Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

דפוסי המרחבי של סחף, בתצהיר שניתן להסיק מן הבדלי גובה הקרקע ממופה ב בפרקי זמן המתאים. שינויים כאלה בהעלאת קשורים לשינויים פחמתי ליד-פני האדמה. שיטות הדיר מדידות שדה, מעבדה של כמויות אלה ושיטות ניתוח הנתונים מתוארים כאן.

Abstract

דפוסי המרחבי של סחף, בתצהיר שניתן להסיק מן הבדלי גובה הקרקע ממופה ב בפרקי זמן המתאים. שינויים כאלה בהעלאת קשורים לשינויים ליד משטח אדמה קרבונט (קאקו3) פרופילים. המטרה היא לתאר את המודל המושגי פשוטה ופרוטוקול מפורט עבור שדה הדיר ומדידות מעבדה של הגדלים האלה. . הנה, העלאת מדויק נמדד באמצעות על קרקעיים דיפרנציאלית מערכת המיקום הגלובלית (GPS); שיטות אחרות של רכישת נתונים יכול לחול על השיטה הבסיסית זהה. דגימות. אדמה נאספים מן מרשם עומק מרווחי וניתח במעבדה באמצעות שיטה יעילה ומדויקת ששונה לחץ-calcimeter עבור ניתוח כמותי של ריכוז פחמן אי-אורגנית. שיטות סטטיסטיות סטנדרטי מוחלים על נקודת נתונים, ולהציג תוצאות נציג משמעותי מתאמים בין שינויים בשכבת משטח אדמה, קאקו3 ושינויים ב העלאת בקנה אחד עם המודל הקונצפטואלי; קאקו3 בדרך כלל ירידה באזורים depositional, גדל באזורים ובלייה. מפות נגזרות מדידות של העלאת וקרקע קאקו3 כדי לסייע ניתוחים. מפה של דפוסי ובלייה, depositional באתר במחקר, שדה חיטה חורף גשם-fed שנחתכו מתחלפים רצועות חיטה-פלוו, מציג את ההשפעות אינטראקציה של סחף רוח ומים מושפעים על-ידי ניהול והטופוגרפיה. שיטות דגימה חלופית ומרווחי עומק דנו, מומלץ לעבודה עתידיים הנוגעים סחף אדמה ומשקעים קרקע קאקו3.

Introduction

סחף אדמה מאיים על הקיימות של אדמות חקלאיות. לחתוך ניהול, כגון סיבוב חרשו כמקובל יבול החיטה בחורף-פלוו, יכול להאיץ תהליכי שחיקה ומשקעים כמו קרקעות חשופות בתקופות שמיטה רגישים יותר רוח ומים כוחות1,2, 3 , 4 , 5 (איור 1). בעוד תהליכים אלה עשוי להיות ניכרת, הם יכולים להיות קשה לכמת.

מטרתו של מחקר זה היא קודם כדי לספק שיטה יעילה עבור לכימות ומתאר המרחבי דפוסי שחיקה, התצהיר בשדה גודל באמצעות טכנולוגיה מערכת (GPS) מיקום גלובלית, מערכות מידע גיאוגרפי (GIS) מיפוי כלי. מודל קונספטואלי פשוט הנוגעות הדפוסים הללו ליד-משטח אדמה פחמתי (קאקו3) הוא גם הציג ונבדק על ידי שדה שנקבעו ושיטות מעבדה. מערכות היחסים הללו מספקים אמצעי עקיף של שחיקה, התצהיר, בעת אימות התוצאות של שיטת ה-GPS. המאמר הנוכחי מדגיש את השיטות בהן נעשה שימוש שרוד ואח. כך הם שיכול לחזור, באופן חלקי או כללי, עבור מחקר דומה במקומות אחרים6.

figure-introduction-1147
איור 1. תמונות של שחיקה (א) ו- (ב) התצהיר באתר במחקר בעקבות אירוע גשם כבד- מסלול צמיג של טרקטור בפינה הימנית התחתונה של התמונה (b) מציין את העומק של התצהיר בגבול רצועת חיטה/פלוו.

שונים ישירה שיטות למדידת סחף אדמה נבחנו על-ידי Stroosnijder7. שיטות המוצע משתנים עם המדידה מטרתה ואת המשאבים הזמינים, אבל שיטה "שינוי גובה פני השטח" מומלץ את המשקל hillslope ומספקת את היתרון של מדידת שחיקה והן בתצהיר. בדרך זו כדי להחיל שיטה זו היא להתקין סיכות בקרקע ולנטר את השינוי בגובה של הקרקע יחסית העליון של ה-pin7. עם ההתקדמות קרקע ודיגום הטכנולוגיה, עם זאת, גישה זו שדורשת ניתן להחליף טכניקות אחרות, כגון סריקת (TLS)8,9,10,11 לייזר יבשתי , 12 , 13 , 14 , 15 , 16, סריקת (ALS)17,18,19,20,21לייזר מוטס,6,GPS22, פוטוגרמטריה מתקדם23 ,24, או שילוב של אלה26,25,טכניקות27. בעוד לייזר סריקה, נפוץ המכונה LiDAR (אור זיהוי, החל), מספקת רכישת ערכות נתונים צפוף גובה משטח מהיר ביותר, התיקונים חייבים להיעשות כדי להסיר אובייקטים בעמידה, כגון צמחייה. עם מילימטר ברמת דיוק אנכי, TLS ניתן לזהות שינוי גובה הקטן ביותר, אולם Perroy et al. ALS מומלצים מעל TLS שחיקת gulley הערכות עקב טביעת רגל גדולה יותר סריקה והכיוון של יותר כלי נגינה (פחות טופוגרפית shadowing) עבור סריקה לתוך ערוצים ואורכו28. בזמן אמת קנטית GPS (RTKGPS), מתן סנטימטר ברמת דיוק ללא עיבוד שלאחר הנתונים, נעשה שימוש במחקר זה. הרזולוציה המרחבית ואת מידת הדיוק של הנתונים שנאספו RTKGPS הם האופטימלי לזיהוי התכונות ובלייה depositional דומיננטי שדה חקלאי או סביבות אחרות עם חיפוי הקרקע משמעותית.

שיטת לחץ-calcimeter עבור לכימות אדמה קאקו3 מסתמך על תגובתו של הקרקע חומצה במערכת סגורה, וכתוצאה מכך שחרורו של CO2- עליית הלחץ בתוך הספינה התגובה בטמפרטורה קבועה באופן ליניארי בקורלציה לכמות אדמה קאקו329. שינויים בשיטת לחץ מסורתיים-calcimeter, שתואר על ידי שרוד ואח., כוללות שינוי כלי תגובה לסרום בקבוקים ושימוש מתמר לחץ שמחוברת וולטמטר דיגיטלי איתור שינויים בלחץ 30. לבצע שינויים אלה מאפשרים התחתון זיהוי גבולות ומפעיל קיבולת גבוהה יותר של דגימת האדמה מדי יום. שיטות titrimetric gravimetric או פשוט למדידה אדמה קאקו3 הפיק שגיאות גדולות ולשנות זיהוי גבולות מזה שיטת לחץ-calcimeter30.

במודל המושגי

כאשר אמצעי ישיר של שחיקה, התצהיר לא ריאלי, אינדיקטורים עקיף של תהליכים אלה עשוי לשמש. שרוד ואח. שיערו כי אדמת ריכוז שכבת פני השטח קאקו3 באקלים צחיח למחצה הפוך הוא מתואם עם שינוי גובה פני הקרקע (בקורלציה חיובית עם שחיקה, בקורלציה שלילית עם התצהיר)6. ההשערה להחיל באופן כללי, אבל יחסים מסוימים יהיה תלוי תנאי האתר (, צמחייה, ניהול, והאקלים). קרקעות במתחם מבחן (טבלה 1) בדרך כלל מכילות שכבה גירני ברורים 15-20 ס מ מתחת פני האדמה. מבחינה מושגית, שחיקה יהיה להסיר את שכבת פני השטח של ריכוז3 קאקו נמוכה יחסית, עוזב בשכבת גירני גבוהה קאקו3 קרוב יותר אל פני האדמה. הקרקע נמוכה של3 קאקו מועבר מכן לאזורים depositional, גורם השכבה גירני להיקבר עמוק מתחת לפני השטח אדמה (איור 2). דגימה קרקעות אלה לאורך זמן במרווחי עומק המתאימה, או שחיקה או בתצהיר (או לא) ניתן להסיק על ידי ריכוז3 קאקו, לפי מודל זה.

סדרת אדמהשיפועסיווג טקסונומיעומקה-pHECסה כ NSOCקאקו3
% ס מ 1:2 dS ז-1 g ק ג-1 g ק ג-1 g ק ג-1 קולבי חמרה 5-9 פיין-הסחופת, מעורב, superactive, גירני, 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 קים חול חמרה 2-5 פיין-מאדמה, מעורבים, פעילים, גירני, 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 פיין-מאדמה, מעורבים, פעילים, גירני, 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 חמרה 0-2 גס-הסחופת, מעורב, superactive, 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 גס-הסחופת, מעורב, superactive, 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

טבלה 1. קרקעות במתחם מבחן. אדמה מיפוי יחידות, סיווג טקסונומי, עם אדמה ממוצע pH, חשמל מוליכות (EC), סה כ N, אדמה אורגני C (SOC), קאקו3 ריכוזים של 0 עד 15 דקות, 15 - 30 ס"מ עומק בהפרשים סקוט שדה בשנת 2012 (מ שרוד et באל.) 6.

figure-introduction-8157
באיור 2. מושגי אדמת פרופילים. מושגי אדמת פרופילים עבור (א) מטריצה אדמה סטטי עם קאקו3 דלף של שכבת פני השטח, וכיום זירז לרובד העמוק, (b) מתון של שכבת פני השטח, ומשקעים (ג) מתון של חומר מעל שכבת פני השטח הקודמים. עומק מרווחי (משמאל) מקורבים בהתבסס על נתוני אתר (מ שרוד et al.) 6. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

תיאור אתר והיסטוריה

109-ha סקוט הוא חלק החווה דרייק בקולורדו הצפון-מזרחי (40.61oN, 104.84oW, איור 3) ושדה נוטרו משנת 2001 עד 2012 במחקר זה. כמות המשקעים השנתית הממוצעת אוופוטרנספירציה היו כ 350 ו 1200 מ מ, בהתאמה, באקלים צחיח למחצה הזה, שבו הגשם הולכת חום של זמן קצר, בעוצמה גבוהה היו נפוצים במהלך הקיץ. הגבהים בטווח שבין 1559 מ' 1588 בשטח גלית הזה עם נוף ייחודי עמדות: הפסגה, sideslope הפונה לצפון (צד-NF), sideslope הפונה דרומה (צד-הס), toeslope (איור 4b). רצועות לסירוגין (~ 120 מ' רוחב) הצליח היו בדרך כלל בסיבוב חורף חיטה-פלוו זו התלויה כזה כי כל רצועת אחרים היה שמיטה במשך 14 חודשים מתוך כל מחזור הסיבוב 24 חודשים. חרישה רדוד (~ 7 ס מ), בדרך כלל להב נ' מטאטא, אירעה 4 כדי 6 פעמים דרך התקופה שמיטה לבקרת עשב. קרקעות באתר סווגו להיות אדמת-הפסד סובלנות, או ערך T , 11 מ"ג חה-1 שנה-1, איפה שחיקת המחירים להלן ערך T זה נחשבים מקובל עבור המשך הייצור החקלאי4 .

figure-introduction-9897
איור 3. מיקום האתר מוצג על תמונת תבליט טופוגרפית (1011 כדי 4401 ז) במדינת קולורדו, ארה ב. כלומר העלאת האתר נמצא מ' 1577.

figure-introduction-10181
באיור 4. קרקעות מפה והעלאה משטח הקרקע של השדה סקוט. (א) קרקעות מפה של השדה סקוט מציג נקודת אדמה דוגמאות למיקומים וניהול חיתוך רצועות. יחידת קרקע שהקיצורים: 1 = Wagonwheel עפרו 0-2% שיפוע, 2 = Wagonwheel מדרון טיט-2-5%, 3 = קולבי מדרון טיט-5-9%, 4 = קים בסדר חמרה חולית 2-5% שיפוע, 5 = קים בסדר חמרה חולית 5-9% שיפוע; ו- (b) פני שטח קרקע העלאת השדה מבוסס על המודל העלאת הדיגיטלי רשת 5-m 2001 (DEM), עם אדמה מיקומי הדגימה המוצגים על ידי סיווג קרקע (מ שרוד et al.) 6.

הסקר הראשון של גובה פני הקרקע נאסף על ידי RTKGPS בשנת 2001 לייצר מודל העלאת הדיגיטלי (DEM) עבור האתר. בשיתוף עם מק'קאצ'ן et al. דגימת האדמה אינטנסיבית (איור 4a) בוצעה גם בשנת 2001, ממשטח איזה אדמה קאקו3 נותחו על ידי לחץ שונה-calcimeter שיטת30,31 . שחיקת ראייה ברורה ומשקעים המתרחשים במהלך העשור שלאחר מכן בשל רוח, בעיקר מן הצפון-מערבי, גשמים אירועים מתבקש סקר העלאת RTKGPS השני בשנת 2009 (עם חלק השדה הושלם בשנת 2010). השוואה של ות'שו חדש כדי ות'שו 2001 המקורי באמצעות מפה DEM של ההבדל בגודל32 אישר שחיקה משמעותית ומשקעים, הצגת דוגמאות אשר הציע מספר גורמים השליטה על תהליכים אלה (איור 5). בהתחשב אגררית ניכר משטח אדמה-האתר ואת הנתונים3 קאקו אדמה היסטורית, דגימת קרקע 2001 חזר על עצמו בשנת 2012 לבחון מודל קונספטואלי של תהליכים hydropedological6, כפי שתואר בסעיף הקודם.

figure-introduction-11871
איור 5. מפה של שינויים (2001-2009 *) בגובה פני הקרקע (Δz) על רשת 5-m בתוך השדה סקוט בקולורדו הצפון-מזרחי. חיתוך רצועת מספרים מסומנים על מערכת מתחלפים החיתוך חורף-חיטה-פלוו, ומקטע A-A' מוצג (פרטים ב איור 11). רצועות 2, 4, 6, 8 שנסקרו בשנת 2010 כדי להשלים את DEM 2009 (מ שרוד et al.) 6. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Protocol

1. איסוף נתונים של גובה משטח ארץ

  1. GPS כיול עבור אתר
    1. אתר או קבוצה יציבה benchmark במיקום מאובטח באתר סקר לשימוש תחנת הבסיס GPS עבור אוסף נתוני RTKGPS.
    2. להקים תחנת הבסיס עבור איסוף נתונים של RTKGPS-זה בחינת ביצועים מקומיים באמצעות קירוב הטוב ביותר של קואורדינטות עבור המיקום לתחנת הבסיס (קרי, מיקום GPS מתוקן-WAAS).
    3. עם הרובר GPS, לבקר לפחות שלושה ובחינות נקודת בקרה אופקיים ואנכיים בגבולות תקשורת הרדיו של RTKGPS (כ 10 ק מ רדיוס) ושל עמדות שיא.
      הערה: ובחינות שתוארו על ידי הסקר גיאודטית הלאומי יכול להיות חיפוש מקוון 33, שימשו כאן.
    4. בהתחשב הקואורדינטות שפורסמו הסלסולים של נקודות בקרה, משתמשים RTKGPS שדה בתוכנה כדי לבצע של האתר כיול 34, פתרון עבור הקואורדינטות של בחינת ביצועים מקומיים לשמש תחנת הבסיס. בדוק כי תמלוגים קואורדינטות (אופקי ואנכי) עבור נקודות הבקרה הן בתוך גבולות נסבלים (± מ 0.02 נקודות לכיול הזה).
  2. GPS נקודת איסוף נתונים
    1. עם תחנת הבסיס GPS על מקומי מידה והקלטה באמצעות האתר המקומי כיול ותוכנות שדה, RTKGPS הצב נתונים לתוך ה-GPS מלקט נתונים על מרווח אופקי 5-m במהלך הסקר אזור.
      1. איסוף הנתונים בצורה יעילה על ידי הרכבה רובר אנטנת GPS בגובה קבוע נמדד מעל פני הקרקע לעלות על רכב, נהיגה transects דרך השטח ( איור 6).
    2. עבור הרכב שיטה, להגדיר transect נקודות הקצה ליצור במקביל transects במרווחים של 5 מ' אחד מהשני. ייבוא transect נקודות הקצה לתוך מלקט נתונים GPS לצורך ניווט של transects בזמן נהיגה. לאסוף נקודות עם מלקט הנתונים באופן אוטומטי פעם אחת לשניה בזמן נהיגה transects כ 5 מ' s -1 כדי לקבל נתונים נקודה על כל 5 מסיה
    3. חוזר נקודת איסוף נתונים באתר כפי שתוארו לעיל מאוחר יותר (8-9 שנים מאוחר יותר במחקר זה) כך שינויי גובה פני שטח קרקע ניתן לנתח; הכיול האתר המקורי של ה-GPS משמש עבור כל סקרים, לא חוזר על עצמו.

figure-protocol-1953
איור 6. איסוף נתונים משטח הרמה RTKGPS. RTKGPS גובה פני השטח נתונים נאספים בזמן נהיגה בכלי רכב דרך השדה (א), בעוד תיקונים GPS בזמן אמת מסופקים על-ידי תחנת הבסיס באתר (ב).

2. עיבוד ויצירת DEM

  1. יוצר את DEMs
    1. ייבוא מקם נתונים לתוך תוכנת GIS, אינטרפולציה לרשת 5-m תוכנת GIS באמצעות דמ, קרוס-לאמת נקודת נמדד גבהים כדי העלאת עם אינטרפולציה ערכים, בחרו שיטת אינטרפולציה שממזער את שגיאות קרוס-אימות אלה.
      הערה: kriging רגילים עם דגם semivariogram לפי עקומת גאוס היה שיטת האינטרפולציה אופטימלית עבור העלאת הנתונים באתר זה. קרוס-אימות מספק גם מידה של העלאת רמת הדיוק עבור שיטת הסקר 35.
    2. חזור על 2.1.1 על הסט השני של הצב נתונים ליצירת דמ השני
  2. שינוי מיפוי DEM
    1. בעזרת כלי מחשבון רסטר ב- GIS, להחסיר ות'שו האחרונה מ ות'שו המקורית כדי ליצור מפה רסטר DEM השינוי ( איור 5), בה לשנות ערכים שליליים של העלאת רמת הרשאות שחיקת לייצג ערכים חיוביים מייצגים התצהיר.
  3. סיווג קרקע
    1. מחשוב קרקע משטח תכונות טופוגרפית (מדרון, היבט, תורם אזור) מהרשת הראשונה DEM באמצעות תוכנת עיבוד DEM.
    2. Classify קרקע באזורים הפסגה, sideslope או toeslope מבוסס על מדרון ואזור התורמים של כל תא רשת DEM.
      הערה: פסגות מיוצגים על-ידי מדרונות נמוך, נמוך תורם אזורים. Sideslopes מיוצגים על ידי מדרונות גבוה ו ביניים תורם אזורים. Toeslopes מיוצגים על ידי מדרונות נמוך ובאזורים תורם גבוה. מדרון ותורם ערכים אזור הגדרת סיווגים אלה תלויות הטופוגרפיה משטח הקרקע באתר, נבחרו איכותית לתת הייצוג בכל אזור הסיווג הרצוי עבור אתר מסוים.
    3. מתחלק אזורים sideslope שני היבטים דומיננטיים, הפונה לצפון, הפונה דרומה באתר זה.

3. אדמה הדגימה

  1. דוגמה לתכנון
    1. התייחסות מפות ב- GIS לתכנן קרקע מיקומי הדגימה. בחר במספר רב של מקומות לייצג כראוי את כל העמדות נוף.
    2. מיקום הדגימה להעלות נקודות ציון האספן נתוני GPS כך לדוגמה אתרים עשויה להימצא בשטח.
    3. ידיעה מוקדמת לשימוש קרקעות באתר להנחות את החלטות של דרגות עומק הדגימה כדי ללכוד את קאקו 3 השתנות. תווית מראש שקיות פלסטיק sealable כדי לציין קבועה מיקום ועומק דגימה.
  2. שדה הדגימה
    1. לנהוג לאתרים דוגמת עם כלי רכב המצוידים קרקע הידראולי גלעון מחשב לבין האנטנה רובר RTKGPS לניווט.
    2. שימוש קרקע גלעון מכונת ולדגום צינור קוטר ליבת אדמה הרצוי (5.1 ס"מ במחקר זה), לחלץ אדמה הליבה של כל מיקום הדגימה ( איור 7).
      הערה: מספר ליבות חילוץ לכל מיקום, כמו גם את עומק ליבה של אדמה, במרווחים מגוונות במחקר זה. בשנת 2001, אחת הליבה עד לעומק של 90 ס מ היה נלקח, מחולק בהפרשים קבועים של 30 ס מ. בשנת 2012, שתי ליבות אדמה נלקח (בתוך 1 מ' של המדגם 2001 המתאימים) עד לעומק של 30 ס מ, מחולק בהפרשים 15 ס מ, עם שתי ליבות הנצברת עבור ניתוחים. שיטת 2012 מומלצת.
    3. שיא RTKGPS מקם נתונים (x, y, z) לכל מיקום הדגימה.
    4. לחתוך את ליבת הקרקע דרגות העומק הרצוי, להעביר לתוך שקיות פלסטיק sealable עם תוויות ברורות מראש ולאחר מכן מקם בקולרים תחבורה בחזרה למעבדה.
    5. חוזר שדה דיגום לאחר שחיקה משמעותית ו/או בתצהיר אירעה (11 שנים בין דגימות במחקר זה).

figure-protocol-5245
איור 7. אדמה דגימה. מיקומי הדגימה אדמה הם מנווט לשימוש עם רכב כלי מונחה GPS מצויד קרקע הידראולי גלעון המכונה (א) כך ליבות אדמה יכול להיות חילוץ (b) ולא מחולק דרגות העומק הרצוי.

  1. עיבוד נתונים עמדה
    1. למדוד הבדלי הגבהים להקליט כל מיקום דגימת קרקע בין שני תאריכים לדוגמה (198 מיקומים נדגמים ב 2001 ו 2012 במחקר זה).
      הערה: הגבהים 2001 לקוחים ות'שו 2001 מאז נקודת הגבהים לא נרשמו ביצוע דיגום קרקע. שינויים חיוביים העלאת > 0.05 m נחשבים dאתרים epositional, תוך שינויים שליליים העלאת <-0.05 m נחשבים אתרים ובלייה.
    2. לסווג כל מיקום הדגימה הפסגה, הפונה לצפון sideslope, הפונה דרומה sideslope או toeslope מבוסס על עיבוד DEM (ראה פרוטוקול 2.3.2); סיווג במקום אחד, כפי שהוגדרו על ידי השיפוע וקריטריונים אזור תורם, ייתכן פלסטיניות פרטיות כדי להתאים את סיווג הדומיננטי של סביב נקודות.
    3. מצטרף המרחבי השתמש כלים בתוכנות GIS כדי להקצות דוגמאות למיקומים אחרים שכבות נתונים מרחביים המשמש עבור ניתוחים (ניהול רצועת ו יחידת המיפוי אדמה).

4. קרקעות ניתוחים

  1. הכנת הדוגמא אדמת
    1. יבש דגימות. אדמה מהשדה ב 60 מעלות צלזיוס בתנור מעבדה בן לילה.
    2. לטחון מיובש בתנור קרקעות להעביר דרך מסננת 2 מ מ בעזרת מטחנה ממונע או ומכתש.
  2. ששינה התקנת מכשיר לחץ-Calcimeter
    1. להרכיב את המערכת לחץ שונה-calcimeter ( איור 8) על-ידי חיבור מתמר לחץ (0 - 105 kPa טווח, 0.03 - 5 V DC פלט) אל ספק כוח עם 14. קוטר חוט ו וולטמטר דיגיטלי קווית בתור כדי לפקח על פלט מתמר
      1. לצרף 9.5 מ מ ID אבובים הבסיס של מתמר לחץ, להתחבר לצנרת מחט hypodermic מד 18 נעל זכוכית עם מסנן חלקיקים (0.6 מיקרומטר) באמצע כדי לאסוף את כל ריפלוקס מלהגיע מתמר לחץ.
    2. שימוש בסרום בקבוקים ככלים התגובה מחובר מתמר לחץ ( איור 9). לקבוע את גודלו של הבקבוק סרום לשימוש על-ידי להרטיב כף מתכת עם מים והוספת כ 5 מ ל אדמה שאתה מצפה שיהיה גבוה קאקו 3 ריכוז. Pipet 1 מ"ל של N H 0.5 2 אז 4 אל האדמה הזו ולבחון בתסיסת.
    3. אם התסיסה הוא גבוה, אז מניח גדול מ- 15% קאקו 3 ריכוז להשתמש בבקבוק סרום 100 מ ל קיבול התגובה, אחרת להשתמש בבקבוק סרום 20 מ ל.

figure-protocol-7615
איור 8. שינוי מנגנון הלחץ-calcimeter. המנגנון לחץ שונה-calcimeter משתמשת בקבוק סרום וגם את מיכל התגובה מתמר לחץ שמחוברת מד מתח פלט האיתות (שרוד et al.) 30.

figure-protocol-7973
איור 9. תגובת כלי עבור פעולת השירות לחץ שונה-calcimeter. תגובת כלי עבור פעולת השירות לחץ שונה-calcimeter הם הבקבוקים סרום המכיל בקבוקון דראם 0.5 עם ריאגנט חומצה 2 מ"ל, דגימת אדמה 1 g.

  1. קרבונט מדידה
    1. מקום subsample 1 g של התוכנית אדמה (ראה פרוטוקול 4.1) לתוך כלי תגובה עם תוויות ברורות. עבור קרקעות המכילות גדול מ- 50% קאקו 3, השתמש רק 0.5 g של אדמה.
      2. ריאגנט
    2. pipet 2 מ ל חומצה (6 N HCI המכיל 3% FeCL 2 O 4 H 2 O) לתוך בקבוקון זכוכית 0.5 ג'י. המקום המבחנה לתוך מיכל התגובה בעדינות כך התכנים פתרון שלא יישפך החוצה בהטיית את מיכל התגובה כמעט לעמדת הצד.
    3. תוך שמירה על כלי תגובה המכיל את דגימת האדמה ואת הבקבוקון חומצה מוטה, לאטום stoppers גומי בוטיל אפור ו crimp עם אלומיניום איטום טבעת.
    4. התגובה טלטול כלי עם תנועה מתערבל כדי להבטיח ערבוב מוחלט של אדמה עם חומצה. . הנח את הכלי התגובה על הספסל מעבדה ולתת את התגובה המשך לפחות 2 מר
    5. בעת המתנה תגובת כלי להשלים, לקבוע עיקול רגיל על ידי מדידת מתח של קאקו ידוע 3 ריכוזים באמצעות הגדרת כלי תגובה זהה כמו דגימות. אדמה ( איור 10). לערבב 100% קאקו 3 עם חרוזי זכוכית או חול על בסיס אחוז משקל כדי ליצור ידוע קאקו 3 ריכוזים. לכלול דוגמה ריק ללא קאקו 3.
    6. לאחר תגובות דגימת קרקע הושלמו, פירס מחצה גומי של כלי השיט התגובה עם-18 למדוד מחט hypodermic, הרשומה פלט מתח על ידי מתמר לחץ.
    7. לפתור קאקו 3 אחוז נתון המתח נמדד, המשוואה מחילופי העקומה סטנדרטי ( איור 10a).
      הערה: עלייה בלחץ מתוצרת לשיחרור CO 2 קשורה באופן ליניארי לריכוז קאקו 3 להציג באדמה כך: % קאקו 3 = (מקדם רגרסיה * שינוי בלחץ ב וולט) + ליירט.

figure-protocol-9880
איור 10. קאקו 3 מדידה. (א) עיקול רגיל עבור קאקו 3 נוצר באמצעות המקראות מתח מ מתמר לחץ על סמך הידוע אחוזי קאקו 3 (ב) מעורבב עם חרוזי זכוכית אבקה או חול.

5. ניתוחים סטטיסטיים

  1. קבע שני משתנים תלוי בשינוי הקרקע משטח הגבהים, אדמה שכבת פני השטח קאקו 3 ריכוזים בין התאריכים המדגם הראשון השני (2001 כדי 2012 במחקר זה). להגדיר משתנים עצמאיים או הסבר ניהול (מוזר - או אפילו - רצועת ממוספרים), רצועות בודדות, מערב או מזרח בלוק של רצועות, יחידת המיפוי קרקע, נוף סיווג סיווג ובלייה/depositional.
  2. מתאם לבצע ניתוח, ניתוח השונות מבחינה סטטיסטית לכמת קשרים בין משתנים. לבצע ניתוח בחבילה סטטיסטי מועדף כלשהו.

תוצאות

מיפוי DEM ההבדלים בין השנים 2001 ו-2009 מגלה סחף (אדום) והתצהיר (ירוק) תקופת 8 שנים, עם שינויים ברמת decimeter הגובה מעל ברוב האזורים (איור 5). את השדה-המשקל, הסחף הוא הדומיננטי מערב, דרום-מערב, ואילו התצהיר נתפסת לאורך בכיוון צפון־מערב הלהקה מדרום־מזרח אלכסוני בצד המזר?...

Discussion

שינויים ממופה של העלאת רמת הרשאות (איור 5) ממחישים שחיקה משמעותית ומשקעים על שדה חקלאי ודפוסי המרחבי מעידה על מספר גורמי השליטה על סולמות מרובים. דפוסי סולם השדה המשויך רוח, עד מידה בסדר דפוסי דנדריטים המיוצר על ידי זרימת המים, תהליכים רלוונטיים במחקר זה הם ניכרת. הרמה של הע?...

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

אתר מחקר שדה נמצא על החווה מנוהלת על ידי דוד דרייק, אנו מודים לו על לשיתוף הפעולה שלו במהלך מחקר זה לטווח ארוך. אנו מודים גם מייק מרפי שלו שנים רבות של עבודת השטח על הפרוייקט הזה, רובין Montenieri עזרה עם גרפיקה בשימוש הנייר הזה.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Real-time kinematic GPS systemTrimbleModel 5800
GPS field data collectorTrimbleModel TSC2
GPS field softwareTrimbleTrimble Access (Trimble Survey Controller used in 2001 for site calibration but this software is no longer supported)
Hydraulic soil coring machineGiddings Machine Company
Utility vehicleJohn DeereGator 6x4
GIS softwareESRIArcGIS for Desktop with Spatial Analyst and Geostatistical Analyst Extensions
Statistical softwareSASSAS Institute Inc.
Pressure transducer 0-105 kPaSertaModel 280ESetra Systems, In., Boxborough, MA
Volt meterWaveTek5XLDigital meter set to read volts
Serum BottlesWheaton223747100 mL
Serum BottlesWheaton22376220 mL
Sealing Cap 20 mm AluminumWheaton224183-01Case of 1,000
20 mm gray butyl stopper (2-prong)Wheaton224100-192Septum; Case of 1,000
Hand crimperWheatonW22530320 mm size
Hand DecapperWheatonW22535320 mm size
Acid vialsWheaton2248810.50 dram size (2-mL)
Power supplySR ComponentsDDU240060Class 2 Transformer AC adaptor; Input 120VAC , Output 24VDC
Calcium carbonateFisher471-34-1500 g of 100% w/w CaCO3

References

  1. Freebairn, D. M. Erosion control - some observations on the role of soil conservation structures and conservation. Nat. Res. Mgt. 7 (1), 8-13 (2004).
  2. Garcia-Orenes, F., Roldan, A., Mataix-Solera, J., Cerda, A., Campoy, M., Arcenegui, V., Caravaca, F. Soil structural stability and erosion rates influenced by agricultural management practices in a semi-arid Mediterranean agro-ecosystem. Soil Use and Mgt. 28, 571-579 (2012).
  3. Hass, H. J., Willis, W. O., Bond, J. J. General relationships and conclusions. Summer Fallow in the Western United States. USDA-ARS Conserv. Res. Rpt. No. 17. , 149-160 (1974).
  4. Montgomery, D. R. Soil erosion and agricultural sustainability. Proc. of the Nat. Acad. of Sci. of the USA. 104 (33), 13268-13272 (2007).
  5. Skidmore, E. L., Layton, J. B., Armbrust, D. V., Hooker, M. L. Soil physical properties as influenced by cropping and residue management. Soil Sci. Soc. of Am. J. 50 (2), 415-419 (1986).
  6. Sherrod, L. A., Erskine, R. H., Green, T. R. Spatial patterns and cross-correlations of temporal changes in soil carbonates and surface elevation in a winter wheat-fallow cropping system. Soil Sci. Soc. of Am. J. 79 (2), 417-427 (2015).
  7. Stroosnijder, L. Measurement of erosion: Is it possible?. Catena. 64 (2-3), 162-173 (2005).
  8. Dąbek, P., Żmuda, R., Ćmielewski, B., Szczepański, J. Analysis of water erosion processes using terrestrial laser scanning. Acta Geodynam. Et Geomat. 11 (1), 45-52 (2014).
  9. Day, S. S., Gran, K. B., Belmont, P., Wawrzyniec, T. Measuring bluff erosion part 1: terrestrial laser scanning methods for change detection. Earth Surf. Proc. and Landforms. 38 (10), 1055-1067 (2013).
  10. Eltner, A., Baumgart, P. Accuracy constraints of terrestrial Lidar data for soil erosion measurement: Application to a Mediterranean field plot. Geomorph. 245, 243-254 (2015).
  11. Letortu, P., et al. Retreat rates, modalities and agents responsible for erosion along the coastal chalk cliffs of Upper Normandy: The contribution of terrestrial laser scanning. Geomorph. 245, 3-14 (2015).
  12. Longoni, L., et al. Monitoring Riverbank Erosion in Mountain Catchments Using Terrestrial Laser Scanning. Rem. Sens. 8 (3), 241 (2016).
  13. Meijer, A. D., Heitman, J. L., White, J. G., Austin, R. E. Measuring erosion in long-term tillage plots using ground-based lidar. Soil & Till. Res. 126, 1-10 (2013).
  14. Rengers, F. K., Tucker, G. E., Moody, J. A., Ebel, B. A. Illuminating wildfire erosion and deposition patterns with repeat terrestrial lidar. J. of Geophys. Res.-Earth Surf. 121 (3), 588-608 (2016).
  15. Schubert, J. E., Gallien, T. W., Majd, M. S., Sanders, B. E. Terrestrial Laser Scanning of Anthropogenic Beach Berm Erosion and Overtopping. J. of Coast. Res. 31 (1), 47-60 (2015).
  16. Stenberg, L., et al. Evaluation of erosion and surface roughness in peatland forest ditches using pin meter measurements and terrestrial laser scanning. Earth Surf. Proc. and Landforms. 41 (10), 1299-1311 (2016).
  17. Croke, J., Todd, P., Thompson, C., Watson, F., Denham, R., Khanal, G. The use of multi temporal LiDAR to assess basin-scale erosion and deposition following the catastrophic January 2011 Lockyer flood, SE Queensland, Australia. Geomorph. 184, 111-126 (2013).
  18. Earlie, C., Masselink, G., Russell, P., Shail, R. Sensitivity analysis of the methodology for quantifying cliff erosion using airborne LiDAR - examples from Cornwall, UK. J. of Coast. Res. Spec. Iss. 65, 470-475 (2013).
  19. Kessler, A. C., Gupta, S. C., Dolliver, H. A. S., Thoma, D. P. Lidar Quantification of Bank Erosion in Blue Earth County, Minnesota. J. of Env. Quality. 41 (1), 197-207 (2012).
  20. Pye, K., Blott, S. J. Assessment of beach and dune erosion and accretion using LiDAR: Impact of the stormy 2013-14 winter and longer term trends on the Sefton Coast, UK. Geomorph. 266, 146-167 (2016).
  21. Thoma, D. P., Gupta, S. C., Bauer, M. E., Kirchoff, C. E. Airborne laser scanning for riverbank erosion assessment. Rem. Sens. of Env. 95 (4), 493-501 (2005).
  22. Zhang, C. L., Yang, S., Pan, X. H., Zhang, J. Q. Estimation of farmland soil wind erosion using RTK GPS measurements and the Cs-137 technique: A case study in Kangbao County, Hebei province, northern China. Soil & Till. Res. 112 (2), 140-148 (2011).
  23. Neugirg, F., et al. Erosion processes in calanchi in the Upper Orcia Valley, Southern Tuscany, Italy based on multitemporal high-resolution terrestrial LiDAR and UAV surveys. Geomorph. 269, 8-22 (2016).
  24. Pineux, N., et al. Can DEM time series produced by UAV be used to quantify diffuse erosion in an agricultural watershed?. Geomorph. 280, 122-136 (2017).
  25. Bremer, M., Sass, O. Combining airborne and terrestrial laser scanning for quantifying erosion and deposition by a debris flow event. Geomorph. 138 (1), 49-60 (2012).
  26. Day, S. S., Gran, K. B., Belmont, P., Wawrzyniec, T. Measuring bluff erosion part 2: pairing aerial photographs and terrestrial laser scanning to create a watershed scale sediment budget. Earth Surf. Proc. and Landforms. 38 (10), 1068-1082 (2013).
  27. De Rose, R. C., Basher, L. R. Measurement of river bank and cliff erosion from sequential LIDAR and historical aerial photography. Geomorph. 126 (1-2), 132-147 (2011).
  28. Perroy, R. L., Bookhagen, B., Asner, G. P., Chadwick, O. A. Comparison of gully erosion estimates using airborne and ground-based LiDAR on Santa Cruz Island, California. Geomorph. 118 (3-4), 288-300 (2010).
  29. Loeppert, R. H., Suarez, D. L., Sparks, D. L., et al. Carbonate and Gypsum. Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods. , 437-474 (1996).
  30. Sherrod, L. A., Dunn, G., Peterson, G. A., Kilberg, R. L. Inorganic carbon analysis by modified pressure-calcimeter method. Soil Sci. Soc. of Am. J. 66 (1), 299-305 (2002).
  31. McCutcheon, M. C., Farahani, H. J., Stednick, J. D., Buchleiter, G. W., Green, T. R. Effect of soil water on apparent soil electrical conductivity and texture relationships in a dryland field. Biosyst. Eng. 94 (1), 19-32 (2006).
  32. Wheaton, J. M., Brasington, J., Darby, S. E., Sear, D. A. Accounting for uncertainty in DEMs from repeat topographic surveys: improved sediment budgets. Earth Surf. Proc. and Landforms. 35 (2), 136-156 (2010).
  33. . Survey Marks and Datasheets Available from: https://www.ngs.noaa.gov/datasheets/ (2017)
  34. Trimble Inc. . Trimble Access Software – General Survey. Version 1.60. Revision A. , (2011).
  35. Erskine, R. H., Green, T. R., Ramirez, J. A., MacDonald, L. H. Digital elevation accuracy and grid cell size: effects on estimated terrain attributes. Soil Sci. Soc. of Am. J. 71, 1371-1380 (2007).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

127calcimeter

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved