Name: laboratory and field protocol for estimating sheet erosion rates from dendrogeomorphology
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology at JoVE.com

I progetti di ricerca che ha finanziato questa ricerca sono stati: MARCoNI (CGL2013-42728-R); Fornite-Avenidas (CGL2007-62063); MAS fornite-Avenidas (CGL2010-19274) del Ministero spagnolo della scienza e tecnologia e il progetto IDEA-GESPPNN (OAPN 163/2010), che è stato finanziato dal Ministero dell'ambiente di Spagna.

1. strategia di campionamento
<ol><li>Identificazione del processo geomorfica<ol>
<li>Implementare le unità di risposta idrologica approccio (HRU)21. A tal fine, identificare aree omogenee all'interno del sito di studio, composto da depositi litologia e superficie, aventi copertura vegetativo residui a contatto con la superficie del terreno e la pendenza. Selezionare tra tutti i HRUs quelle in cui il processo di erosione del foglio è predominante.</li>
	</ol>
</li>
</ol><p class="jove_content"...

Il protocollo distribuito dimostra il valore di caratterizzazione dettagliata e corretta della topografia di superficie di terra, come consente di misurare il tasso di erosione del foglio affidabile da dendrogeomorphology. Il nostro approccio metodologico si concentra sull'importanza di caratterizzare la topografia nei dintorni di radici di esposizione per migliorare la stima del tasso di erosione. Questo fattore è stato largamente ignorato negli studi precedenti, conseguente a un'interpretazione errata dei tassi di ero...

Impatti economici ed ambientali prodotti dall'erosione del foglio rende questo argomento in una preoccupazione in tutto il mondo1. Diversi metodi, da tecniche dirette ad approcci basati sulla fisica ed empirici, vengono utilizzati per calcolare i tassi di erosione del suolo su una varietà di scale temporali e spaziali. Tecniche dirette utilizzano misure in campo in condizioni naturali e si basano principalmente sull'uso di Gerlach trogoli2, acqua collezionisti3, erosione pin4 e profilometri5. Inoltre, modelli di erosione del suolo sono stati sempre più concentrati su che rappresentano dettagliatamente i processi fisici reali responsabili per erosione6.
Dendrogeomorphology7 è una suddivisione della dendrocronologia8 che è riuscito a caratterizzare la frequenza e l'entità dei processi geomorfici9,10,11,12, 13,14,15,16,17. Per quanto riguarda l'erosione del foglio, dendrogeomorphology è solitamente utilizzata per migliorare o sostituire le metodologie di cui sopra, specialmente nelle zone dove i tassi di erosione derivati da tecniche dirette sono scarse o non disponibile. Dendrogeomorphology è un metodo molto flessibile per valutare l'erosione del suolo e può essere utilizzato per calibrare i modelli basati sulla fisica ed empirici, o forse come dati di origine per migliorare l'affidabilità della stima diretta tecniche18, 19. Dendrogeomorphology consente l'erosione del suolo a stabilirsi su vaste aree dove le radici esposte sono disponibili. Queste radici esposte dovrebbero mostrare chiaro albero anelli limiti e rispondere a modelli di crescita annuale per essere considerato come ottimale di applicare tecniche di dendrogeomorphological20. Le radici più ulteriormente, esposte da campionare dovrebbero trovarsi preferibilmente in unità omogenee basato sulla loro reazione al suolo erosione21.
Il modo convenzionale dendrogeomorphical di erosione del foglio la stima si basa su misura in situ il suolo eroso spessore (Ex) dal momento della prima esposizione alle presenti22,23, 24. Il rapporto tra queste due variabili è utilizzato per calcolare un valore di erosione in mm∙yr1. Gran parte delle ricerche condotte fino ad oggi è concentrata interamente sul identificare in modo efficiente l'anno iniziale di esposizione. Come risultato, le modifiche nella radice a causa di esposizione vengono analizzate al livello macroscopico25, o presso il tessuto e i livelli cellulari26,27,28. Il cambiamento anatomico principale presente in radici esposte di conifere è in aumento spessore anello di crescita, in conseguenza di un numero significativo di cellule all'interno del Primaticcio (EW)26. Un taglio allo stesso modo è stato trovato all'interno dell'area di lume di tracheidi EW insieme con uno spessore di parete cellulare aumentata struttura di latewood (LW) tracheidi24,27,29. Queste modifiche sono stati descritte e quantificate come inizio quando erosione riduce la superficie di terra sopra la radice di circa tre cm30. Meno attenzione è stata concessa alla adeguata determinazione del parametro Ex . L'età delle radici esposte era in genere connesso con l'altezza dell'asse centrale della radice della crescita sopra la terra superficie31,32. La stima di Ex è stato conseguentemente corretto considerando la crescita secondaria in corso30,33. Più recentemente, questi approcci metodologici sono integrati la caratterizzazione del suolo topografia per ottenere affidabile erosione tariffe34,35,36.
Vi presentiamo un protocollo di laboratorio e sul campo per stimare più accurate e affidabili foglio tassi di erosione da dendrogeomorphology. In questo particolare protocollo, esaminiamo l'ipotesi che tutte le radici esposte, indipendentemente dall'orientamento relativo percorso di deflusso e in collaborazione con microtopographical di analisi, di campionamento consente tassi di erosione proprio essere ricostruito e quantificati. Il nostro obiettivo, quindi, è quello di fornire un protocollo per stimare i tassi di erosione da massimizzare la dimensione del campione di radici esposte, utilizzando informazioni macroscopiche e microscopiche presenti nella serie di anelli di crescita e anche dati topografici ad alta risoluzione.

<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

Erosione del foglio è tra i driver cruciali del degrado del suolo. L'erosione è controllato da fattori ambientali e delle attività umane, che spesso portano a gravi impatti ambientali. La comprensione di erosione del foglio è, di conseguenza, un problema in tutto il mondo con implicazioni per l'ambiente sia economie. Tuttavia, la conoscenza su come erosione si evolve nello spazio e nel tempo è ancora limitata, così come i suoi effetti sull'ambiente. Di seguito, spieghiamo che un nuovo protocollo di dendrogeomorphological per la derivazione di eroso spessore del suolo (Ex) con l'acquisizione di dati accurati microtopographic utilizzando laser terrestre (TLS) di scansione sia microtopographic profilometri. Inoltre, le procedure standard dendrogeomorphic, dipendente da variazioni anatomiche in anelli di radice, vengono utilizzate per stabilire i tempi di esposizione. Profilo TLS sia microtopographic calibri sono usati per ottenere i proﬁli superficie terreno, da cui è stimato Ex , dopo aver determinata la distanza soglia (TD), cioè la distanza tra la radice e il sedimento knickpoint, che permette di deﬁnire l'abbassamento della superficie del terreno dovuta all'erosione del foglio. Per ogni profilo, abbiamo misurato l'altezza tra la parte superiore della radice e un virtual piano tangente alla superficie del terreno. In questo modo, siamo destinati ad evitare impatti su piccola scala di deformazione del suolo, che può essere a causa di pressioni esercitate dal sistema di radice, o dalla disposizione delle radici esposte. Questo può provocare piccole quantità di terreno sedimentazione o erosione a seconda di come influenzano fisicamente il ruscellamento superficiale. Dimostriamo che una caratterizzazione adeguata microtopographic di radici esposte e la loro superficie associate a terra è molto preziosa per ottenere tassi di erosione accurata. Questa scoperta potrebbe essere utilizzata per sviluppare le migliori pratiche di gestione progettate per fermare alla fine o forse, almeno, ridurre l'erosione del suolo, in modo che politiche di gestione più sostenibile possono essere messo in pratica.

Campioni di radici esposte soffrono di grave deterioramento cambial a causa dell'impatto dell'esposizione (ad es., le modifiche di temperatura, incidenza della luce) più lo sforzo fisico, a causa di calpestare gli escursionisti o degli animali al pascolo e la navigazione che le radici sottoporsi dopo sono esposti. Determinare l'esistenza di anelli discontinui, nonché incontri proprio il primo anno di risposta all'esposizione è stato compiuto in laboratorio come nel protocollo ...

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Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Laboratorio e campo protocollo per la stima di tassi di erosione del foglio da Dendrogeomorphology

Che caratterizzano l'erosione da dendrogeomorphology ha solitamente focalizzata sulla ricerca con precisione l'ora di inizio dell'esposizione principale, mediante l'esame macroscopico o cambiamenti di livello delle cellule causato da esposizione. Qui, vi offriamo una descrizione dettagliata di diverse nuove tecniche per ottenere più precisi tassi di erosione da microtopographic altamente accurati dati.

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

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sul campo per la dendrogeomorfologia sull'importanza della caratterizzazione microtopografica del suolo per ottenere tassi di erosione delle lamiere affidabili. Il vantaggio principale di questa tecnica è che produce stime accettabili dell'erosione del suolo su vaste aree comparabili in un luogo ragionevole. L'implicazione di queste tecniche si estende verso il miglioramento della replicabilità e dell'utilità della dendrogeomorfologia ampliando la tipologia dei bio-indicatori che possono essere utilizzati per quantificare i tassi di erosione.Generalmente, gli individui nuovi a questa tecnica sarebbero in grado di replicarla facilmente grazie alla versatilità della metodologia. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto si basa sul completamento di diversi passaggi relativi a diversi approcci metodologici. Inizia individuando radici esposte che sono più lontane di 1,5 metri dal tronco.E usando una sega a mano per tagliare almeno 30 radici esposte con un diametro superiore a cinque centimetri in sezioni lunghe 15 centimetri. Selezionare due fette spesse circa 1,5 centimetri e utilizzare una cazzuola di misura, una sega a mano e un nastro di misura per campionare almeno 1/3 delle radici totali esposte a diverse profondità del suolo, fino a un massimo di 20 centimetri per stabilire lo spessore minimo del suolo al di sotto del quale le radici iniziano ad avere una risposta anatomica a causa dell'esposizione. Per la caratterizzazione microtopografica delle radici esposte di una posizione facilmente accessibile, utilizzare un dispositivo di scansione laser terrestre in grado di misurare fino a 50.000 punti al secondo con una precisione di un millimetro a una distanza di scansione inferiore a 120 metri, per considerare almeno due diverse posizioni di scansione laser terrestre convenzionali senza zone d'ombra.Utilizzare almeno quattro destinazioni di rilevamento ad alta definizione posizionate per coprire l'intera area per unire le due posizioni. Scansione di un'area media di 300 centimetri al quadrato dalle posizioni selezionate con una risoluzione spaziale di un millimetro. Per la caratterizzazione microtopografica delle radici esposte su terreni difficili e ripidi, posizionare un misuratore di profilo microtopografico perpendicolare alla radice esposta e successivamente livellare il calibro orizzontalmente per tutte le misurazioni in modo tale da poter confrontare diversi set di dati.La caratterizzazione microtopografica della superficie del suolo è fondamentale per ottenere tassi di erosione accurati e può essere realizzata a basso prezzo utilizzando un indicatore microtopografico indipendentemente dalla topografia del sito di studio. Quindi, disegnare il profilo ottenuto su carta grafica per consentire la stima della quantità di terreno eroso lungo il profilo con precisione sub-millimetrica. Per determinare i tempi di esposizione delle radici mediante analisi macroscopica, utilizzare l'aumento della percentuale di legno tardivo e le maggiori larghezze degli anelli di crescita come indicatori di sollecitazione indotti dall'esposizione.E segnare almeno da quattro a cinque raggi lungo il diametro delle fette che mostrano la più alta variabilità nelle larghezze degli anelli di crescita. Quindi, utilizzare un sistema di analisi delle immagini per misurare la larghezza dell'anello dell'albero e confrontare la variabilità delle larghezze degli anelli di crescita tra i diversi raggi per la cross-dating visiva sia per migliorare la precisione di datazione per il primo anno di esposizione all'erosione del suolo che per datare correttamente gli anelli successivi. Per determinare il tempo di esposizione alla radice mediante analisi microscopiche, sia per campioni di radice esposti che non esposti, utilizzare un microtomo scorrevole per ottenere sezioni trasversali radiali larghe circa un centimetro e spesse 20 micron.Macchiare le sezioni trasversali con safranina e disidratare i campioni con immersioni ascendenti di acqua di etanolo fino al 96% di etanolo, fino a quando l'acqua non scorre limpida. Immergere i campioni in un agente di compensazione appropriato e montarli su diapositive codificate con un foglietto di copertura di epossico di indurimento. Dopo aver permesso ai campioni di asciugarsi a temperatura ambiente, immagini le sezioni sotto l'ingrandimento 125x per confrontare l'impronta anatomica dei campioni di radice esposti e non esposti.Quindi utilizzare un analizzatore di immagini appropriato per ottenere misurazioni microscopiche delle larghezze dell'anello di crescita, del numero di celle per anello, della percentuale di legno tardivo e dell'area del lume nel legno precoce. In questa analisi macroscopica, sono stati osservati cambiamenti nel modello di crescita dell'anello degli alberi a causa della morte del cambium nella parte superiore della radice. Compreso il passaggio dalla crescita concentrica a quella eccentrica e la presenza di alcuni anelli esterni parzialmente distrutti.In questa analisi microscopica, la prima volta di esposizione può essere osservata quando c'è un cambiamento drammatico nella larghezza dell'anello. Anche un aumento del numero di vasi è evidente e punti di resina traumatici compaiono in alcune radici sfregiate. Il legno tardivo è facilmente visualizzato a causa delle sue molteplici file di tracheidi dalle pareti spesse.Con un calo significativo del lume tracheide del legno precoce osservato al momento dell'esposizione. La caratterizzazione della microtografia della superficie del suolo svolge un ruolo fondamentale nell'ottenere tassi di erosione accurata delle lamiere. Questo modello morfologico di radice esposta termina ad una distanza specifica dalla quale la superficie del suolo è modellata solo dall'erosione del foglio, indicando il luogo in cui deve essere misurata l'erosione.Qui sono stati analizzati 114 campioni di radici esposte. Abilitazione di una caratterizzazione multidecadale dell'erosione del foglio. L'analisi di 10 radici sepolte ha rivelato che hanno iniziato a rispondere anatomicamente all'esposizione quando erano circa tre centimetri sotto la superficie del suolo.Che è un indicatore essenziale per migliorare l'accuratezza dei tassi di erosione. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che la corretta caratterizzazione microtopografica delle radici e delle loro immediate vicinanze è stata dimostrata come un fattore chiave nella stima affidabile dei tassi di erosione delle lamiere. Il protocollo è replicabile in qualsiasi area geografica, a condizione che le specie arboree disponibili dimostrino una buona attitudine all'uso nella ricerca sulle radici degli alberi, come richiesto per le valutazioni dell'erosione del suolo.Seguendo questa procedura, l'aggiunta di altri metodi che utilizzano bacini di urti strumentali, o grafici sperimentali possono migliorare la rappresentatività spaziale dell'analisi dell'erosione. Questa tecnica può essere utilizzata per progettare le migliori pratiche di gestione, che potrebbero in ultima analisi prevenire, o almeno ridurre, l'erosione del suolo. Facilitare l'applicazione di pratiche di gestione più sostenibili.

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