических, геохимических и микробиологические процессы в приповерхностной области имеет решающее значение для понимания основных сил , которые формируют ландшафт ^2. Сценарии будущего климата возмущение далее запутать предсказуемость и характер ландшафта эволюции ^5. Таким образом, становится непростой задачей связать мелкомасштабные процессы их крупномасштабного проявления на ландшафтном уровне ^6. Традиционные лабораторные эксперименты мелкосерийных или эксперименты в естественных ландшафтов с неизвестными начальными условиями и временной переменной вынуждающих не дотягивают в захвате тысе внутренняя неоднородность эволюции ландшафта. Кроме того , из – за сильной нелинейной связи, трудно предсказать биогеохимические изменения от гидрологического моделирования в гетерогенных системах ^7. Здесь мы опишем новый экспериментальный метод выкопать полностью управляемый и контролируемый hillslope почвы с известными начальными условиями. Наша методика раскопок и отбор проб направлен на захват развивающейся гетерогенность hillslope вдоль его длины и глубины, с целью предоставления полного набора данных для исследования гидро-био-геохимических взаимодействий и их влияние на процессы почвообразования.

Гидрологические системы , встречающиеся в природе далеки от статического времени, с изменением гидрологических реакций , происходящих в широком диапазоне пространственных и временных масштабах ^3. Пространственная структура путей потока вдоль ландшафтов определяет скорость, объем и распределение геохимических реакций и биологической колонизации, которые управляютвыветривание, перенос и осаждение растворенных веществ и отложений, а также дальнейшее развитие структуры почвы. Таким образом, включение знаний из почвоведения, геофизики, экологии и в теории и экспериментальных проектов для оценки гидрологических процессов и улучшить гидрологические прогнозы было предложено ^8,9. Эволюция ландшафта также влияние подповерхностных биогеохимических процессов в сочетании с динамикой воды, элементарной миграции в процессе развития почвы, и минералогических преобразований , вызванных взаимодействием минеральных поверхностей с воздухом, водой и микроорганизмов ^10. Следовательно, важно изучить развитие геохимических горячих точек в рамках развивающейся пейзаж. Кроме того, важно, чтобы связать геохимические закономерности выветривания гидрологических процессов и микробиологических подписей в процессе формирования зарождающегося почвы для того, чтобы понять динамику комплексного развития ландшафта. Конкретные процессы генезиса почв регулируютсякомбинированным воздействием климатических, биологических ресурсов, рельефа и времени на конкретном исходного материала. Этот эксперимент был разработан для решения гетерогенность в выветривание исходного материала регулируется гидрологических и геохимических вариаций , связанных с рельефом ( в том числе наклона и глубины) и связанного с изменчивостью микробной активности, приводимый от градиентов окружающей среды (то есть, окислительно – восстановительный потенциал) в условиях , когда Исходный материал, климат и время остаются постоянными. Что касается активности микроорганизмов, почвенных микроорганизмов являются важнейшими компонентами , и оказывают сильное влияние на ландшафтном стабильность ^11. Они играют важную роль в структуре почвы, биогеохимического круговорота питательных веществ и роста растений. Поэтому необходимо понять значение этих организмов в качестве водителей выветривания, генезиса почв и процессов формирования ландшафта, при одновременном определении взаимных эффектов гидрологических потоков-путей и геохимической мыathering на структуру микробного сообщества и разнообразия. Это может быть достигнуто путем изучения пространственной неоднородности разнообразия микробного сообщества над изменяющимися которого гидрологические и геохимические характеристики также изучаются параллельно.

Здесь мы представляем процедуру раскопок лизиметре почвы, операционно под названием miniLEO, предназначенный для имитации крупномасштабных нулевого порядка бассейновых моделей ландшафтной Evolution обсерватории (НОО) размещались на Биосферы-2 (Университет штата Аризона). MiniLEO была разработана с целью выявления мелких эволюции ландшафта закономерности, связанные с кумулятивными гетерогенных гидро-био-геохимических процессов. Это лизиметре 2-м в длину, 0,5 м в ширину и 1-м в высоту и наклон на 10 ° (рис 1). Кроме того, стены лизиметра изолированы и покрыты не поддающихся биохимическому разложению двух частей эпоксидной грунтовки и совокупным заполненные алифатического уретана пальто, чтобы избежать возможного загрязнения или выщелачиваниеметаллов из лизиметра рамы в почву. Лизиметра был наполнен дробленым базальтовых пород, извлеченном из месторождения позднего плейстоцена тефрой связанного с Merriam Кратер в северной части штата Аризона. Загруженный базальт материал идентичен материалу, используемому в гораздо больших экспериментов на НОО. Минеральный состав, распределение размера частиц, а также гидравлические свойства описываются Pangle и др. ^12. Вниз по склону просачивания лицо было выложено перфорированной пластиковой экрана (порами диаметром 0,002-м, 14% пористости). Система оснащена датчиками, такими как содержание воды и датчиков температуры, двух типов потенциальных водных датчиков, почвенно-воды пробников, гидравлический баланс веса, электрических датчиков проводимости и датчиков давления для определения высоты грунтовых вод. Лизиметра орошали в течение 18 месяцев до начала земляных работ.

Выемка грунта дотошный в своем подходе и была направлена ​​на ответы на два широких вопроса: (1) то, что гидрологические, геохимические и микробные подписи можно наблюдать по всей длине и глубине наклона по отношению к моделируемых условиях осадков и (2) являются ли отношения и обратные связи между гидро-био-геохимических процессов, происходящих на hillslope можно вывести из отдельные подписи. Наряду с экспериментальной установки и процедуры раскопок, мы представляем репрезентативные данные и предложения о том, как применять аналогичные протоколы раскопок для исследователей, заинтересованных в изучении динамики в сочетании земной системы и / или процессы разработки почвы.