Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Zusammenfassung

Räumliche Muster von Erosion und Ablagerung Boden Höhenunterschiede abgebildet bei gegebener Zeit-Schritten entnehmen. Solche Änderungen in der Höhe beziehen sich auf Änderungen in oberflächennahen Böden Karbonate. Wiederholbare Methoden für Feld- und Laborversuche Messungen dieser Mengen und Daten-Analyse-Methoden werden hier beschrieben.

Zusammenfassung

Räumliche Muster von Erosion und Ablagerung Boden Höhenunterschiede abgebildet bei gegebener Zeit-Schritten entnehmen. Solche Änderungen in der Höhe beziehen sich auf Änderungen in oberflächennahen Bodenprofilen Calciumcarbonat (CaCO₃). Ziel ist es, einen einfachen konzeptionellen Modell und ausführliches Protokoll für wiederholbare Feld- und Labormessungen dieser Mengen zu beschreiben. Hier wird genaue Höhe anhand ein bodengebundenen differential global positioning System (GPS); andere Daten Akquisemethoden konnte auf die gleiche grundlegende Methode angewendet werden. Bodenproben werden von gesammelt, Tiefe Intervalle vorgeschrieben und im Labor mit einer effizient und präzise veränderten Druck-Calcimeter-Methode für die Quantitative Analyse von anorganischen Kohlenstoff-Konzentration analysiert. Standard-statistische Methoden werden angewendet, um Datenpunkt und repräsentative Ergebnisse zeigen signifikante Korrelationen zwischen Änderungen in Boden Oberflächenschicht CaCO₃ und in der Höhe mit dem konzeptionellen Modell konsistent; CaCO₃ in der Regel in den Ablagerungsbedingungen Bereichen verringert und erosive Bereichen erhöht. Karten stammen aus Punktmessungen der Höhe und des Bodens CaCO₃ um Analysen zu unterstützen. Eine Karte der Erosions- und Ablagerungsprozessen Muster im Untersuchungsgebiet, ein regen-fed Winter Weizenfeld in wechselnden Weizen-Brache Streifen, beschnitten zeigt die wechselwirkenden Effekte von Wasser und Wind-Erosion betroffen sind Management und Topographie. Alternative Probenahmeverfahren und Tiefe Intervalle sind diskutiert und für die künftige Arbeit im Zusammenhang mit Erosion und Ablagerung zu CaCO₃Boden empfohlen.

Einleitung

Bodenerosion droht die Nachhaltigkeit der landwirtschaftlichen Flächen. Beschneiden Sie Management, z. B. einer konventionell bebaut Winterweizen-Brache Fruchtfolge zu, beschleunigen Sie Erosion und Ablagerung Prozesse kann, wie nackten Böden brach liegende Zeiten sind anfälliger für Wind und Wasser Kräfte^{1,2, 3 , 4 , 5} (Abbildung 1). Während dieser Prozesse sichtbar sein könnte, können sie nur schwer quantifizierbar sein.

Der Zweck dieser Studie soll zuerst eine effiziente Methode zur Quantifizierung und Beschreibung räumliche Muster der Erosion und Ablagerung im Feld skalieren mit global positioning (GPS) Systemtechnologie und geographische Informationssysteme (GIS) mapping-Tools. Ein einfaches konzeptionellen Modell im Zusammenhang mit diesen Mustern um oberflächennahen Böden Karbonate (CaCO₃) ist auch vorgestellt und getestet von vorgeschriebenen Feld- und Labormethoden. Diese Beziehungen bieten indirekte Maßnahmen von Erosion und Ablagerung, während der Validierung der Ergebnisse der GPS-Methode. Der vorliegende Beitrag betont Sherrod Et al.verwendeten Methoden. damit sie, im großen und ganzen ganz oder teilweise für ähnliche Forschungen in anderen Orten⁶wiederholt werden können.

Abbildung 1: Fotos von Erosion (a) und (b) Abscheiden im Untersuchungsgebiet nach einer schweren Niederschlagsereignis. Eine Traktor-Reifen-Spur in der rechten unteren Ecke des Fotos (b) zeigt die Tiefe der Ablagerung an der Grenze zum Weizen/Brache.

Verschiedene direkte Methoden zur Messung der Bodenerosion durch Stroosnijder⁷überprüft wurden. Vorgeschlagene Methoden variieren mit der Messung Zweck und Mittel zur Verfügung, aber eine "Änderung der DGM-Höhe"-Methode wird empfohlen, in den Hang-Maßstab und bietet den Vorteil der Messung von Erosion und Ablagerung. Eine Möglichkeit, diese Methode anzuwenden ist Stifte im Boden installieren und überwachen die Änderung in der Höhe des Bodens relativ zum oberen Rand der Pin⁷. Mit Fortschritten in der Technologie der Landvermessung kann jedoch diese arbeitsintensive Vorgehensweise durch andere Techniken wie Terrestrisches Laserscanning (TLS)^8,9,10,11 ersetzt werden ^{, 12 , 13 , 14 , 15 , 16}, airborne Laserscanning (ALS)^{17,18,19,20,21}, GPS-^6,22, erweiterte Photogrammetrie^{23 ,24}, oder Kombinationen von diesen Techniken^25,26,27. Während Laser scannen, gemeinhin als LiDAR (Light Detection And Ranging), die die schnelle Beschaffung von dichten Oberflächenhöhe Datensätze liefert, müssen Korrekturen, stehende Objekte, z. B. Vegetation zu entfernen. Mit Millimeter-Ebene vertikale Genauigkeit, TLS kann der kleinste Höhenänderung jedoch erkennen Perroy Et Al. empfohlen ALS über TLS Gulley Erosion Schätzungen aufgrund der größeren Scan Fußabdruck und bessere Instrument Orientierung (weniger Topographische shadowing) für das Scannen in tief eingeschnittenen Schluchten²⁸. Echtzeit-kinematischen GPS (RTKGPS), mit Zentimeter-Ebene Präzision ohne Daten Nachbearbeitung ist für diese Studie verwendet. Die räumliche Auflösung und Präzision der RTKGPS erfassten Daten sind optimal für die Erkennung von Erosions- und Ablagerungsprozessen dominanten in einen landwirtschaftlichen Bereich oder in anderen Umgebungen mit erheblichen Bodendecker.

Die Druck-Calcimeter-Methode zur Quantifizierung der Boden CaCO₃ stützt sich auf die Bodenreaktion, Säure in einem geschlossenen System, wodurch die Freisetzung von CO_2. Der Anstieg des Drucks in den Reaktionsbehälter bei einer konstanten Temperatur ist linear auf die Höhe des Bodens CaCO₃²⁹korreliert. Änderungen an der traditionellen Druck-Calcimeter-Methode von Sherrod Et al.beschrieben., enthalten Sie ändern den Reaktionsbehälter zu Serum-Flaschen und einem Druckaufnehmer mit einem digitalen Voltmeter zur Detektion von Druckänderungen ^{verdrahtet 30}. diese Modifikationen erlauben eine niedrigere Nachweisgrenzen und eine höhere Kapazität für tägliche Bodenprobe läuft. Gravimetrische oder einfache titrimetrische Methoden für Boden CaCO₃ Messung produziert größere Fehler und Nachweisgrenzen als diese Druck-Calcimeter Methode³⁰geändert.

Konzeptionelles Modell

Beim direkten Maßnahmen von Erosion und Ablagerung nicht machbar sind, können indirekte Indikatoren für diese Prozesse verwendet werden. Sherrod Et Al. die Hypothese, dass Boden Oberflächenschicht CaCO₃ Konzentration in einem semi-ariden Klima invers mit der Höhenunterschied Boden Oberfläche korreliert ist (positiv korreliert mit Erosion, negativ korreliert mit Absetzung)⁶. Die Hypothese sollte im großen und ganzen gelten jedoch bestimmte Beziehungen hängt nach Standortbedingungen (Boden, Vegetation, Management und Klima). Böden auf dem Testgelände (Tabelle 1) enthalten in der Regel eine deutliche kalkhaltige Schicht 15-20 cm unterhalb der Bodenoberfläche. Konzeptionell wird Erosion die Oberflächenschicht des relativ niedrigen CaCO₃ Konzentration verlassen diese kalkhaltigen Schicht von hohen CaCO₃ näher an der Bodenoberfläche entfernt. Die niedrigen CaCO₃ Boden wird dann zu den Ablagerungsbedingungen, verursacht die kalkhaltige Schicht tiefer unter der Bodenoberfläche (Abbildung 2) begraben werden transportiert. Sampling-diese Böden im Laufe der Zeit Abständen entsprechend tief, kann Erosion und Ablagerung (oder auch nicht) von CaCO₃ -Konzentration nach diesem Modell abgeleitet werden.

Boden-Serie

Steigung

Taxonomische Klassifikation

Tiefe

pH

EG

Insgesamt N

SOC

CaCO3

% cm 1:2 dS-m^-1 g kg^-1 g kg^-1 g kg^-1 Colby Lehm 5-9 fein-sandigen, gemischte, superaktiven, kalkhaltigen, mesic Aridic Ustorthent 0-15 8.2 0,24 0,7 6.1 69,8 15-30 8.3 0,24 0,5 4.0 84,3 Kim sandiger Lehm 2-5 fein-lehmige, gemischte, aktiv, kalkhaltigen, mesic Ustic Torriorthent 0-15 7.8 0.26 0,8 7.0 29.8 15-30 8.0 0,27 0,6 5.0 51,5 5-9 fein-lehmige, gemischte, aktiv, kalkhaltigen, mesic Ustic Torriorthent 0-15 8.1 0,22 0,6 5.4 26,7 15-30 8.1 0,19 0,5 4.1 25,8 Wagonwheel Lehm 0-2 grobe schluffiger, gemischte, superaktiven mesic Aridic Calciustept 0-15 8.2 0,23 0,7 5.9 66,2 15-30 8.2 0,23 0,6 3.7 98,1 2-5 grobe schluffiger, gemischte, superaktiven mesic Aridic Calciustept 0-15 8.3 0,23 0,8 6.6 52.0 15-30 8.4 0.26 0,7 5.4 118,3

Tabelle 1. Böden auf dem Testgelände. Des Bodens Kartiereinheiten und taxonomische Klassifikation, mit durchschnittlichen Boden-pH, elektrische Leitfähigkeit (EC), insgesamt N Boden organische C (SOC) und CaCO₃ -Konzentrationen in der 0-bis 15- und 15 - 30 cm Tiefe Schritten für die Scott Feld im Jahr 2012 (von Sherrod et Al.) ⁶.

Abbildung 2: Konzeptionelle Bodenprofilen. Konzeptionelle Bodenprofile für (a) eine statische Bodenmatrix mit CaCO₃ filterte von der Oberflächenschicht und ausgefällt einer tieferen Schicht, (b) mäßiger Erosion der Oberflächenschicht und (c) moderate Ablagerung von material über die vorherigen Oberflächenschicht. Tiefe-Intervalle (links) sind ungefähre bezogen auf Standortdaten (von Sherrod Et Al) ⁶. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Site-Beschreibung und Geschichte

Die 109-ha Scott Feld ist Bestandteil der Drake-Farm im nordöstlichen Colorado (40.61^oN, 104.84^oW, Abbildung 3) und war von 2001 bis 2012 für diese Studie überwacht. Durchschnittliche jährliche Niederschlag und Evapotranspiration wurden ca. 350 bis 1200 mm, jeweils in diesem semi-ariden Klima, wo konvektive Regen von kurzer Dauer und hoher Intensität waren häufig während des Sommers. Höhenlagen reichen von 1559 bis 1588 m in dieser leicht hügeligen Gelände mit unterschiedlichen Landschaft Positionen: Gipfel, Böschungsverknüpfung Nordseite (Seite-NF), Böschungsverknüpfung Süd (Seite-SF) und Toeslope (Abbildung 4 b). Abwechselnde Streifen (~ 120 m breit) wurden in der Regel in dieser Rainfed Winterweizen-Brache Rotation verwaltet, so dass jeder andere Streifen für etwa 14 Monate aus jedem Zyklus 24 Monate Drehung Brache war. Flache Bodenbearbeitung (~ 7 cm), in der Regel V-Messer fegt, 4 bis 6 Mal durch die Brache Zeit zur Unkrautbekämpfung aufgetreten. Böden auf der Baustelle wurden um eine Bodenverlust Toleranz oder T -Wert von 11 Mg ha^-1 Jahr^-1, wo sind Erosionsraten unterhalb dieses Wertes T für weitere landwirtschaftliche Produktion⁴ als akzeptabel eingestuft .

Abbildung 3. Standort ist auf eine topographische Relief Bild (1011 bis 4401 m) des Staates Colorado, USA gezeigt. Mittlere Höhe des Standortes ist 1577 m.

Abbildung 4. Böden, Karte und Land-DGM-Höhe von Scott Field. (a) Bodenkarte von der Scott Field zeigt Punktpositionen Boden Probe und der Bestandesführung Streifen. Boden Einheit Abkürzungen sind: 1 = Wagonwheel Lehm 0-2 % Steigung, 2 = Wagonwheel Lehm 2-5 % Steigung, 3 = Colby Lehm 5-9 % Steigung, 4 = Kim feiner sandiger Lehm 2-5 % Steigung, 5 = Kim feiner sandiger Lehm 5-9 % Steigung; und (b) Land Oberflächenhöhe des Felds basierend auf der 2001 5 m Raster digitales Höhenmodell (DEM), mit Boden Probe Standorten gezeigt durch Land-Klassifikation (von Sherrod Et Al) ⁶.

Die erste Boden Oberflächenhöhe Umfrage wurde im Jahr 2001 auf ein digitales Höhenmodell (DEM) für den Standort produzieren von RTKGPS gesammelt. In Verbindung mit McCutcheon Et Al., eine intensive Bodenprobe (Abb. 4a) auch im Jahr 2001 durchgeführt wurde, von der Oberfläche des Bodens CaCO₃ analysiert wurden, durch einen veränderten Druck-Calcimeter Methode^30,31 . Optisch deutlich Erosion und Ablagerung in den folgenden zehn Jahren auftreten wegen des Windes, überwiegend aus dem Nordwesten und Niederschlag-Abfluss Ereignisse veranlasst eine zweite RTKGPS Höhe Befragung im Jahr 2009 (mit einem Teil des Feldes im Jahr 2010 abgeschlossen). Vergleich der neuen DM auf die ursprünglichen 2001 DM über DEM Unterschied Karte³² bestätigt signifikante Erosion und Ablagerung, Anzeige von Mustern, die mehrere steuernde Faktoren für diese Prozesse (Abbildung 5) vorgeschlagen. Angesichts der erheblichen Oberboden Umverteilung am Standort sowie die historischen CaCO₃ Bodendaten, wurde der Bodenprobe 2001 im Jahr 2012 ein konzeptionelles Modell der Hydropedological Prozesse⁶, testen wiederholt, wie im vorherigen Abschnitt beschrieben.

Abbildung 5. Karte von Änderungen (2001-2009 *) in der Landoberfläche Höhe (ΔZ) auf einem Raster von 5 m innerhalb der Scott Field im nordöstlichen Colorado. Ernte Streifen Zahlen sind über das System abwechselnd Winter-Weizen-Brache zuschneiden, beschriftet undAbschnitt A-A "wird angezeigt (Angaben in Abbildung 11). * Streifen 2, 4, 6, 8 Befragten im Jahr 2010 auf DEM 2009 (von Sherrod Et Al) abgeschlossen ⁶. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Protokoll

1. Land Oberfläche Höhe Datensammlung

1. GPS Kalibrierung für Website
   1. suchen oder eine Gruppe, die eine stabile benchmark an einem sicheren Ort auf dem Gelände der Umfrage zur Verwendung als Basisstation GPS für RTKGPS Datenerhebung.
   2. Richten Sie Basisstation für RTKGPS Datenerhebung auf dieser lokalen Benchmark mit beste Annäherung der Koordinaten für die Basisstation Lage (d. h. WAAS-korrigierte GPS-Position).
   3. Mit der GPS-Rover, besuchen Sie mindestens drei horizontale und vertikale Steuerung Punkt Maßstäbe innerhalb der RTKGPS (ca. 10 km Radius) und Rekord Positionen Radio Kommunikation.
      Hinweis: Benchmarks beschrieben durch National Geodetic Survey kann durchsucht Online- ³³ und dienten hier.
   4. Angesichts der gemessenen und veröffentlichten Koordinaten der Passpunkte, RTKGPS Feld-Software verwenden, um eine Website Kalibrierung ³⁴, Lösung für Koordinaten der lokalen Maßstab als Basisstation verwendet werden durchzuführen. Überprüfen, dass Koordinate Residuen (horizontal und vertikal) für die Kontrollpunkte in erträglichen Grenzen (± 0,02 m für diese Kalibrierung).
2. GPS-Punkt Datenerhebung
   1. mit Basisstation GPS auf lokalen Maßstab setzen und mit lokalen Standort Kalibrierung und Feld-Software aufzeichnen RTKGPS Positionsdaten in GPS-Datensammler im ca. 5 m horizontaler Abstand während der Umfrageergebnis Bereich.
      1. Oberfläche sammele Daten effizient durch Montage Rover GPS-Antenne auf einer gemessenen bestimmten Höhe über dem Boden an einem Fahrzeug und fahren durch die Gegend ( Abbildung 6) Transekte.
   2. Für Fahrzeug-Methode definieren Transekt Endpunkte erstellen Parallel Transekte Abstand 5 m voneinander entfernt. Import Transekt Endpunkte in GPS-Datensammler für Navigation von Transekten während der Fahrt. Sammeln Sie Punkte mit dem Datensammler automatisch einmal pro Sekunde, während der Fahrt bei ca. 5 m s ^-1 bis Punkt Daten über jeden 5 m. Transekte
   3. Wiederholen Sie Punkt Datenerhebung am Ort wie oben beschriebenen bei späteren Zeitpunkt (8 bis 9 Jahre später in dieser Studie) damit Land Oberflächenhöhe Veränderungen analysiert werden können, die original GPS-Standort Kalibrierung ist für alle Erhebungen verwendet und wird nicht wiederholt.

Abbildung 6. RTKGPS Höhe Oberflächendaten Sammlung. RTKGPS Höhe DGM-Daten werden gesammelt, während der Fahrt ein Nutzfahrzeug durch das Feld (a), während in Echtzeit GPS-Korrekturen durch die vor-Ort-Basisstation (b) zur Verfügung gestellt werden.

2. DM-Erstellung und Bearbeitung

1. erstellen die DEMs
   1. Import Positionsdaten in GIS-Software und interpolieren auf einem Raster von 5 m DM. mittels GIS-Software, Kreuz-validate gemessenen Punkthöhen interpolierten Höhe Werte und wählen Sie eine Interpolationsmethode, die diese Kreuzvalidierung Fehler minimiert.
      Hinweis: Gewöhnliche Kriging mit einer Gaußschen Semivariogramm-Modell war die optimale Interpolationsmethode für die Höhendaten an diesem Standort. Kreuzvalidierung bietet auch ein Maß für die Genauigkeit der Erhebung für die Umfrage Methode ³⁵.
   2. Wiederholen Sie die 2.1.1 für zweiten Satz von Positionsdaten erstelle ich zweite DM.
2. Mapping DM Änderung
   1. mit einem Raster-Rechner-Tool in GIS, subtrahieren Sie die jüngsten DM aus DEM ursprünglichen erstelle ich eine Rasterkarte von DM ändern ( Abbildung 5), wo negative Werte der Höhe ändern Stellen Erosion und positive Werte repräsentieren Ablagerung.
3. Land-Klassifikation
   1. Compute landen Oberfläche topographischen Attribute (Neigung, Aspekt, einen Beitrag Bereich) aus dem ersten Raster DM mit DEM Grafikanwendung.
   2. Klassifizieren landen Bereiche als Gipfel, Böschungsverknüpfung oder Toeslope basierend auf Piste und beitragenden Fläche der einzelnen Rasterzelle DM.
      Hinweis: Gipfeltreffen sind vertreten durch geringe Steigungen und niedrigen Bereichen beitragen. Böschungen sind vertreten durch hohe Steigungen und zwischenzeitliche Gebiete beitragen. Toeslopes sind durch geringe Steigungen und beitragenden Höhenlagen vertreten. Hang und Bereichswerte definieren diese Klassifizierungen Beitrag richtet sich nach dem Land Oberflächentopographie am Standort und sind qualitativ ausgewählt, um die gewünschte Darstellung der einzelnen Bereiche Klassifizierung für eine bestimmte Website zu geben.
   3. Böschungsverknüpfung Gebiete durch die beiden dominierenden Aspekte, nach Norden und Süden an dieser Stelle teilen.

3. Erde-Sampling

1. Probe Planung
   1. Referenz Karten in GIS, Boden-Probe-Standorte zu planen. Wählen Sie eine Reihe von Standorten ausreichend alle Landschaft Positionen vertreten.
   2. Upload Beispielspeicherort Koordinaten zu den GPS-Datensammler damit Beispielsites im Bereich gefunden werden können.
   3. Nutzung Vorwissen des Bodens am Standort Entscheidungen des Sample-Tiefe-Schritten um CaCO ₃ Variabilität zu erfassen. Pre-label verschließbaren Plastikbeutel um Probe Position und Tiefe Inkrement anzugeben.
2. Bereich Probenahme
   1. fahren um die Beispiel-Websites mit einem Nutzfahrzeug, ausgestattet mit einem hydraulischen Boden entkernen Maschine und die RTKGPS Rover Antenne für Navigation.
   2. Mit Boden entkernen Maschine und sampling-Rohr für gewünschte Boden Kerndurchmesser (5,1 cm in dieser Studie), Auszug Boden Kern aus jeder Probe-Standort ( Abbildung 7).
      Hinweis: Die Anzahl der Kerne an jedem Standort sowie die Bodentiefe Kern extrahiert und Schritten, die in dieser Studie variiert. Im Jahr 2001 wurde eine single-Core bis zu einer Tiefe von 90 cm genommen und in 30 cm Schritten unterteilt. Im Jahr 2012 waren zwei Boden-Kerne (innerhalb von 1 m der entsprechenden 2001 Probe) bis zu einer Tiefe von 30 cm genommen und unterteilt in 15 cm Schritten, mit den beiden Kernen für Analysen zusammengefasst werden. Die 2012-Methode wird empfohlen,.
   3. Datensatz RTKGPS Positionsdaten (X, y, Z) an jedem Standort Probe.
   4. Gewünschte Tiefe Schritten den Boden Kern geschnitten und in bereits beschriftete verschließbaren Plastikbeutel und dann im Kühler für den Transport ins Labor.
   5. Wiederholen, Bereich Probenahme nach erheblichen Erosion bzw. Hinterlegung aufgetreten (11 Jahre zwischen Proben in dieser Studie).

Abbildung 7. Beschmutzen Sie Sampling. Boden-Probe-Standorte sind navigiert wird, mit einer GPS-geführte Nutzfahrzeug, ausgestattet mit einem hydraulischen Boden entkernen Maschine (a), so dass Boden Kerne können extrahierte (b) und in der gewünschten Tiefe-Schritten unterteilt.

3. Position Datenverarbeitung
   1. Maßnahme in Erhebungen erfasst an jedem Boden-Probe-Standort zwischen den beiden Probe Datumsangaben (198 Standorte 2001 und 2012 in dieser Studie in der Stichprobe).
      Hinweis: Höhen für 2001 stammen aus DEM 2001 da Punkthöhen nicht, zum Zeitpunkt der Probenahme Boden aufgezeichnet wurden. Positive Veränderungen in der Höhe > 0,05 m gelten dEpositional Seiten, während negative Veränderungen in der Höhe <-0,050 m gelten als erosive Websites.
   2. Klassifizierung jeder Probe-Standort als Gipfel, nordseitigen Böschungsverknüpfung, Süd-Böschungsverknüpfung oder Toeslope basierend auf der DM-Verarbeitung (siehe Protokoll 2.3.2); Klassifizierung an einem Ort, definiert durch die Neigung und die Beitragenden Bereich Kriterien möglicherweise entsprechend die dominierende Klassifizierung der umgebenden Punkten umgegliedert.
   3. Nutzung räumlicher Beitritt Werkzeuge in GIS-Software andere räumliche Daten-Layer für Analysen (Management-Streifen und Boden Mapping Unit) verwendet Probe Standorte zuweisen.

4. Böden-Analysen

1. Boden Probenvorbereitung
   1. Bodenproben aus dem Bereich bei 60 ° C in einem Labor-Ofen über Nacht trocken.
   2. Ofen getrocknet Böden passieren ein 2 mm Sieb mit einer motorisierten Schleifmaschine oder einen Mörser und Stößel zermahlen.
2. Druck-Calcimeter Geräte-Setup geändert
   1. richten Sie den veränderten Druck-Calcimeter-Apparat ( Abbildung 8) durch die Verbindung von einem Drucksensor (0 - 105 kPa Reichweite, 0,03 - 5 V DC-Ausgang) an ein Netzteil mit 14 gauge Draht und einem digitalen Voltmeter verdrahtet in Linie, Ausgang aus dem Wandler zu überwachen.
      1. 9,5-mm ID Schlauch an der Basis der Drucksensor befestigen und ein 18-Gauge Luer Lock Injektionsnadel mit Partikelfilter (0,6 µm) in der Mitte jeder Reflux zu sammeln, vom Erreichen der Drucksensor Schlauch an.
   2. Verwendung Serum Flaschen als Reaktionsgefäße verbunden, der Drucksensor ( Abbildung 9). bestimmen Sie die Größe der Flasche zu verwenden, indem Sie einen Metall Esslöffel mit Wasser anfeuchten und das Hinzufügen von ca. 5 mL Serum Erde, die Sie erwarten, haben _{hohe CaCO Konzentration 3. Pipettieren 1 mL 0,5 N H 2} SO ₄ auf dieser Erde und beobachten Aufbrausen.
   3. Wenn Aufbrausen hoch ist, dann übernehmen größer als 15 % CaCO ₃-Konzentration und eine Flasche 100 mL Serum als Reaktionsgefäß verwenden, sonst verwenden eine Flasche 20 mL Serum.

Abbildung 8. Druck-Calcimeter Apparat geändert. Den veränderten Druck-Calcimeter-Apparat verwendet eine Serum-Flasche als den Reaktionsbehälter und ein Druckaufnehmer verdrahtet, um ein Spannungsmesser zur Ausgabe der Signale (von Sherrod Et Al) ³⁰.

Abbildung 9. Reaktionsgefäße für die veränderten Druck-Calcimeter-Methode. Reaktionsgefäße für die veränderten Druck-Calcimeter-Methode sind Serum-Flaschen mit einem 0,5 DRAM-Fläschchen mit 2 mL saure Reagenzien und eine Bodenprobe 1G.

3. Carbonat Messung
   1. legen Sie eine 1 g Teilstichprobe von den vorbereiteten Boden (siehe Protokoll 4.1) in ein Reaktionsgefäß gekennzeichnet. Für Böden, die größer als 50 % CaCO ₃ enthält, verwenden Sie nur 0,5 g Boden.
   2. Säure Pipettieren 2 mL Reagenz (6 N HCI mit 3 % FeCL ₂ O ₄ H ₂ O) in einer Glasflasche 0,5 g. Fläschchen in Reaktionsgefäß sanft platzieren, so dass die Lösung Inhalt nicht heraus zu verschütten durch Kippen den Reaktionsbehälter fast in der Seitenlage.
   3. Und dabei den Reaktionsbehälter mit der Bodenprobe und sauren Fläschchen gekippt, mit grauen Butyl-Gummistopfen verschließen und Crimpen mit Aluminium Dichtring.
   4. Shake Reaktion Behälter mit einer wirbelnden Bewegung, komplette Durchmischung des Bodens mit Säure zu versichern. Legen Sie den Reaktionsbehälter auf dem Labortisch und die Reaktion für mindestens 2 Std. gehen lassen
   5. Während des Wartens auf Reaktionsgefäßen abschließen, bestimmen eine Standardkurve von Messspannungen bekannte CaCO ₃ Konzentrationen mit der gleichen Reaktion Behälter Setup als Bodenproben ( Abbildung 10). 100 % mischen CaCO ₃ mit Glasperlen oder Sand Gewicht prozentual erstellen bekannt CaCO ₃ Konzentrationen umfassen eine leere Probe ohne CaCO ₃.
   6. Nach Abschluss Boden Probe Reaktionen Pierce Gummiseptum von den Reaktionsbehälter mit einem 18 Injektionsnadel und Datensatz Spannungsausgang durch der Drucksensor messen.
   7. Lösung für CaCO ₃ Prozentsatz die gemessene Spannung gegeben und die Gleichung anhand der Standardkurve ( Abb. 10a).
      Hinweis: Anstieg des Drucks durch Freisetzung von CO ₂ produziert linear bezieht sich auf die Konzentration von CaCO ₃ im Boden so dass: % CaCO ₃ = (Regressionskoeffizienten * Druckänderung in Volt) + abzufangen.

Abbildung 10. CaCO ₃ Messung. (a) eine Standardkurve für CaCO ₃ entsteht durch die Spannung Lesungen aus der Drucksensor basierend auf bekannten Prozentsätze von CaCO ₃ (b) gemischt mit Pulver Glasperlen oder Sand.

5. statistische Auswertungen

1. definieren zwei abhängige Variablen wie der Wandel im Boden Oberfläche lagen und Böden Oberflächenschicht CaCO ₃ Konzentrationen von der ersten bis zweiten Probe Termine (2001 bis 2012 in dieser Studie). Unabhängige oder erklärende Variablen als Management (ungerade oder sogar - nummerierte Streifen), einzelne Streifen, West oder Ost Block Streifen, Boden Mapping Unit, Landschaft Klassifizierung und erosive/Ablagerungsbedingungen Klassifizierung definieren.
2. Perform Korrelation Analyse und Analyse der Varianz, Beziehungen zwischen Variablen statistisch zu quantifizieren. Analysen in jede gewünschte Statistikpaket.

Ergebnisse

Zuordnen von DEM Unterschiede zwischen 2001 und 2009 enthüllt (rot) Erosion und Ablagerung (grün) in diesem 8-Jahres-Zeitraum mit Dezimeter-Ebene Höhenunterschiede in den meisten Bereichen (Abbildung 5). Auf Feld-Ebene dominiert Erosion im Westen und Südwesten, während Ablagerung entlang eine Nordwest nach Südost Diagonalen Band auf der östlichen Seite des Feldes zu sehen ist. Wechselnde Bands von Erosion und Ablagerung sind auf Management-Ebene oft ab...

Diskussion

Zugeordneten Höhenunterschiede (Abbildung 5) zeigen signifikante Erosion und Ablagerung auf einer landwirtschaftlichen Bereich und räumliche Muster bezeichnend für mehrere Steuerungsgrößen über mehrere Skalen. Vom Feld Skala Muster verbunden mit Wind bis zu feinen Skala dendritischen Muster produziert von Wasser-Strömung sind für diese Studie relevanten Prozesse erkennbar. Die Höhe der Höhe Änderungserkennung von wiederholten RTKGPS Boden Umfragen zur Verfügung gestellt wird opti...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Real-time kinematic GPS system	Trimble	Model 5800
GPS field data collector	Trimble	Model TSC2
GPS field software	Trimble		Trimble Access (Trimble Survey Controller used in 2001 for site calibration but this software is no longer supported)
Hydraulic soil coring machine	Giddings Machine Company
Utility vehicle	John Deere	Gator 6x4
GIS software	ESRI		ArcGIS for Desktop with Spatial Analyst and Geostatistical Analyst Extensions
Statistical software	SAS		SAS Institute Inc.
Pressure transducer 0-105 kPa	Serta	Model 280E	Setra Systems, In., Boxborough, MA
Volt meter	WaveTek	5XL	Digital meter set to read volts
Serum Bottles	Wheaton	223747	100 mL
Serum Bottles	Wheaton	223762	20 mL
Sealing Cap 20 mm Aluminum	Wheaton	224183-01	Case of 1,000
20 mm gray butyl stopper (2-prong)	Wheaton	224100-192	Septum; Case of 1,000
Hand crimper	Wheaton	W225303	20 mm size
Hand Decapper	Wheaton	W225353	20 mm size
Acid vials	Wheaton	224881	0.50 dram size (2-mL)
Power supply	SR Components	DDU240060	Class 2 Transformer AC adaptor; Input 120VAC , Output 24VDC
Calcium carbonate	Fisher	471-34-1	500 g of 100% w/w CaCO3