JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Toprak Debinin Eğitim için Yağmur Simülasyon yürütülmesi için protokol

Published: April 03, 2014
doi:
10.3791/51664
, , , , , ,
1Department of Agriculture, Food and Resource Sciences,University of Maryland Eastern Shore, 2Pasture Systems and Watershed Management Research Unit,USDA – Agricultural Research Service, 3Department of Natural Sciences,University of Maryland Eastern Shore

Summary

Bir yağış simülatörü, üre, Yaygın kaynak çevre kirletici kaderi ve ulaşım bir çalışmada paketlenmiş toprak kutularına üniforma yağış tutarlı bir oran uygulamak için kullanıldı. Üniforma toprak ve yağış koşulları altında, önceki toprak nem içeriği yüzey akışı üre kaybı üzerinde güçlü bir kontrol sarf.

Abstract

Yağış yüzey akışı yoluyla yüzeysel su kaynakları tarımsal toprakların çevresel kirleticilerin taşınması için bir itici güçtür. Bu çalışmanın amacı, gübre uygulamadan sonra 24 saat içinde cereyan eden bir yağış olayı aşağıdaki ticari üre, nitrojen (N) bir gübre sık görülen, uygulanan yüzeyde kaderi ve taşıma önce gelen toprak nem içeriğinin etkisini karakterize etmek olmuştur. Üre kolayca amonyum hidrolize olduğu varsayılır ve ulaşım için bu nedenle genellikle mevcut olmasa da, son çalışmalar üre zararlı alglerin çoğalmasına karıştığı kıyı sularında tarımsal toprakların taşınması olabilir öneririz. Bir yağış simülatörü farklı toprak nem içeriği önceden ıslatılmış olmuştu dolu toprak kutuları arasında üniform yağış tutarlı bir oran uygulamak için kullanıldı. Yağış ve toprak fiziksel özelliklerini kontrol ederek, üre kaybı önceki toprak nem etkileri isola edildited. Yağışlı topraklar yağış başlangıcından itibaren akış başlatılması, akış daha fazla toplam hacmi, ikinci turda daha yüksek üre konsantrasyonları, ve akış içinde üre büyük kitle yükleri kısa bir zaman sergiledi. Bu sonuçlar aynı zamanda toprağın fiziksel veya kimyasal özellikleri, eğim, toprak örtüsü, yönetim, ya da yağış özellikleri gibi diğer değişkenler, izole etmek için tasarlanmış çalışmalarda önceki toprak nem içeriği kontrol önemini göstermektedir. Yağış simülatörleri doğal yağışa benzer boyut ve hız yağmur damlaları sunmak için tasarlanmış olduğundan, standart bir protokol çerçevesinde yürütülen araştırmalar, sırayla, ikinci turda kirleticilerin kaderini ve taşıma tahmin modelleri geliştirmek için kullanılabilecek değerli veriler sağlayabilir.

Introduction

Tarımın çevresel etkileri özellikle küresel değişimin belirsizlikler ışığında, küresel ve hızla artan bir endişe vardır. Yağış yüzey akışı yoluyla yüzeysel su kaynakları tarımsal toprakların çevresel kirleticilerin taşınması için bir itici güçtür. Araştırma büyük bir gövde onlar sediment, besin ve tarımsal toprakların pestisit zararları Yaygın kaynaklarını belirlemek gibi daha iyi yağış ve toprak koşulları arasındaki etkileşimleri anlamaya odaklanmıştır. Bu çalışmanın amacı, gübre uygulamadan sonra 24 saat içinde cereyan eden bir yağış olayı aşağıdaki ticari üre, nitrojen (N) bir gübre sık görülen, uygulanan yüzeyde kaderi ve taşıma önce gelen toprak nem içeriğinin etkisini karakterize etmek olmuştur.

Üre hızla gübre uygulaması ve inci aşağıdaki amonyum hidroliz çünkü topraklarda üre kaderi ve ulaşım az sayıda çalışma vardırerefore nakliye için genellikle mevcut değildir. Ancak, son havza çalışmalar üre zararlı toksinleri 1,2 üreten organizmaların popülasyonlarının doğru kıyı sularında ve neden vardiya tarımsal toprakların taşınması olabilir öneririz. Laboratuar ve alan denemeleri Hem domoik asit üreten diatom Pseudo-Nitzschia australis (P. australi ler) üre zenginleştirilmiş deniz suyu içerisinde büyütüldüğü zaman, domoik asit miktarı, nitrat veya amonyum bakımından zenginleştirilmiş üzerinde büyüdüğü zaman daha büyük olduğu ürettiğini göstermiştir deniz suyu 3. Bu çalışma, ticari gübre uygulamasında aşağıdaki ikinci turda üre-N kayıpları için potansiyelini kontrol süreçlerini araştırmak için simüle yağış kullanılır.

Nedeniyle doğal yağış değişkenliği, yağış simülatörleri kontrollü şartlar altında akış değerlendirmek için arazi yüzeyleri veya paketlenmiş toprak kutuların üzerinde üniforma yağış oranlarını uygulamak için kullanılır olmuştur. Yağış simülatörleri başlangıçta toprak incelemek için kullanılmıştırerozyon 4. Ancak, yıllar içinde onlar topraklarda 5-7 yüzey akış ve sızıntı diğer bileşenleri ölçmek için kullanılır olmuştur. Doğal yağış kullanarak alan çalışmaları da ikinci turda toprak bileşenlerinin kayıplarını değerlendirmek için yapılmıştır. Doğal yağış ve yağış simülasyon verileri arasında Eğilimler süreçlerinde tutarlılık işaret ederek, benzer bir desen uygulayın. Bu nedenle yağış simülasyon doğal yağışa 8 altında ne olacağının tahmin etmek çalışmalarda kullanılabilir.

Yağış simülatörleri çeşitli geliştirilmiştir ve genellikle onlar istenen oranları ve süreleri ile su uygulamak için meme spreyleri kullanmayın. Büyüklüğü açısından, yağış simülatörleri çapı yağış alanında 9 bir 6 ile basit, küçük, taşınabilir bir süzülme bir komplo 14.75 ft x 72 ft (4.5 mx 22 m) 10 kapsar karmaşık Kentucky yağış simülatörü, değişir. Araştırma vücutta bir eksiklik bu employed yağış simülasyon yağış simülasyonlar 11 yürütmek için tek bir standart tasarım veya protokol olmasıdır. Aslında, Trier Üniversitesi, Almanya, 11 katılımcı ülkeden gelen bilim adamları ortak bir topluluk 2011 "Uluslararası Yağmur Simülatörü Çalıştayı" de yağış simülasyon ve simülatörleri bir standardizasyon sonuçlarının karşılaştırılabilirliği sağlamak ve daha fazla teşvik etmek için gerekli olduğu sonucuna fiziksel sınırlamalar ve kısıtlamalar 12 aşmak için teknik gelişmeler. Bu çalışma kısmen zaten yaygın olarak Kuzey Amerika'da kullanım için benimsenen bir simülatör kullanılarak yağış simülasyonlar yapmak için bir standart protokol ayrıntılı bir açıklama sunarak bu ihtiyacı gidermek istiyor.

Bu deney, toksik alg çoğalmaları yılda oluştuğu bilinen Chesapeake Körfezi haliç sularında üre kaynağını değerlendirmek için tasarlanmış daha geniş bir çalışmanın bir parçasıdır. Belirli Objectiv Deneyin e ikinci turda üre kayıplarla ilgili önceki toprak nem içeriğinin etkisini belirlemektir. Yinelenen muntazam toprak dolu kutular 50 temsil eden altı farklı nem içeriği biri, 60, 70, 80, 90, ve alan kapasitesinin% 100'e önceden ıslatılmış edilmiştir. Üre 150 kg N / ha bir oranda pril formunda uygulanır yüzey oldu. 24 saat içinde kutular yaygın Maryland Chesapeake Bay Doğu kıyısında yıllık bazda oluşur doğal bir çökelme olaya eşdeğer / saat 3.17 cm, hızında 40 dakika süresince üniforma yağış maruz kaldılar. Akış numuneleri hemen bir cam filtre (0.45 um) ile filtre edildi 2 dakika aralıklarla toplanmış ve bu toplama bölgesinin 24 saat içinde analiz edilinceye kadar 4 ° C'de saklandı. Üre-N konsantrasyonları akış enjeksiyon analizi 13 kolorimetre ile belirlenmiştir. Veri SAS V.9.1 14 kullanılarak analiz edildi ve istatistiksel sonuçlar p ≤ 0.05 anlamlı olarak kabul edildi.

e_content "> Bu çalışmada kullanılmıştır taşınabilir yağış simülatörü Milli Fosfor Projesi 16 tarafından geliştirilen tasarım özellikleri 15 ve protokolünü karşılamaktadır. ABD'de ve Kanada'da, bu simülatör tasarımı ve protokol yaygın için standart yöntem olarak kabul edilmiştir belirlenmesinde kullanımı çözüldü ve akış parçacık bağlı iki fosfor kaybı. akış numuneleri yerine göre üre fosfor için analiz edilmiştir, ancak toprak dolu kutular için muntazam ve tutarlı yağış uygulamak için yöntem kısaca National Fosfor açıklanan bu da aynıdır Proje yağış simülasyon protokolü.

Protocol

1.. Toprak Toplanması ve Hazırlanması Doğru toprak yüzeyinin fiziksel ve kimyasal koşulları temsil etmeyi toprak profilinin yüzey ufuklarında toprak toplayın. Not: Mümkün toprak yüzeyinin üst 5 cm'lik tahsil edilmelidir. Toprak toplama alanı toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki değişimleri sınırlamak için yeterince küçük olmalıdır. Kayaları kaldırmak için bir kaba (20 mm) elekten toprak eleyin. Not: Toprak biraz nemli ise Eleme kolaydır. Tercihen yeşil bir evde veya sıcak kapalı ortamda, kurutma kolaylaştırmak için ince bir tabaka halinde ağır bir branda üzerinde elenmiş toprak yayıldı. Bir kürek, tırmık veya bir dev calzone katlama gibi diğer bir taraftan muşamba kenarlarını çekerek toprağı karıştırın. Not: rip ya da bir kürek veya tırmık kenarı ile muşamba gözyaşı için değil dikkatli olun. Toprak iyice karıştırılır kadar bu işlemi birkaç kez tekrarlayın. 10 numune alınFarklı iyice karışık toprak yığını yerler ve homojenliği test etmek için bir Mehlich-3 fosfor testi 17 yapıyoruz. Not: 10 örneklerinin sonuçları <0.05 bir farklılaşma katsayısı (CV) olduğunda homojenlik elde edilir. Nerede: CV = standart sapma / ortalama. Mehlich-3 fosfor testi CV <0.05 olursa, toprak karıştırma devam eder ve homojenliği testi tekrarlayın. 2. Toprak Kutuları Paketleme Not: Zemin kutu dibinde dokuz 5 mm'lik boşaltma delikleri ile aynı uzunlukta boyutları, genişlik ve derinlik (100 cm x 20 cm x 7.5 cm) olan muntazam hacim olmalıdır. Kutular, 5-cm dudak ve bir ucunda bir toplama oluğu (Şekil 1) sahip olmalıdır. Hat 4 kat peynir bezle kutularının alt toprak doyduğunda su akmasına izin verirken kutuya deliklerden yıkama ikinci toprak tutmak. Elenmiş, kurutulmuş yeterli ve homojen bir birleştirme karıştırıyordu tarafından ilk toprak kutusunu paketi(yaklaşık 3.5 cm) düzeltti zaman yaklaşık yarım derin doldurmak için kutunun içine toprak immünize. Eşit toprağı yaymak ve düz tuğla ile paketi. Not: Toprak bu nedenle tuğlanın basınç altında kompakt değildir yeterince kuru olmalıdır. Toprağın başka bir 2 cm ilave edin ve 5 cm, oluk (Şekil 2) içine dökülen kutunun ağız yüksekliğinin paketlenmiş bir derinliğe kadar bir seviye göstergesi ile dışarı seviye. İlk paketlenmiş kutusuna eklendi toprak miktarını tartmak ve geri kalan bütün kutuları toprağın aynı ağırlık ekleyin. 5 cm ve düzgün yığın yoğunluğu bir toprak derinliği elde etmek için her bir kutu paketi. Paketleme işlemi sırasında oluk içine dökülen toprağı kaldırmak için toprak kutuları olukları vakum. 3. Yağmur Simulator Toprak Kutuları Montaj Yağış simülatörü merkezinde basınç tedavi kereste x 6 içinde 2 yapılmış bir kareyi bunun üzerine toprak kutuları whasta yerleştirilir. Not: çerçeve sertliği temin etmek üzere orta bir çapraz elemanı olmalıdır. Dipsiz bir çerçeve üzerinde toprak kutuları yerleştirerek aksi takdirde hemen toprak kutularının altındaki sağlam bir platform oluşacak sıçrama en aza indirir ve kutuları alt deliklerden serbest drenaj sağlar. Toplama şişelerde yerleştirilmesini sağlar ve platform üzerine monte edilmiş toprak kutularının ön toplama olukları üzerindeki ağızlı altında akıtan bir yükseklikte beton bloklar üzerinde çerçevesini yerleştirin. Bundan başka, bu platform üzerine yerleştirilen bir kir kutunun arka% 3 eğim sonuçlanan kutunun ön 3 cm'den daha yüksek olduğu şekilde tuğla, kereste ve şimleri kullanılarak platformun arka yükseltmek. Platformda bir toprak kutusunun arkasında bir tahta (> 100 cm uzunluk) monte yerleştirerek eğimini ölçün. Bir marangoz seviyesini kullanarak, yönetim kurulu düzeyde tutun ve platformun arka kutusunun ön 3 cm seviye kartının altında böyle (Şekil 3 zam </strong "). Not: platformunun ön ve arka yanlara seviyesi olduğundan emin olun. Doğrudan havai memenin altındaki noktasını bulun ve bir toprak kutusuna düşen bir yağış olayın başında veya sonunda memeden büyük damla önlemek için bu konumda bir kutu yerleştirerek önlemek, daha sonra eşit platformda aralıklı beş veya altı kutuları yerleştirin . Kutularının konumunu işaretlemek ve her zaman bu aynı pozisyonlarda kutuları yerleştirin. 4. Sulama Su Kaynağını Seçme Tüm elemanlar ve bileşikleri, çalışmanın ilgi özellikle nispeten serbest bir sulama suyu kaynağı seçin. Suyun saflığını belirlemek için çalışma öncesinde su kaynağını analiz. Not: Gerekirse, değişim reçineleri çok arzu edilen su saflık elde etmek için kullanılmalıdır. 8 psi'lik bir basınç ve 5 gpm bir akış oranını aşan yağış simülatörü için bir ana su kaynağı sağlar. Not: Normal belediye kaynaklar bu asgari gerektirir aşan×. Su tankları ve pompaları kullanıyorsanız, pompalar minimum basıncı aşan bir su kaynağı sunma yeteneğine sahiptir ve debi emin olun. 5. Kullanımı Meme Boyutu seçme Yağış simülasyonları için kullanılan dört standart nozul boyutlardan birini seçin. Not: Her meme, uygun damlacık boyutu ve yoğunluğu (Tablo 1) elde etmek için bir optimum performans basınç ve akış vardır. Belirli bir çalışmasında kullanılmak üzere meme boyutunun seçimi temsil edilecek doğal yağış olayın yoğunluğu (cm / saat) göre belirlenir. 6. Yağış Simülatörü Operasyonu Boru boyunca 90 derecelik bir açıyla kapalı pozisyonda kolu (1) tek kolu vanasını (Şekil 4) yerleştirin ve (belediye veya pompa), ana su kaynağını açın. R (3) basınç regülatörü valfi (Şekil 4) saat yönünün tersine üstüne kare set vidasınıbasıncı çıkarmak ve tam olarak bir sonraki-in-line (4) sıralı akış kontrol vanasını açın. (1) tek kolu vanasını tamamen (Şekil 4) açın ve yağış simülatörün üst kısmında bulunan (6) basınç göstergesi yaklaşık 8 psi ulaşmak için ayar vidası saat yönünde çevirerek (3) basınç regülatörü vanasını ayarlayın. Not: (3) basınç regülatörü valfı hafifçe istenen meme basıncını aşmayacak şekilde ayarlandıktan sonra, o ana su kaynağı basınç değişiklikleri sürece yağış simülatörü operasyon sırasında ayarlanması gerekir olmamalıdır. Kısmen yakın (5) akış metre kadar (4) sıralı akış kontrol vanası (Şekil 4), yaklaşık akım kullanılmakta olan meme için dakika başına galon oranı ve (6) basınç ölçer için yaklaşık psi okur okur Kullanılan meme (Tablo 1). Değiştirmeden akışını durdurmak için (1) tek kolu vanasını (Şekil 4) kapatınhızı ve basınç ayarlarını akış. 7. Nozul Kalibrasyon ve Yağmur tekdüzeliği Kutulardan sızan suyu engellemek ve (adım 3.4) ahşap çerçeve üzerinde işaretli konumlara yerleştirmek için koli bandı ile 5 veya 6 boş toprak kutularının diplerinde delikleri örtün. Konum ve meme üzerine ucuna bağlanmış bir dirsek ile 45 ° 2 inç PVC boru ve 10 m uzunluğa sahip ve (1) tek kollu vanasını açın. 10 saniye için büyük bir dereceli silindir PVC borusundan akıntı toplayın. (4) in-line akış kontrol vanası için küçük ayarlamalar yapın ve 10 saniye akış hacmine kadar 10 sn koleksiyonları tekrar kullanım (Tablo 1) meme için uygun değer eşleşir. Doğru akış hızı elde edilir, nedeniyle olası basınç dalgalanmaları akışı izleme varyasyon aracı olarak akış ölçer üzerinde değerini kullanın. Not: Düzgün meme, inci kalibre İçine 10 saniye akış hacmi, akış ölçer üzerinde okuma daha doğru bir ölçüsüdür. Yağış kutu alanı ıslak ve yağış inisiyasyon zaman not için izin PVC boru 10 metrelik uzunluğu çıkarın. Tam 10 dk aniden akışını yönlendirmek ve (1) tek kolu vanasını kapatmak için meme üzerine 10 metrelik PVC boru konumlandırarak yağış durdurduktan sonra. Dereceli bir silindir içine dökülerek her kutuda toplanan suyun hacmi (mi) ölçün ve kutunun alt alanında (2000 cm2) ile hacmine bölünmesiyle geniş derinliği hesaplar. Yağış derinliği için varyasyon katsayısını hesaplayın. Not: 5 ya da 6 kutularda geniş derin varyasyon <0.05 katsayısına sahip olduğunda, yağmur homojenlik elde edilir. Nerede: CV = standart sapma / ortalama. CV 0.05 'den daha az değilse, ¼ memeyi çevirin sıkı kapatın ve kalibrasyon işlemini tekrarlayın. Not: meme birkaç kez açık olması gerekebiliraz 0.05 CV elde etmek. Az 0.05 CV ulaşıldığında, ishal karşısında bu yağış yoğunluğu tutarlı olmasını sağlamak için Ayarlaması birkaç kez tekrarlayın. 8. Bir Yağmur Simülasyon yürütmek Kalibrasyonu takiben, (adım 3.4) ahşap çerçeve üzerinde işaretli pozisyonlar paketlenmiş toprak kutuları yerleştirin. Pozisyon akış toplama şişeleri ve boşaltma memesinin altında huniler ve oluk üzerinde bir kalkan (Şekil 5) takmak için bir ataş kullanarak doğrudan oluk içine düşmesini yağış engeller. Tekrar hemen önce bir yağış simülasyon olay meme akış hızı kalibre ve yağış başlatmak için 7,2-7,5 adımları. Boşaltma ağzı su drenaj sürekli bir akış yavaş akıntı döndüğünde her kutu için akış başlama zamanını kaydedin. Toplama şişe geçerek olay sırasında ya da öngörülen zaman aralıklarında akış örnekleri toplamakbelirlenen süre bir olayın sonu. Bir yağış olayı sonlandırmak için, aniden akışını saptırmak ve (1) tek kolu vanasını kapatmak için meme üzerine 10 metrelik PVC boru konumlandırarak yağış durdurun. Bu su 1 g / cm 2 ağırlığında varsayarak bir dereceli silindir veya kütlece kullanarak akış örnekleri ve kayıt hacmi toplamak. Tüm sediment süspansiyon ve daha sonra laboratuar analizi için altörneğini almak, böylece iyice örnekleri karıştırın.

Representative Results

Geçerli deney yaparak bir nedeni, ikinci turda üre kaybı üre içeren gübre ve gübrelerin çeşitli formları arasında karşılaştırıldığında edildiğini bir önceki deneyden gelen kötü sonuçlar katkıda bulunmuş olabilecek faktörleri keşfetmek oldu. Tüm tedaviler, doymuş ve alan kapasitesine boşaltmak için izin verilmiş olan topraklara uygulanmıştır. Üre Prill tedavinin beş çoğaltır için sonuçlar akış 1-12 mg / L üre,-N konsantrasyonları arasında değişmektedir. Çoğaltır arasında büyüklük varyasyon Bu sırada kontrol edilen koşullar altında kabul edilemez ve deneyin sonuçlarını eleştirilmiştir. Runoff toplam akış hacminin ve üre-N konsantrasyonu arasında güçlü bir pozitif ilişki böyle ambalaj veya farklı drenaj ve kurutma koşulları nedeniyle değişken öncel nem koşulları gibi fiziksel koşulları, nedensel faktörler olduğunu önerdi. Ur böyle aşırı varyasyon nedenini araştırmak amacıylaikinci turda adet konsantrasyonları, mevcut deneyde dikkatli bir şekilde tüm kutular fiziksel koşullarda varyasyonu en aza indirmek için, Şekil 1 ve 2 'de tasvir edildiği gibi üniform bir şekilde karıştırılmış alüvyon balçıklı toprağa eşit ağırlıkları ile paketlenmiştir. Elde etmek için, 50, 60, 70, 80, o zaman fırın elenmiş toprak küçük bir miktar kurutma, ıslatma ile belirlendiği gibi yaklaşık alan kapasite 90 ve% 100, 14 öncülü toprak nem muhtevasına tekabül eden toprağı ıslak için gereken suyun ağırlığı , 17, 19, 22, 25 ve% 27, hesaplanan kutuları için ilave edildi ve O / N dengelenmeye bırakıldı Yağış simülasyon tesisinin protokolü, yukarıda tarif edilen ve Şekiller 3-5 de gösterilen izledi. 17 WSQ Full Jet 3/8 HH meme (Tablo 1) yaygın Eastern Shore yıllık bazda oluşur doğal bir çökelme olayına eşdeğer bir 40 dakikalık bir süre boyunca 3.2 cm / saat 'lik bir yağış yoğunluğunu sağlamak için kullanılan Maryland Chesapeake Bay. <pclass = "jove_content"> çıkan toplam akış hacimleri, yükler ve akış ağırlıklı konsantrasyonları Tablo 2'de özetlenmiştir. Toplam akış hacmi ve öncel nem durumu (Şekil 6) arasında anlamlı pozitif bir ilişki vardır. Yağışlı topraklar su depolamak için daha az kapasiteye ve daha fazla akış debisi düşük infiltrasyon oranları vardı. Akış ve önceki nem durumu zaman arasında anlamlı negatif bir ilişki (Şekil 7) oldu. Bu yüzeye yakın ıslak olmadan önce su akış oluşmasına neden olan, daha uzun bir süre boyunca kuru kirlerin içine sızmış. Beklendiği gibi, yüzeysel akış ve toplam akış hacmi toplam yük üre-N arasında pozitif bir ilişki (Şekil 8) oldu. Biliyorsunuz hacim genellikle toplam yükün güçlü bir göstergesidir akış hidrolojik çalışmalarda bilinmektedir. Konsantrasyonu bir akış olaya yanıt olarak nasıl davranacağını daha az tahmin edilebilir. Ağırlıklı concentratio Akışn, her 2 dk akış toplama yükleri toplanmasıyla ve toplam akış hacmi ile bölünmesi ile elde edilmiştir. Bu, 40 dakika süresi yağış sonunda akış tek bir toplama konsantrasyonuna eşittir. Bu çalışmada, akış ve öncülü nem durumda akış ağırlıklı konsantrasyonu arasında pozitif yönde anlamlı bir ilişki (Şekil 9) oldu. Akış hacmi ve önceki toprak nemi arasında pozitif doğrusal ilişkileri dikkate alındığında ve ağırlıklı konsantrasyon ve önceki nem durumunu, toplam yük üre-N ve öncel nem durumu bekleniyordu arasında pozitif yönde anlamlı bir ilişki akış. Ancak, bu anlamlı ilişki iyi bir üstel denklem (Şekil 10) tarafından tarif edilmiştir. Her öncül nem condit temsil eden bir toprak kutunun bir replikasını zamanla ikinci turda üre-N kaybı, bireysel 2 dk konsantrasyonlarını ve kümülatif yükleri görselleştirmek içiniyon 40 dakika geniş bir zaman aralığı (Şekil 11) üzerinden çizilmiştir. Akış konsantrasyonları (% 90 nem durumunda örneğin) zamanla biraz düzensiz farklılık gösterebilir, ancak genellikle yüksek başlangıç ​​konsantrasyonları ve zaman içinde azalma. Zaman içinde kümülatif yükler çok daha kolay bir işlevleri vardır, ve daha önce tartışılan önemli bir ilişki gösterir. Akış için zaman ikinci turda üre-N konsantrasyonları düşüktür ve kümülatif yükler kurutucu topraklar için daha az, daha uzundur. Üre topraklarda hızlı bir şekilde hidrolize olmasına rağmen geniş yüzey uygulaması saat içinde meydana geldiğinde, N kısmı hala üre biçiminde mevcut olması ve akış kaybı tabidir. Üre nötr bir molekül olup, güçlü bir kir parçacıklarının yüzeylerine emdirilen değildir. Su yağış olayın başlarında sırasında kurutucu toprakları infiltrates olarak aşağı toprağa ve uzak yüzeysel akış bölgesinden çözünmüş üre taşır. Akış başlar ne zaman, daha az üre pr varESENT ve ikinci turda konsantrasyonları düşüktür. Çiftlik ekipman tarla kapasitesinde olan topraklarda hareket olamazdı gibi pratik anlamda, üre hemen her zaman kuru koşullarda uygulanacak. Şekil 1. Paketlenmiş toprak akış kutusunun şematik. Ön ucunda bir ağız 5 cm olan bir metal kutu (100 cm x 20 cm x 7.5 cm) 5 cm derinliğe kadar toprak ile doludur. 5 cm dudak üzerinde dökülen akış oluk içine doğrudan düşen yağış karşı korumalı bir bağlı oluk toplanır. Dokuz 5 mm çapında delik kutuları tahliye ve Göllenmenin önlemek için toprağı infiltratları su sağlamak. Oluk alt ön kenarına yakın bağlı bir emzik akış su hunisi ve toplama şişeleri pozisyonlar> içine akmasına izin veriyormeme altında oned. Şekil 2. Kutu ambalaj malzemeleri. Kutusunun alt tülbent yaklaşık 4 kat toprak kaybını önlemek ama su serbestçe akmasını sağlar. Iki tahta levha arasında sıkışmış akrilik cam oluşan bir seviye göstergesi kutusu (20 cm) ve derin (2.5 cm) kutunun kenarları arasındaki fark olarak (7.5 cm) ve oluk üst (5 kadar geniştir cm). Kutunun dudak üzerinde kurulu dinlenme tarafından akrilik cam oluk derinliği sınıf toprak için kullanılır. Şekil 3,. Popaketlenmiş toprak kutuları konumda olduğunda, hepsi aynı eğime sahip böylece platformu pozisyonlama. platformu yerleştirin. Bu çalışma için, istenen eğim% 3 idi. Bir tahta düzeyi tutarak aşağı eğim, kutunun oluk ucu 3 cm yukarı yamacından sonuna altında olduğunu, böylece platformu yerleştirin. Platformu, çapraz eğim doğrultusunda seviyede olmalıdır. Şekil 4. Su kaynağından başlayarak ve memeye sıhhi tesisat sistemi üzerinden ilerliyor yağış simülatörü kontroller (1) Tek kollu küresel vana:. Bu hızlı bir kapatma valfi olduğunu. Boru doğrultusunda kolu üzerinde; boru boyunca 90 derecelik açıyla kolu kapalı. Basıncını kontrol valfleri bozmadan ve kapalı akışını açmak ve akış hızı için bu valfi kullanın. Tamamen açın ve tamamen kapatın. Do akış hızını kontrol etmek için bu valfi kullanmayı deneyin. (2) Tortu filtresi: periyodik filtresini kontrol edin ve tortu ile tıkanmayı önlemek için gerektiği kadar elemanını değiştirin. (3) Basınç regülatörü valfi: Bu valf, bu noktadan itibaren hattı basıncını kontrol eder. Çok fazla basınç boruları, hortumları veya bağlantıları kesilebilir. (4) içinde, hat akış kontrol vanası (sürgülü vana): Bu valf ince ayar istenen akış oranı ve meme basıncı elde etmek için memeye akış için kullanılır. Tedbirler yaklaşık debisi: (5) Akış ölçer. (6) Basınç göstergesi: memede önlemler yaklaşık basınç. Şekil 5,. Yağış simülasyonu için bir platform üzerine yerleştirilmiş kutular. Her yağış simülasyon olay için işaretli pozisyonlar 5 veya 6 kutu yerleştirin. Bir kutu yerleştirmekten kaçınındoğrudan memenin altında bir kutu yüzeyi üzerine doğrudan damlamasını önlemek için. Şekil 6,. Toplam akış hacmi olumlu önceki toprak nem içeriği (R 2 = 0.64) ile ilişkilidir. Şekil 7. Akış zamanı olumsuz önceki toprak nem içeriği (R 2 = 0.48) ile ilişkilidir. Islak toprak yüzeyi hızla doldurur. Doymuş toprağın hidrolik iletkenliği aşan yağış sularının üretir. <img alt="Şekil 8," FO: İçerik-width = "5in:" src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg" /> Şekil 8,. Toplam yük üre-N pozitif akış hacmi (R2 = 0.81) ile ilişkilidir. Akış hacmi farklılığının ikinci turda üre-N konsantrasyon farklılıkları korkutur. Şekil 9,. Üre-N akış ağırlıklı konsantrasyonu olumlu önceki toprak nem içeriği (R 2 = 0.66) ile ilişkilidir. Kurutucu topraklar toprağa üre-N leaches ve uzak toprak yüzeyinden sızmalara. Akış meydana yaptığında, daha az üre-N runoff hareket için yüzeyde kullanılabilir. 5in "fo: src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg "/> Şekil 10. Toplam yük üre-N pozitif önceki toprak nem içeriği (R 2 = 0.74) ile ilişkilidir. Toplam akış hacmi ve önceki toprak nem içeriği arasında ve üre-N akış ağırlıklı konsantrasyon ve önceki nem içeriği arasındaki olumlu ilişkiler üstel ilişki (y = 0,2043 e 0.0405x) neden birleştirir. Şekil 11. Üre-N konsantrasyonu ve her önceki toprak nemi conten t bir replikasını için zamanla kümülatif yük ilişkileri. Üre N-konsantrasyonunun zaman içinde her zaman düzgün bir fonksiyonu değildir, ancak, önemli ilişkiler önceki ly görüntülendi olabilir tartışıldı. Memesi Boyutu Yoğunluk Optimum Basınç Akış 10 sn Akış cm / saat psi gpm ml 17 WSQ Full Jet 3/8 HH 3.2 6 1.5 940 : 173px; "> 24 WSQ Full Jet 3/8 HH 3.3 6 1.8 1.140 30 w Full Jet 1/2 HH 6 5.0 2.2 1.250 50 w Full Jet 1/2 HH 7 4.1 3.7 2.300 Tablo 1. Bu yağış simülatörü ve bunların ilişkili yağış yoğunluğu, basınç ve akış parametreleri ile kullanılmak üzere tespit edilmiştir meme boyu grafik. Meme boyutları sunulmaktadır. Meme boyutunun seçimi, istenen bağlıdıryoğunluğunu yağış. Yağış şiddeti ve süresi belirli bir çalışma yeri için belli bir periyotla bir yağış olaya karşılık. Memenin büyüklüğü 17 WSQ bu çalışmada kullanılmıştır. 3,2 cm / saat şiddetinde 40 dakika süre yağış yaygın Maryland Chesapeake Bay Doğu kıyısında yıllık bazda oluşur doğal bir çökelme olayı eşdeğerdir. Toprak nem Toplam akış Akış ağırlıklı Toplam yük % hacmi (L) konsantrasyon (Mg üre -N) (Mg L-1 N-üre) 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 † yinelenen sayılar her nem düzeyi için iki tekrarlamalı temsil Tablo 2.. Antecedent toprak nem içeriği, toplam akış hacmi, akış yağış simülasyon sonra üre-N konsantrasyonu ve toplam üre-N yük ağırlıklı. Çoğaltın numaraları her nem düzeyi için iki tekrarlamalı temsil

Discussion

Akış başlıca iki mekanizmaları, sızma aşırı akış ve doygunluk aşırı akış 18 tarafından oluşturulur ve toprak özellikleri, önceki toprak nemi, topografya ve yağış yoğunluğu etkilenir. Yağmur simülasyon yağış yoğunluğu degişkenini ve kalan değişkenlerin bir veya daha fazla çalışma için kullanılabilir. Yağmur yoğunluğu ve süresi de, meme boyutunu değiştirerek çalışma için sınırlı bir aralıkta kontrol edilebilir. Paketlenmiş toprak kutuları yağış benzetim çalışmaları yürütmek için en kritik adımlar şunlardır: 1) Toprak kutuları muntazam ambalaj sağlanması; 2) önceki toprak nem içeriği kontrol etmek; 3) Seçilen memesi için akış hızını kalibre böylece damla boyutu ve hız doğal yağış yaklaşır; ve 4) tüm toprak kutuları arasında üniform yağış sağlamak için meme pozisyonunu ayarlayarak.

Kalibrasyon işleminin sonunda, az 0.05 kez bir CV tüm toprak genelinde yağış bütünlüğü için elde edilirkutuları, 10 dk kalibrasyon çalışır karşısındaki yağış yoğunluğu sağlamak için birkaç kez tekrar edilmelidir tutarlıdır. Bir CV de ishal genelinde bütünlüğü için hesaplanabilir. Çalışan arasında homojenlik için CV tüm kutularını yağış muntazamlığı için daha az ise, tedavilerde varyasyonu en aza indirmek için, bireysel çalışan içinde tekrarlanan tedavi gruplandırma düşünün. Aksi halde bir kereden fazla bir pozisyonda bir tedavi yerleştirerek sınırlamak için adımlar atıyor, kutu pozisyonuna göre, kutu pozisyonu ile ilgili hatayı azaltmak ve ishal karşısında, hem tedaviler rastgele ve çoğaltır.

Bu yağış simülatörü tasarımı ve düzgün simülatörü kalibre için bir standart protokolü kullanarak farklı araştırmacılar tarafından yürütülen çalışmalar arasında kıyaslama artıracaktır. Bu şekilde elde edilen veriler, doğal yağış altında ne olur tahmin etmek için kullanılan ve daha iyi süreçleri ve hiçbir gelen çevreye zararları kontrol faktörleri anlamak edilebilirkirleticilerin npoint kaynakları. Bu tür çalışmalar, doğal yağış koşullarında akış sediment ve kimyasal kirleticilerin kaderini ve taşıma tahmininde gelişmekte modellerinde kullanılmak için değerli veriler sağlayabilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Yapı Hibe Gıda ve Tarım Ulusal Enstitüsü tarafından Maryland Eastern Shore Üniversitesi (UMES) verilen bir Kapasite tarafından kısmen finanse edildi. Yazarlar yağış simülatörü kurma ve yağış simülasyonlar şefliğinde yardım için Don Mahan (UMES) teşekkür etmek istiyorum. Teşekkürler Ayrıca laboratuvar analizleri ve numunelerin yağış simülasyon deneyi ve işlemleri yerine onların yardım için öğrenciler (UMES) LİSANS gerçekleştirmek için Janice Donohoe (UMES) genişletilir.

Materials

Rainfall Simulator  Joern's Inc. TLALOC 3000 Size 1.5m x 2.0m (size optional)
Rainfall Simulator  Joern's Inc. TLALOC 4000 Size 2.0m x 2.0m (size optional)
Rainfall Nozzle Spraying Systems Inc. 3/8HH-SS17WSQ Size 17 nozzle
Rainfall Nozzle Spraying Systems Inc. 3/8HH-SS24WSQ Size 24 nozzle
Rainfall Nozzle Spraying Systems Inc. 1/2HH-SS30WSQ Size 30 nozzle
Rainfall Nozzle Spraying Systems Inc. 3/8HH-SS50WSQ Size 50 nozzle
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Rainfall SimulationSoil RunoffSoil MoistureUreaNitrogen FertilizerContaminant TransportRunoff InitiationRunoff VolumeRunoff ConcentrationMass Loading

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kibet, L. C., Saporito, L. S., Allen, A. L., May, E. B., Kleinman, P. J. A., Hashem, F. M., Bryant, R. B. A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff. J. Vis. Exp. (86), e51664, doi:10.3791/51664 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image