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

De forskningsprojekt som finansieras denna forskning var: MARCoNI (CGL2013-42728-R); Dendro-Avenidas (CGL2007-62063); MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) av det spanska ministeriet för vetenskap och teknik och projektet idé-GESPPNN (OAPN 163-2010), som finansierades av Spaniens Environmental Ministry.

1. provtagningsstrategi
<ol><li>Geomorphic processen identifiering<ol>
<li>Genomföra de hydrologiska svar enheter tillvägagångssätt (HRU)21. I detta syfte identifiera homogena områden inom webbplatsen studie bestående av bergarter och ytan insättningar, canopy lock, vegetativt rester i kontakt med jordytan och lutning. Välj bland alla HRUs de där blad erosion processen är dominerande.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" cl...

Det protokoll som distribuerats visar värdet av detaljerad och korrekt karakterisering av marken yta microtopography, eftersom det gör det möjligt för att mäta pålitlig ark erosion priser från dendrogeomorphology. Med vårt metodiska tillvägagångssätt fokuserar på vikten av att karaktärisera microtopography i närheten av exponering rötter att förbättra erosion pris uppskattning. Denna faktor har till stor del ignorerats i tidigare studier, vilket resulterar i en felaktig tolkning av smutsa erosion priser ...

Både ekonomiska och miljömässiga konsekvenser som produceras av ark erosion gör detta ämne i en världsomspännande oro1. Flera metoder, från direkta tekniker till fysiska-baserade och empiriska metoder, används för att beräkna jord erosion priser på en mängd olika tidsliga och rumsliga skalor. Direkta tekniker använda fältmätningar under naturliga förhållanden och baseras huvudsakligen på användningen av Gerlach dalar2, vatten samlare3, erosion stift4 och ytfinhet5. Dessutom har modeller av jorderosion fokuserat alltmer på att företräda i detalj de verkliga fysiska processerna som är ansvarig för erosion6.
Dendrogeomorphology7 är en underindelning av dendrokronologi8 att det är framgångsrika i att karakterisera frekvens och magnitud av geomorphic processer9,10,11,12, 13,14,15,16,17. Angående ark erosion, dendrogeomorphology används vanligen för att förbättra eller ersätta de metoder som nämns ovan, särskilt i områden där erosion priser härrör från direkta tekniker är antingen knappa eller saknas. Dendrogeomorphology är en mycket flexibel metod för att bedöma jorderosion och kan användas för att kalibrera fysiska-baserade och empiriska modeller, eller kanske som en data källa för att förbättra tillförlitligheten i direkt uppskattning tekniker18, 19. Dendrogeomorphology möjliggör jorderosion upprättas över stora områden där det finns exponerade rötter. Dessa exponerade rötter bör Visa tydliga trädet ringar gränser och svara på årliga tillväxtmönster betraktas som optimala att tillämpa dendrogeomorphological tekniker20. Ytterligare, exponerade rötter som skall provtas bör helst finnas i homogena enheter baserat på deras reaktion att smutsa erosion21.
Det konventionella dendrogeomorphical sättet att uppskatta ark erosion är jordad på mätning i situ eroderad jord tjocklek (Ex) från tiden av den första exponeringen till den nuvarande22,23, 24. Förhållandet mellan dessa två variabler används för att beräkna en erosion värde i mm∙yr1. Mycket av forskningen hittills har helt inriktat på att effektivt identifiera det första året av exponering. Som ett resultat analyseras ändringar i roten på grund av exponering på makroskopisk nivå25eller i vävnad och cellulära nivåer26,27,28. Huvudsakliga anatomiska förändringen i barrträd exponerade rötter ökar tillväxt ringen tjocklek, till följd av ett betydande antal celler inom den earlywood (EW)26. En nedskärning har heller hittats inom området lumen i EW Trakeider tillsammans med en ökad cell struktur väggtjocklek av latewood (LW) Trakeider24,27,29. Dessa ändringar har beskrivs och kvantifieras som början när erosion sänker markytan över roten till ungefär tre cm30. Mindre uppmärksamhet beviljades adekvat bestämning av Ex -parameter. Åldern av exponerade rötter var vanligen ansluten med höjden av rotens centrum axel tillväxt över marken yta31,32. Uppskattning av Ex korrigerades följaktligen med tanke på pågående sekundär tillväxt30,33. Mer nyligen, dessa metoder har också integrerat karakterisering av jord microtopography att erhålla tillförlitlig erosion priser34,35,36.
Vi presenterar ett laboratorie- och protokoll för att uppskatta mer korrekta och tillförlitliga blad erosion priser från dendrogeomorphology. I detta särskilda protokoll undersöker vi hypotesen att provtagning alla exponerade rötter, oavsett orientering i förhållande till avrinning och i samband med microtopographical analys, möjliggör erosion priser skall exakt rekonstruerade och kvantifieras. Vårt mål är därför att tillhandahåller ett protokoll för att uppskatta erosion priser från maximera urvalsstorlek exponerade rötter, med hjälp av makroskopiska och mikroskopiska informationen i tillväxt tree-ring serien och även högupplösta topografiska data.

<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

Sheet erosion är bland de avgörande drivkrafterna för markförstöring. Erosion styrs av miljöfaktorer och mänsklig verksamhet, vilket ofta leder till allvarliga miljökonsekvenser. Förståelsen av ark erosion är följaktligen en global fråga med konsekvenser för både miljön och ekonomin. Kunskap om hur erosion utvecklas i tid och rum är dock fortfarande begränsad, samt dess effekter på miljön. Nedan förklarar vi ett nytt dendrogeomorphological-protokoll för att få fram eroderade jord tjocklek (Ex) genom att förvärva korrekt microtopographic data med hjälp av både marksänd laserscanning (TLS) och microtopographic profil mätare. Dessutom används standard dendrogeomorphic procedurer, beroende på anatomiska variationer i roten ringar, för att fastställa tidpunkten för exponeringen. Både TLS och microtopographic profil mätare används för att få marken yta proﬁler, varifrån Ex beräknas efter tröskel avståndet (TD) bestäms, dvs avståndet mellan roten och sediment knickpoint, vilket gör att deﬁniera sänkningen av markytan orsakas av ark erosion. För varje profil mätte vi höjden mellan ovansidan av roten och ett virtuellt plan som tangerar till markytan. På detta sätt avsåg vi att förhindra småskaliga effekter av jord deformation, vilket kan bero på tryck som utövas av rotsystemet, eller av ordningen av exponerade rötter. Detta kan framkalla små mängder jord sedimentering eller erosion beroende på hur de fysiskt påverkar avrinningen. Vi visar att en adekvat microtopographic karakterisering av exponerade rötter och deras associerade markytan är mycket värdefullt att få korrekt erosion priser. Detta konstaterande skulle kunna utnyttjas för att utveckla förvaltningen metodtips för att så småningom stoppa eller kanske minst, minska jorderosion, så att mer hållbar hanteringsprinciper kan omsättas i praktiken.

Prover av exponerade rötter lida allvarlig cambial försämring på grund av effekterna av exponering (t.ex. ändringar i temperatur, förekomsten av ljuset) plus den fysisk stressen, på grund av tramp av vandrare eller djurens betande och surfar som rötterna genomgå efter de utsätts. Av huruvida diskontinuerligt ringar, liksom just dating det första året som svar på exponering var fulländat i labbet som i protokoll 4 (steg 4.1.6 till 4.1.8). Vi valde förhöjningen av l...

Watch this Scientific Journal Video about Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology at JoVE.com

Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Laboratorium och fält-protokollet för att uppskatta ark Erosion priser från Dendrogeomorphology

Karaktärisera erosion från dendrogeomorphology har oftast fokuserat på exakt hitta starttiden för roten exponering, genom att undersöka makroskopiska eller cellförändringar orsakade av exponering. Här erbjuder vi en detaljerad beskrivning av olika nya tekniker för att erhålla mer exakt erosion priser från noggranna microtopographic data.

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

Denna metod kan hjälpa till att besvara viktiga frågor i fältet för dendrogeommorfologi om vikten av marken mikrotopografisk karakterisering för att erhålla tillförlitliga plåt erosion priser. Den största fördelen med denna teknik är att den ger godtagbara uppskattningar av jorderosion över jämförbara stora områden på en rimlig locus. Innebörden av dessa tekniker sträcker sig mot att förbättra replikerbarhet och nytta av dendrogeomfederologi genom att bredda typologin av bio-indikatorer som kan användas för att kvantifiera erosion priser.Generellt, individer nya till denna teknik skulle kunna replikera det lätt på grund av mångsidigheten i metoden. Visuell demonstration av denna metod är kritisk eftersom den bygger på slutförandet av flera steg relaterade till olika metodologiska tillvägagångssätt. Börja med att lokalisera exponerade rötter som är längre än 1,5 meter från stammen.Och med hjälp av en handsåg för att skära minst 30 exponerade rötter med en diameter som är större än fem centimeter i 15 centimeter långa sektioner. Välj två skivor cirka 1,5 centimeter tjocka och använd en mättande murslev, en handsåg och en måtttejp för att ta prov på minst 1/3 av de totala exponerade rötterna på olika jorddjup, upp till maximalt 20 centimeter för att fastställa den minsta jordtjocklek under vilken rötterna börjar ha ett anatomiskt svar på grund av exponering. För mikrotopografisk karakterisering av de exponerade rötterna på en lättillgänglig plats, använd en markbunden laserscanningsenhet som kan mäta upp till 50, 000 punkter per sekund med en millimeters precision på ett skanningsavstånd på mindre än 120 meter, för att överväga minst två olika konventionella markbundna laserscanningsplatser utan skuggzoner.Använd minst fyra högupplösta lantmäterimål placerade för att täcka hela området för att slå samman de två platserna. Skanna ett genomsnittligt område på 300 centimeter i kvadrat från de valda platserna med en rumslig upplösning på en millimeter. För mikrotopografisk karakterisering av de exponerade rötterna i svår och brant terräng, placera en mikrotopografisk profilmätare vinkelrätt mot den exponerade roten och därefter nivå mätaren horisontellt för alla mätningar på ett sådant sätt att olika datamängder kan jämföras.Markytan mikrotopografisk karakterisering är avgörande för att få exakt erosion priser och kan åstadkommas billigt med hjälp av en mikrotopografisk mätare oavsett studien plats topografi. Rita sedan profilen som erhålls på grafpapper för att tillåta uppskattning av mängden eroderad jord längs profilen med sub-millimeter precision. För att bestämma tidpunkten för rotexponering genom makroskopisk analys, använd ökningen av andelen sent trä och större tillväxtringbredder som indikatorer på stress som induceras genom exponering.Och markera minst fyra till fem radier längs diametern på de skivor som uppvisar den högsta variabiliteten i tillväxtringbredder. Använd sedan ett bildanalyssystem för att mäta trädringbredden och jämföra variabiliteten i tillväxtringbredderna mellan de olika radierna för visuell korsdatering för att både förbättra dejtingprecisionen för det första året av exponering för jorderosion och för att korrekt datera de efterföljande ringarna. För att bestämma tidpunkten för rotexponering genom mikroskopisk analys, för både exponerade och icke-exponerade rotprover, använd en glidande mikrotom för att erhålla cirka en centimeter bred, 20-mikron tjock radiell tvärsnitt.Fläcka tvärsnitten med safranin och torka av proverna med stigande etanolvatten nedsänkningar i upp till 96%etanol, tills vattnet rinner klart. Blötlägg proverna i ett lämpligt röjningsmedel, och montera dem på kodade objektglas med en täckglidning av härdningsepoxi. Efter att ha y erat proverna att torka vid rumstemperatur, bild sektionerna under 125x förstoring att jämföra anatomiska fotavtryck av både de exponerade och icke-exponerade rot prover.Använd sedan en lämplig bildanalysator för att få mikroskopiska mätningar av tillväxtringbredderna, antal celler per ring, procent av sent trä och lumenareal i tidigt trä. I denna makroskopiska analys observerades förändringar i trädet ringen tillväxt mönster på grund av död cambium på den övre delen av roten. Inklusive en förskjutning från den koncentriska till excentriska tillväxten och förekomsten av några delvis förstörda yttre trädringar.I denna mikroskopiska analys kan första exponerings gången observeras när det sker dramatisk förändring i ringbredd. En ökning av antalet fartyg är också märkbar, och traumatiska hartsprickar förekommer i vissa ärrade rötter. Sent trä är lätt visualiseras på grund av dess flera rader av tjock-walled tracheids.Med en betydande nedgång i tracheid lumen av det tidiga träet som observerats vid exponering. Karakterisering av marken ytan mikrotopografi spelar en avgörande roll för att få exakta ark erosion priser. Detta morfologiska exponerade rotmönster slutar på ett specifikt avstånd från vilket markytan endast formas av arkerosion, med angivande av platsen där erosionen bör mätas.Här analyserades 114 exponerade rotprover. Aktivera en multidecadal karakterisering av ark erosion. Analysen av 10 begravda rötter visade att de började anatomiskt svara på exponering när de var cirka tre centimeter under markytan.Vilket är en viktig indikator för att förbättra noggrannheten i erosionsfrekvenserna. Medan du försöker detta förfarande, Det är viktigt att komma ihåg att rätt mikrotopografier karakterisering av rötterna och deras omedelbara närhet har visat sig vara en viktig faktor i den tillförlitliga uppskattningen av ark erosion priser. Protokollet är replikerbart i vilket geografiskt område som helst, förutsatt att de tillgängliga trädarterna visar på en god fallenhet för användning i trädrotsforskning, såsom de tillämpas för jorderosionsbedömningar.Efter detta förfarande kan tillägg av andra metoder som använder instrumentala avrinningsytter, eller experimentella tomter förbättra erosionsanalysens rumsliga representativitet. Denna teknik kan användas för att utforma bästa förvaltningsmetoder, som i slutändan skulle kunna förhindra, eller åtminstone minska, jorderosion. Underlätta tillämpningen av mer hållbara förvaltningsrutiner.

Research

JoVE Journal

Environment

Optimized Negative Staining: a High-throughput Protocol for Examining Small and Asymmetric Protein Structure by Electron Microscopy

Optimerad Negativ Färgning: a hög kapacitet protokoll för prövningen Liten och Asymmetric Protein Structure genom elektronmikroskopi

Structural determination of proteins is rather challenging for proteins with molecular masses between 40 - 200 kDa. Considering that more than half of ...

Laboratory Estimation of Net Trophic Transfer Efficiencies of PCB Congeners to Lake Trout (Salvelinus namaycush) from Its Prey

Laboratory Estimation of Net Trophic Transfer Efficiencies of PCB Congeners to Lake Trout Salvelinus namaycush from Its Prey

Laboratorie Uppskattning av Net Trofiska Transfer Effektivitetsvinster av PCB till Lake Trout (<em&gt; Salve namaycush</em&gt;) Från sitt byte

A technique for laboratory estimation of net trophic transfer efficiency (&#947;) of polychlorinated biphenyl (PCB) congeners to piscivorous fish from ...

Modifying the Bank Erosion Hazard Index (BEHI) Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Modifying the Bank Erosion Hazard Index BEHI Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Modifiera banken Erosion Hazard index (BEHI) Protokoll för snabb bedömning av Streambank Erosion i nordöstra Ohio

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream&#8217;s function and habitat it provides. ...

A Fish-feeding Laboratory Bioassay to Assess the Antipredatory Activity of Secondary Metabolites from the Tissues of Marine Organisms

En fisk-matning Laboratorie Bioassay att bedöma Antipredatory aktivitet av sekundära metaboliter från vävnader av marina organismer

Marine chemical ecology is a young discipline, having emerged from the collaboration of natural products chemists and marine ecologists in the 1980s with ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Protokoll för Microplastics Provtagning på havsytan och Provanalys

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Development of Metarhizium anisopliae as a Mycoinsecticide: From Isolation to Field Performance

Development of Metarhizium anisopliae as a Mycoinsecticide: From Isolation to Field Performance

Utveckling av<em&gt; Metarhizium anisopliae</em&gt; Som en mykosinsekticid: från isolering till fältprestanda

A major concern when developing commercial mycoinsecticides is the kill speed compared to that of chemical insecticides. Therefore, isolation and ...

Extraction of Organochlorine Pesticides from Plastic Pellets and Plastic Type Analysis

Extraktion av organiska klorpesticider från plastpellets och plasttypsanalys

Plastic resin pellets, categorized as microplastics (&#8804;5 mm in diameter), are small granules that can be unintentionally released to the environment ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Mätning och kartläggning mönster jorderosion och nedfall kopplad till jord karbonat koncentrationer Under jordbrukets förvaltning

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Dispersion of Nanomaterials in Aqueous Media: Towards Protocol Optimization

Spridning av nanomaterial i vattenhaltigt medium: mot protokollet optimering

The sonication process is commonly used for de-agglomerating and dispersing nanomaterials in aqueous based media, necessary to improve homogeneity and ...

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

Avloppsvatten bevattning påverkan på jord hydraulisk konduktivitet: kopplade fältprovtagning och laboratorium bestämning av mättad hydraulisk konduktivitet

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...