Протокол для сбора и построения Основных лизиметрах Почвы

Делмарва граничит с восточного берега залива Чесапик, и является домом для одной из крупнейших производственных регионов птицы в США. Примерно 600 миллионов кур и , по оценкам , 750000 тонн навоза образуются от производства этих птиц каждый ¹ год. Большая часть навоза используется на местном уровне в качестве поправки удобрений на сельскохозяйственных полях. Из – за исторически высоких темпов внесения навоза, питательные вещества , такие как азот и фосфор накопилось в почве и теперь подвержены потерям за пределы участка с помощью подповерхностного выщелачивания ^2. Большая часть потока подземных вод направлен в сторону обширной сетью канав , что в конечном счете стекают к Чесапикского залива ^3. Питательные вещества , занесенные в заливе связаны со снижением здоровья залива из – за эвтрофикации ^4.

Подключение питательных веществ с потерями внеплощадочных питательных веществ требует специализированных инструментов для мониторинга гидрологическиепотоки и связанные с ними питательные трансферты. Лизиметрах представляют собой основную категорию инструментов, используемых для характеристики и количественного определения движения питательных веществ через почвы. Лизиметрах имеют долгую историю использования при мониторинге потока питательных веществ в воде просачивающейся ^5-7, от напряжения лизиметрах , которые можно регулировать , чтобы противостоять почвенной матрице потенциал таким образом , чтобы они более точную оценку завода доступна вода, до нулевого напряжения испарителей , которые являются более репрезентативными процессов возникающие в процессе свободного дренажа. Все подходы к lysimetery присутствующие присущие уклоны. Например, некоторые лизиметры слишком малы , чтобы в полной мере представляют собой пространственно сложные процессы в естественных почвах, или являются слишком большими и дорогими , чтобы обеспечить хорошую статистическую репликацию гетерогенных почв ^8. Кроме того, пан лизиметры требуют почвы над ними , чтобы быть насыщенным для сбора фильтрата и неэффективны по сравнению с натяжными лизиметрах при измерении потока матрицы ^9.

Закрытые системы лизиметрические,такие как нулевой напряженности ядра почвы лизиметрах (также известный как почва монолита испарителей), значительно повысить доверие , с которым бюджеты и бюджеты воды связаны загрязняющего вещества (например, бюджеты питательных веществ) осуществляют ^10. Эти лизиметры являются наиболее представительными, если они содержат неповрежденные ядра почвы; лизиметры заполненные Переупакованная почвы не поддерживать первоначальную структуру, горизонты и соединения макропор , которые влияют на перенос растворенных веществ и соединений в виде частиц , так ^11,12. С экспериментальной точки ожидания, подходы , которые способствуют большей репликации ненарушенных почвенных условий являются предпочтительными, учитывая присущие пространственная изменчивость , которая существует в физической почвы и химических свойств ^13.

Два предпочтительные методы были использованы для сбора неповрежденной почвы ядро ​​лизиметрах: падение молота и режущей головки. Прежний был более обычно выполняется, так как это может быть достигнуто с устройствами в виде простых в качестве ездовой ветчиныМер (меньшие лизиметры). Когда выполняется должным образом, ядро ​​сбора почвы с падающего молота Было показано, что относительно экономически эффективными, особенно по сравнению с другими методами отбора керна. Однако огромные силы , налагаемые управляя лизиметре обсадных труб в землю может привести к размытию и уплотнения, создавая условия внутри лизиметра , которые не являются репрезентативными родной почвы и может даже благоприятствуют определенные типы движения воды (например, обводной воздушный поток, или поток вдоль ядро края почвы). В результате, некоторые исследователи предпочитали использование пробоотборников , которые разрезают прочь неповрежденный грунт с устройством бурения или других землеройных устройства ^5.

Различные материалы были использованы в качестве оболочек для основных почв испарителей. Стальные трубы и коробки сравнительно низкая стоимость, долговечны и легко доступны и могут быть использованы для сбора больших испарителей благодаря своей прочности ^14-17. Тем не менее, в то время как сталь является удовлетворительным для оценки выщелачивание отннительно инертные соединения, такие как нитрат, железо в стали реагирует с фосфатом и, следовательно, должны быть покрыты или иным образом обработаны для изучения выщелачивания фосфора. Как правило, пластиковые корпуса используются для изучения выщелачивание фосфора, например, толстостенные (Приложение 80) ПВХ трубы , которые могут выдержать удар падающего молота (если он используется) и сохраняют свою структуру , когда получаются сердечники почвы большего диаметра (например, ≥30 см) ^18-22.

В целом, основные почвы лизиметры анализ ex – situ. После сбора почвы ядро ​​лизиметры может быть установлен в наружных "лизиметре ферм", где окружающие почвы и надземных климатические условия представляют собой естественные полевые условия. Например, в Швеции, шведский сельскохозяйственный университет сохранил три отдельных лизиметре фермы в течение последних трех десятилетий, анализируя практику пестицид судьбы-транспортные, долгосрочные испытания плодородности почвы и управления, которые могут быть соизмеримы с диаметром Инта 30 смкт ²³ ядер. Основные почвы лизиметры также были подвергнуты помещении экспериментов на выщелачивание , где есть больший контроль климатических условий ^24,25. Лю и др. Использовали осадков симулятор регулярно орошают ядро почвы лизиметрах под массивом промежуточных культур ^26. Kibet и Кунь все используемые методы орошения рук для изучения мышьяк и вымывание питательных веществ через почву ядер ^27,28.

Разнообразие почвенно-гидрологические процессы могут быть выведены из основных почв испарителей. Kun и др. (2015) использовали 30 см диаметр лизиметрах колонки ПВХ для исследования вымывания азота после применения мочевины ^28. Путем сбора фильтрата через разные промежутки времени после события орошения, они были в состоянии провести различие между быстрым и постепенных потоков, причем первый предполагается во власти потока макропор, а позже предполагается, будут доминировать матрицы потока. Так как мочевина легко гидролизуется при контакте Wiй почвы, они интерпретировали наличие повышенных концентраций мочевины в фильтрате, собранных вскоре после применения мочевины в качестве доказательства макропор транспорта, обходили матрицу почвы. Со временем они обнаружены повышенные концентрации различных форм азота в фильтрате, отслеживающий преобразование прикладной мочевины в аммонийную форму после первоначального гидролиза, а затем превращение аммония в нитрат с нитрификации.

Чтобы проиллюстрировать соображения при проектировании, проведении и интерпретации основных экспериментов почвы лизиметре, мы провели исследование четырех различных почв, найденных в середине Атлантического прибрежной равнине США. В исследовании измеренная концентрация выщелачивание и потерю нитрата до и после нанесения сухого куриного помета (т.е. птицы "сора") ^28. Питательные потери от применения помета птицы в почву являются ключевой проблемой для здоровья Чесапикского залива, и понимание взаимодействия прикладнойпомета птицы и сельскохозяйственных свойств почвы необходимо для улучшения питательных рекомендаций по управлению. Мы представляем здесь подробный способ извлечения неповрежденные ядра почвы испарителей, отслеживание влажности почвы, и интерпретация дифференциального нитратов потери выщелачивание из этих почв.

Этот эксперимент является частью более крупного исследования , проведенного с целью оценки питательных веществ выщелачивание из сельскохозяйственных почв Делмарва, США ^27,28. Почва ядро ​​лизиметры были собраны из мест в штате Делавэр, Мэриленд и Вирджиния в 2010 году Здесь мы представляем неопубликованные результаты этих исследований. Хотя первоначальные эксперименты были проведены с целью оценки выщелачивание фосфора, нитратов вымывание из почв диссертаций также контролируется.

были отобраны четыре общие сельскохозяйственные почвы от Атлантического прибрежной равнине Чесапикского залива водораздела: Bojac (крупнозернистый суглинистые, смешанный, полуактивной, термический Typic Hapludult); Evesboro (Месич, покрытые LamellIC Quartzipsamment); Quindocqua (тонкая суглинистые, смешанный, активный, Месич Typic Endoaquult); Лавр (тонкая суглинистые, кремнистых, полуактивной, Месич Typic Hapludult). Для каждой почвы, горизонт морфологии описан из профилей , раскрываемых котлована колонн (таблица 1). Поверхностные текстуры почвы варьировались от песка (Evesboro) на суглинистых мелким песком / супеси (Bojac и Лавр) илу суглинок (Quindocqua). Хотя все почвы были исторически удобряли помета птицы, никто из них не был применен в течение 10 месяцев до начала исследования. Все почвы не было ни в коей-до производства кукурузы в течение по крайней мере один сезон до основной почвы коллекции лизиметре.

После сбора почвы ядро ​​лизиметры были транспортированы к simulatorium объекта USDA-ARS в State College, штат Пенсильвания. Там они были подвержены в помещении экспериментов орошения (22-26 ° C) для оценки вымывания питательных веществ, связанных с применением птицеводстве. В частности,лизиметры орошали с 2 см воды еженедельно в течение 8 недель до нитратов в перколята не была уравновешена между почвами. Птицеводстве (сухой птичий помет) затем наносят на поверхность всех почв со скоростью 162 кг га ^-1 общего N. Орошение было продлено еще на 5 недель. Датчики влажности записанные объемного содержания влаги через каждые 5 минут непрерывно, в течение всего орошения и выщелачивания цикла. Стоки собирали после 24 часов и снова через 7 дней непосредственно перед началом орошения.

ФИЛЬТРАТА данные из основных лизиметрах почвы были проанализированы с помощью простых описательных статистик для иллюстрации различий в фильтратов количества и качества между почвами, а также различия до и после нанесения подстилки. Поскольку датчики влажности почвы были размещены только в двух из основных лизиметрах повторности почвы для каждой почвы (Evesboro, Bojac, Лавр, Quindocqua), статистические данные по содержанию влаги в почве были основаны на N = 2, в то время как сtatistics для глубины фильтратов, нитрат-N концентрация и нитрат-N потока были получены из 10 основных почвенных испарителей для Evesboro, Bojac и Sassafras и 5 основных почв испарителей для Quindocqua. Для того, чтобы оценить важность репликации в пределах почв, были рассчитаны коэффициенты вариации (CV) для глубины фильтратов для различных чисел повторными. Подход моделирование методом Монте-Карло был использован повторно образец подмножества основных почвы лизиметрах (N = 3) от общего числа повторностей в пределах каждой группы почв (10 для Evesboro, Bojac, Sassafras; 5 для Quindocqua).