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

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 > 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. 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. 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. 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. 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. 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. Figura 6. O volume total de escoamento é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R 2 = 0,64). 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" fo: content-width = "5 polegadas" src ="/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg" "> 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. 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 "fo: src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg "/> 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). 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 ly discutido pode ser visualizado. Bico Tamanho Intensidade Pressão Optimum Fluxo 10 seg Fluxo cm / hr psi gpm ml 17 WSQ Jet completa 3/8 HH 3.2 6 1.5 940 : 173px; "> 24 WSQ Jet completa 3/8 HH 3.3 6 1.8 1140 30 w Jet completa 1/2 HH 6 5 2.2 1250 50 w Jet completa 1/2 HH 7 4.1 3.7 2300 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. A umidade do solo Escoamento total Fluxo ponderada Carga total % de volume (L) concentração (Mg de ureia -N) (Mg L-1 N-uréia) 27 † 2.96 4.99 13.66 27 2.87 4.37 12.55 25 2.52 3,57 8,62 25 1.81 px; "> 2,33 4.21 22 2.52 2.18 5.50 22 2.47 1.54 3.81 19 1.99 1.72 3.41 19 2.35 3.70 8,68 17 1.91 h: 129px; "> 1,69 3.22 17 1,66 0,90 1,50 14 1.51 0,78 1.18 † números duplicados representam duas repetições para cada nível de umidade 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