Name: laboratory and field protocol for estimating sheet erosion rates from dendrogeomorphology
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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Les projets de recherche qui a financé cette recherche ont été : MARCoNI (CGL2013-42728-R) ; Dendro-Avenidas (CGL2007-62063) ; MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) du ministère espagnol de la Science et technologie et le projet idée-GESPPNN (Marm 163/2010), qui a été financé par le ministère environnement d’Espagne.

1. stratégie d’échantillonnage
<ol><li>Identification des processus géomorphologiques<ol>
<li>Mettre en oeuvre les unités hydrologiques d’intervention approche (HRU)21. À cette fin, identifier les domaines homogènes au sein du site d’étude, comprenant des dépôts de surface et la lithologie, couvert, résidu végétative en contact avec la surface du sol et de la pente. Sélectionnez parmi tous les HRUs, ceux dans lesquels le processus d’érosion de feuille est prédominant.</li>...

Le protocole déployé démontre la valeur de caractérisation détaillée et appropriée de la microtopographie de surface au sol, car elle permet de mesurer le taux d’érosion de feuille digne de confiance de dendrogeomorphology. Notre approche méthodologique met l’accent sur l’importance de la caractérisation de la microtopographie dans les environs de racines d’exposition pour améliorer l’estimation de taux d’érosion. Ce facteur a été largement ignoré dans les études antérieures, ce qui entraîne...

Des impacts tant économiques qu’environnementaux produits par l’érosion en nappe rend ce sujet dans une préoccupation mondiale1. Plusieurs méthodes, de techniques directes aux approches axées sur la physique et empiriques, servent à calculer les taux d’érosion de sol sur une variété d’échelles spatiales et temporelles. Les techniques directes utilisent des mesures sur le terrain dans des conditions naturelles et reposent essentiellement sur l’utilisation de Gerlach creux2, collecteurs d’eau3, erosion pins4 et profilomètres5. En outre, les modèles de l’érosion des sols ont été tournés représentant en détail les processus physiques réels responsables de l’érosion,6.
Dendrogeomorphology7 est une subdivision de la dendrochronologie8 qu’il est réussi à caractériser la fréquence et l’ampleur des processus géomorphologiques9,10,11,12, 13,14,15,16,17. Au sujet de l’érosion en nappe, dendrogeomorphology est habituellement employé pour améliorer ou remplacer les méthodes mentionnées ci-dessus, en particulier dans les zones où les taux d’érosion par les techniques directes de sont rares ou indisponible. Dendrogeomorphology est une méthode très flexible pour évaluer l’érosion du sol et peut être utilisé pour calibrer des modèles empiriques et axées sur la physique, ou peut-être comme données de source afin d’améliorer la fiabilité de l’estimation directe techniques18, 19. Dendrogeomorphology permet à l’érosion des sols à être mis en place sur de vastes étendues où les racines exposées sont disponibles. Ces racines exposées devraient montrer les limites de bagues arbre clair et répondent à des profils de croissance annuelle considérée comme optimale d’appliquer les techniques de dendrogeomorphological20. Autres racines exposées à échantillonner doivent être de préférence situés en unités homogènes basées sur leur réaction au sol de l’érosion,21.
La façon de dendrogeomorphical classiques d’estimation de l’érosion en nappe repose sur mesure in situ de l’épaisseur de sol érodé (Ex) de l’époque de la première exposition au présent22,23, 24. Le rapport entre ces deux variables est utilisé pour calculer une valeur de l’érosion dans mm∙yr1. Des recherches menées à ce jour a été entièrement sur l’identification efficacement la première année de l’exposition. L’issue, les modifications de la racine en raison de l’exposition sont analysées au niveau macroscopique25, ou au tissu et les niveaux cellulaires de27,26,28. Le principal changement anatomique présent dans les racines des conifères est en augmentation épaisseur des cernes, suite à un grand nombre de cellules dans le bois initial (EW)26. Une réduction a de même été trouvée dans la zone de lumen des trachéides de EW avec une épaisseur de structure pariétale accrue de bois final (LW) trachéides24,27,29. Ces modifications ont été décrites et quantifiées comme début lorsque l’érosion diminue la surface du sol au-dessus de la racine à peu près trois cm30. Moins d’attention a été accordée à la détermination adéquate du paramètre Ex . L’âge des racines exposées était généralement lié à la hauteur de l’axe central de la racine de la croissance sur le sol de surface31,32. L’estimation de Ex a été corrigée en conséquence étant donné la croissance secondaire en cours30,,33. Plus récemment, ces approches méthodologiques ont également intégré la caractérisation du sol microtopographie pour obtenir l’érosion fiable taux34,35,36.
Nous présentons un protocole de laboratoire et de terrain afin d’estimer les plus précises et fiables feuille taux d’érosion de dendrogeomorphology. Dans ce protocole particulier, nous examinons l’hypothèse que toutes les racines exposées, quel que soit l’orientation relative au chemin de ruissellement et en conjonction avec macrotopographie analyse, l’échantillonnage permet taux d’érosion être précisément reconstruit et quantifiés. Notre objectif, doit donc fournir un protocole pour estimer le taux d’érosion de maximiser la taille de l’échantillon des racines exposées, à l’aide des informations macroscopiques et microscopiques dans la série de cernes de croissance, ainsi que des données topographiques à haute résolution.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1336">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:235px;">Topographic map, soil map, land cover map</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td style="width:751px;">To be obtained from public institutions or generate at the first phase of research</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Single ring infiltometer</td>
			<td style="width:197px;">Turf-Tec International</td>
			<td style="width:155px;">IN16-W</td>
			<td>http://www.turf-tec.com/IN16Lit.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Handsaw</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td style="width:751px;">There is noy any specific characteristics to be considered regarding the model</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Measuring tape</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>With accuracy of 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Terrestrial Laser Scanning (TLS)</td>
			<td style="width:197px;">Leica-Geosystems</td>
			<td style="width:155px;">Leica ScanStation P16</td>
			<td>https://leica-geosystems.com/products/laser-scanners/scanners/leica-scanstation-p16</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Microtopographic Profile Gauge</td>
			<td style="width:197px;">RS Online</td>
			<td style="width:155px;">Facom, 19</td>
			<td>https://www.classic-conservation.com/es/herramientas-para-talla-y-escultura-en-madera/511-galga-medidora-de-perfiles.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Sandpaper</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>from 80 to 400 grit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Scanner</td>
			<td style="width:197px;">EPSON</td>
			<td style="width:155px;">Perfection V800 Photo</td>
			<td>https://www.epson.co.uk/products/scanners/consumer-scanners/perfection-v800-photo</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Image analysis system</td>
			<td style="width:197px;">Regent Instruments Inc.</td>
			<td style="width:155px;">WinDENDRO</td>
			<td>http://www.regentinstruments.com/assets/windendro_analysisprocess.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Measuring table</td>
			<td style="width:197px;">IML</td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>https://www.iml-service.com/product/iml-measuringtable/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:235px;">Sliding microtome</td>
			<td style="width:197px;">Thermo Fisher SCIENTIFIC</td>
			<td style="width:155px;">Microm HM 450-387760</td>
			<td>http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/910020</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Optical microscope</td>
			<td style="width:197px;">OLYMPUS</td>
			<td style="width:155px;">MX63/MX63L</td>
			<td>https://www.olympus-ims.com/en/microscope/mx63l/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Digital camera for microscope</td>
			<td style="width:197px;">OLYMPUS</td>
			<td style="width:155px;">DP74</td>
			<td>https://www.olympus-ims.com/en/microscope/dc/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Safranin</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td style="width:751px;">Empirical Formula (Hill Notation) C20H19ClN4&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:235px;">Astrablue</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td style="width:751px;">Empirical Formula C47H52CuN14O6S3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Alcohol</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td style="width:751px;">Alcohol by volume (50%, 75% and 100%)</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:235px;">Distilled water</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>H2O</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Citrus oil clearing agent</td>
			<td style="width:197px;"></td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>https://www.nationaldiagnostics.com/histology/product/histo-clear</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Coated slides</td>
			<td style="width:197px;">Thermo Fisher SCIENTIFIC</td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>https://www.fishersci.com/us/en/products/I9C8JXMT/coated-glass-microscope-slides.html</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:235px;">Hardening epoxy</td>
			<td style="width:197px;">MERCK</td>
			<td style="width:155px;"></td>
			<td>https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/03989?lang=es&#38;region=ES</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

laboratory and field protocol for estimating sheet erosion rates from dendrogeomorphology

L’érosion en nappe est parmi les moteurs essentiels de la dégradation des sols. L’érosion est contrôlée par des facteurs environnementaux et les activités humaines, qui conduisent souvent à des incidences graves sur l’environnement. La compréhension de l’érosion en nappe est, par conséquent, un problème dans le monde entier avec des implications pour l’environnement et des économies. Cependant, les connaissances sur l’évolution de l’érosion dans l’espace et le temps sont encore limitée, ainsi que ses effets sur l’environnement. Ci-dessous, nous expliquons qu'un nouveau protocole de dendrogeomorphological pour dériver érodé épaisseur de sol (E,x) par l’acquisition de microtopographique précises données à l’aide de laser terrestre (TLS) et jauges de profil microtopographique. En outre, des procédures standard dendrogeomorphic, dépendants des variations anatomiques dans les anneaux de la racine, sont utilisées pour établir le calendrier de l’exposition. Profil TLS et de microtopographique calibres servent à obtenir des proﬁls de surface au sol, d'où Ex est évalué après que la distance seuil (TD) est déterminée, c'est-à-dire la distance entre la racine et les sédiments knickpoint, qui permet de déﬁnir l’abaissement de la surface du sol causée par l’érosion en nappe. Pour chaque profil, nous avons mesuré la hauteur entre le dessus de la racine et un virtuel plan tangent à la surface du sol. De cette façon, nous avions l’intention d’éviter les petits effets de déformation du sol, qui peut être due à des pressions exercées par le système de racine, ou par la disposition des racines exposées. Cela peut provoquer de petites quantités de sédimentation de sol ou de l’érosion selon la façon dont elles affectent physiquement le ruissellement de surface. Nous démontrons qu’une caractérisation adéquate microtopographique des racines exposées et leur surface de sol associées est très précieuse pour obtenir les taux exacts de l’érosion. Cette constatation pourrait être utilisée pour développer les meilleures pratiques de gestion conçus pour éventuellement arrêter ou peut-être, au moins, réduire l’érosion des sols, afin que les politiques de gestion plus durables peuvent être mises en pratique.

Échantillons de racines exposées souffrent grave détérioration cambiale en raison de l’impact de l’exposition (p. ex., modifications de température, l’incidence de la lumière) et le stress physique, en raison de piétinement par les randonneurs ou animale pâturage et de navigation que les racines l’objet après que qu’ils sont exposés. Détermination de l’existence des anneaux discontinus, comme précisément datant de la première année de la réponse à l?...

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Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Laboratoire et au champ protocole pour estimer les taux d’érosion de feuille de Dendrogeomorphology

Caractériser l’érosion causée par dendrogeomorphology a généralement porté sur trouver avec précision l’heure de début de l’exposition des racines, par l’examen macroscopique ou changements de niveau cellule causée par l’exposition. Ici, nous offrons une description détaillée des différentes nouvelles techniques pour obtenir des taux d’érosion plus précis de données haute précision microtopographique.

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to ...

Cette méthode peut aider à répondre aux questions clés sur le terrain pour la dendrogeomorphologie sur l’importance de la caractérisation microtopographique du sol pour obtenir des taux fiables d’érosion des feuilles. Le principal avantage de cette technique est qu’elle donne des estimations acceptables de l’érosion du sol sur de grandes surfaces comparables à un locus raisonnable. L’implication de ces techniques s’étend à l’amélioration de la réplicabilité et de l’utilité de la déndrogeomorphologie en élargissant la typologie des bio-indicateurs qui peuvent être utilisés pour quantifier les taux d’érosion.En général, les personnes nouvelles à cette technique seraient en mesure de la reproduire facilement en raison de la polyvalence de la méthodologie. La démonstration visuelle de cette méthode est critique car elle est basée sur l’achèvement de plusieurs étapes liées à différentes approches méthodologiques. Commencez par localiser les racines exposées qui sont plus loin que 1,5 mètre du tronc.Et en utilisant une scie à main pour couper au moins 30 racines exposées avec un diamètre supérieur à cinq centimètres en sections de 15 centimètres de long. Sélectionnez deux tranches d’environ 1,5 centimètre d’épaisseur et utilisez une truelle de jaugeage, une scie à main et un ruban à mesurer pour échantillonner au moins 1/3 des racines exposées totales à différentes profondeurs de sol, jusqu’à un maximum de 20 centimètres pour établir l’épaisseur minimale du sol au-dessous de laquelle les racines commencent à avoir une réponse anatomique due à l’exposition. Pour la caractérisation microtopographique des racines exposées d’un endroit facilement accessible, utilisez un dispositif terrestre de balayage laser qui peut mesurer jusqu’à 50 000 points par seconde avec une précision d’un millimètre à une distance de balayage inférieure à 120 mètres, pour considérer au moins deux différents emplacements conventionnels de balayage laser terrestre sans zones d’ombre.Utilisez un minimum de quatre cibles d’arpentage haute définition placées pour couvrir l’ensemble de la zone afin de fusionner les deux emplacements. Numérisation d’une surface moyenne de 300 centimètres au carré à partir des endroits sélectionnés à une résolution spatiale d’un millimètre. Pour la caractérisation microtopographique des racines exposées en terrain difficile et escarpé, placez une jauge de profil microtopographique perpendiculaire à la racine exposée et niveler par la suite la jauge horizontalement pour toutes les mesures de manière à ce que différents ensembles de données puissent être comparés.La caractérisation microtopographique de surface du sol est essentielle pour obtenir des taux d’érosion précis et peut être réalisée à peu de frais à l’aide d’une jauge microtopographique, peu importe la topographie du site de l’étude. Ensuite, dessinez le profil obtenu sur du papier graphique pour permettre l’estimation de la quantité de sol érodé le long du profil avec une précision inférieure au millimètre. Pour déterminer le moment de l’exposition aux racines par analyse macroscopique, utilisez l’augmentation du pourcentage de bois tardif et des largeurs d’anneau de croissance plus grandes comme indicateurs du stress induit par l’exposition.Et marquer au moins quatre à cinq radii le long du diamètre des tranches qui présentent la plus grande variabilité dans les largeurs d’anneau de croissance. Ensuite, utilisez un système d’analyse d’image pour mesurer la largeur de l’anneau d’arbre et comparer la variabilité des largeurs des anneaux de croissance entre les différents radii pour la datation visuelle croisée afin d’améliorer la précision de datation pour la première année d’exposition à l’érosion du sol et de dater correctement les anneaux suivants. Pour déterminer le moment de l’exposition aux racines par analyse microscopique, pour les échantillons de racines exposés et non exposés, utilisez une microtome coulissante pour obtenir des sections transversales radiales d’environ un centimètre de large et de 20 microns d’épaisseur.Tacher les sections transversales avec de la safranine et déshydrater les échantillons avec des immersions ascendantes d’eau d’éthanol dans jusqu’à 96% d’éthanol, jusqu’à ce que l’eau s’éclaircit. Tremper les échantillons dans un agent de compensation approprié, et les monter sur des diapositives codées avec un glissement de couverture de durcissement époxy. Après avoir permis aux échantillons de sécher à température ambiante, imagez les sections sous grossissement de 125 x pour comparer l’empreinte anatomique des échantillons de racines exposés et non exposés.Utilisez ensuite un analyseur d’images approprié pour obtenir des mesures microscopiques de la largeur des œlles de croissance, du nombre de cellules par anneau, du pourcentage de bois tardif et de la zone de lumen dans le bois précoce. Dans cette analyse macroscopique, des changements dans le modèle de croissance de l’anneau d’arbre ont été observés en raison de la mort du cambium sur la partie supérieure de la racine. Y compris un passage de la croissance concentrique à la croissance excentrique et la présence de certains anneaux d’arbres extérieurs partiellement détruits.Dans cette analyse microscopique, la première fois de l’exposition peut être observée quand il y a changement dramatique dans la largeur d’anneau. Une augmentation du nombre de vaisseaux est également perceptible, et des points de résine traumatiques apparaissent dans certaines racines marquées. Le bois tardif est facilement visualisé en raison de ses multiples rangées de trachées à paroi épaisse.Avec une baisse significative du lumen trachéide du bois précoce observé lors de l’exposition. La caractérisation de la microtopographie de surface du sol joue un rôle essentiel dans l’obtention de taux précis d’érosion des feuilles. Ce motif morphologique des racines exposées se termine à une distance spécifique à partir de laquelle la surface du sol n’est façonnée que par l’érosion des feuilles, indiquant l’endroit où l’érosion doit être mesurée.Ici, 114 échantillons de racines exposées ont été analysés. Permettant une caractérisation multidécennale de l’érosion des feuilles. L’analyse de 10 racines enfouies a révélé qu’elles ont commencé à réagir anatomiquement à l’exposition alors qu’elles se trouvaient à environ trois centimètres sous la surface du sol.Ce qui est un indicateur essentiel pour améliorer l’exactitude des taux d’érosion. Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler que la caractérisation microtopographique appropriée des racines et de leur voisinage immédiat s’est démontrée comme un facteur clé dans l’estimation fiable des taux d’érosion des feuilles. Le protocole est reproductible dans n’importe quelle zone géographique, à condition que les espèces d’arbres disponibles démontrent une bonne aptitude à l’utilisation dans la recherche sur les racines des arbres, telle qu’elle est appliquée pour les évaluations de l’érosion du sol.À la suite de cette procédure, l’ajout d’autres méthodes qui utilisent des bassins versants instrumentaux ou des parcelles expérimentales peut améliorer la représentativité spatiale de l’analyse de l’érosion. Cette technique peut être utilisée pour concevoir les meilleures pratiques de gestion, qui pourraient en fin de compte prévenir, ou du moins réduire, l’érosion des sols. Faciliter l’application de pratiques de gestion plus durables.

Research

JoVE Journal

Environment

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