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研究人员解开地下水和空气之谜

导读站在外面,注意脚下。那里,也许在一些草地下。在干燥的日子里,土壤中所有的空间都充满了空气。再往下,这些空间完全是水。那么,两者之间

站在外面,注意脚下。那里,也许在一些草地下。在干燥的日子里,土壤中所有的空间都充满了空气。再往下,这些空间完全是水。那么,两者之间是什么呢?

那是毛细血管条纹。这可能是你从未听说过的最重要、最神秘的事情。

就像纸巾从表面吸水一样,水通过毛细作用上升到土壤的自然水位之上。土壤中的许多化学和微生物活动会根据周围的水量或空气量而变化。因此,毛细管边缘控制着土壤中许多重要的功能。

弗吉尼亚理工大学的研究生朱慧珊菲奥拉说,“重要的过程,如污染物的分解和碳的储存,取决于可用的水和氧气的数量。”“了解毛管边缘的条件将有助于我们预测某些土壤过程将在哪里发生。”

Fiola和她的团队开始更好地了解这个陌生的区域。但这并不容易。整个边缘都在地下,看不见。即使是科学家也很难就边缘的起点和终点达成一致。这就是实验室实验派上用场的地方。

该小组收集了两种土壤,一种是沙土,另一种是壤土。科学家将这种土壤放入一个5加仑的桶中,桶底部有孔,让水进入。

为了追踪毛细血管边缘的关键事件,Fiola求助于一个巧妙而简单的系统。为了研究土壤中有多少氧气,研究人员在聚氯乙烯管道上涂了防锈漆。他们把这些管子插入土壤。

氧气不足的地方,微生物就会“呼吸”而生锈。那会把铁锈变成另一种铁,然后被冲走。通过测量还剩多少铁锈,研究小组可以瞥见土壤下面。

研究人员惊讶地发现,在这两种类型的土壤中,水上升了整个桶的高度。这意味着毛细管边缘至少延伸9英寸,这超出了预期。

他们还惊讶于PVC管的腐蚀程度大大超过了地下水位。菲奥拉说:“这意味着毛细管边缘的土壤至少比地下水位高2英寸,就像地下水位中的土壤一样。”

“根据调查结果,地下水位正上方土壤的行为与地下水位中饱和土壤的行为非常相似,”Fiola说。

政府湿地定义为表层附近的饱和土壤。但是,如果土壤甚至在地下水位以上就饱和了,这意味着更多的地区可能会像湿地一样发挥作用,这是值得保护的。

科学家还想更好地了解毛细管边缘的水和空气是如何影响其他土壤过程的。为了追踪分解过程,他们在土壤中插入了木棍。研究人员发现,吃木棍的微生物具有很强的传染性。

菲奥拉说,“我们的结果表明,分解的微生物需要理想的条件——既不太湿也不太干。”木头在潮湿的桶中间吃得最多。

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