Name: use of principal components for scaling up topographic models to map soil redistribution and soil organic carbon
Uploaded: 2018-10-16T14:00:00
Duration: 9 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon at JoVE.com

وأيد هذا البحث "دائرة وزارة الزراعة المحافظة على الموارد الطبيعية" في الرابطة مع "عنصر الأراضي الرطبة" في المشروع الوطني لتقييم آثار الحفظ (يوسايد 67-3A75-13-177).

1-الطبوغرافية التحليلات
<ol><li>Preprocess البيانات الرقمية<ol>
<li>جمع البيانات ليدار من موقع مشروع رسم الخرائط يدار جيوتري. حدد "نوع الحدود" و "المنطقة" تكبير/تصغير إلى منطقة محددة. رسم مضلع لتحميل البلاط يدار لمجال الدراسة المختارة.</li>
		<li>تحويل البيانات الخام ليدار على ملف جامعة الدول العربية باستخدام أداة رسم خرائط (GIS) نظام المعلومات الجغرافية.</li>
		<li>توليد الديمقراطيين مع قرار مكانية 3-m باستخدام الاستيفاء معكوس مسافة المرجحة.</li>
		<li>مرشح الديمقراطيين 3-m مرتين مع مرشح تمرير منخفض 3-نواة للحد من الضوضاء إقران التباين المحلي.</li>
	</ol>
</li>
	<li>جيل متري الطبوغرافية<ol>
<li>إلى إنشاء المقاييس الطبوغرافية، أولاً تنزيل أحدث إصدار من نظام التحليل الآلي الجيولوجية (الملحمة)23. انقر فوق "استيراد النقطية" في قسم الاستيراد والتصدير لاستيراد الديمقراطيين 3-m التي تمت تصفيتها في الملحمة.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "المنحدر، جانبا، انحناء" الملحمة مع الإعدادات الافتراضية لتوليد المنحدر والمتصلة بانحناء [الشخصية انحناء (P_Cur)، وخطة انحناء (Pl_Cur) وانحناء العامة (G_Cur)] المقاييس استخدام الديمقراطيين المصفاة (الشكل 1).</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "تراكم تدفق (أعلى-أسفل)" الملحمة وحدد "انفينيتي القطعية" كأسلوب لتوليد تدفق تراكم (اتحاد كرة القدم) متري الديمقراطيين التي تمت تصفيتها باستخدام.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "الملحمة الطبوغرافية الانفتاح" مع الإعدادات الافتراضية لتوليد قياس الانفتاح الإيجابية (POP) باستخدام صورة مكبرة محور ع التي تمت تصفيتها.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "LS-عامل (استناداً إلى الحقل)" الملحمة مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء منحدر مائل للأعلى (أوبسل) والمنحدر مقاييس عامل (LS_FB) طول استخدام الديمقراطيين التي تمت تصفيتها.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "طول مسار تدفق" الملحمة مع الإعدادات الافتراضية لتوليد قياس الطول (قوات التحرير الشعبية) مسار التدفق بالديمقراطيين التي تمت تصفيتها باستخدام.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "منحدر المسافة التدرج" الملحمة مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء مقياس مؤشر (DI) منحدر الديمقراطيين التي تمت تصفيتها باستخدام.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "مؤشر الرطوبة الملحمة" وحدد "منطقة مستجمعات المياه المطلقة" "نوع من منطقة" لإنشاء منطقة مستجمعات المياه (CA) ومقاييس مؤشر (التوى) البلل الطبوغرافية الديمقراطيين التي تمت تصفيتها باستخدام.</li>
		<li>انقر فوق الوحدة النمطية "تيار السلطة مؤشر" الملحمة وحدد "الزائفة منطقة مستجمعات المياه محددة" "تحويل المنطقة" إلى توليد تيار السلطة مؤشر (SPI) متري الديمقراطيين التي تمت تصفيتها باستخدام.</li>
		<li>توليد خرائط الارتفاع الأقصى مع راديوسيس متعددة. تصفية خرائط الارتفاع الأقصى مرتين من خلال مرشح تمرير منخفض 3-النواة. طرح ماركاً ألمانيا 3-m التي تمت تصفيتها من خرائط الارتفاع الأقصى الذي تم تصفيته للحصول على سلسلة من الخرائط الإغاثة. استخراج سلسلة من المتغيرات الإغاثة إلى عدد من المواقع.</li>
		<li>إجراء تحليل العنصر الرئيسي (PCA) على المتغيرات الإغاثة لتحويل النقوش إلى مكونات الإغاثة الطبوغرافية. حدد المكونات الرئيسية التي تفسر أكثر من 90% الفرق من dataset الإغاثة كمقاييس الإغاثة الطبوغرافية.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2-مجال جمع البيانات
<ol><li>أخذ العينات الميدانية<ol>
<li>حدد عدد من المواقع الميدانية أراضي المحاصيل التي يمكن أن تمثل بشكل كاف خصائص المناظر الطبيعية لمنطقة الدراسة والعديد من الحقول الممثل الأراضي الصالحة للفلاحة الصغيرة التي يمكن تذوق مكثف. ملاحظة: استخدمت عينات التربة من الأراضي الصالحة للفلاحة حقلين للمعايرة النموذجية. واستخدمت عينات التربة من منطقة الدراسة بأكملها للتحقق من صحة النموذج.</li>
		<li>تحميل جميع إحداثيات الموقع نموذج لنظام تحديد المواقع جغرافية (GPS) على أساس التعليمات البرمجية وفعليا موقع لهم في الحقول.</li>
		<li>جمع عينات 3 لكل موقع أخذ العينات من طبقة التربة العليا 30 سم باستخدام مجس ضغط (3.2 سم في القطر). ملاحظة: تم جمع عينات التربة من طبقات 30-50 سم في المواقع حيث يتوقع ترسب الرواسب. وكان حجم كل عينة 241 سم3.</li>
		<li>لتسجيل معلومات تنسيق الجغرافية لأخذ عينات من المواقع التي تستخدم لتحديد المواقع.</li>
		<li>وزن عينات التربة بعد التجفيف لهم عند 90 درجة مئوية ل 48 h. حساب كثافة التربة باستخدام معلومات وحدات العينة الكلية في مواقع أخذ العينات والأوزان. مزيج من ثلاث عينات من نفس الموقع للحصول على عينة تربة مركب.</li>
	</ol>
</li>
	<li>إعداد عينة التربة<ol>
<li>منخل عينات التربة المركب مع شاشة 2 مم.</li>
		<li>طحن عينة فرعية 10 جرام من التربة ينخل مسحوق ناعم جداً مع مطحنة اسطوانة.</li>
	</ol>
</li>
	<li>تحاليل عينات التربة<ol>
<li>قياس مجموع الكربون في التربة (ج) محتوى في عينات الاسطوانة ناعم عن طريق الاحتراق في هو محلل عنصري أهي عند درجة حرارة 1350 درجة مئوية. تقدير محتوى كربونات الكالسيوم ج من خلال تحليل ج المتبقية بعد الخبز المواد العضوية في التربة على درجة حرارة 420 درجة مئوية ح 16 في فرن.</li>
		<li>حساب شركة نفط الجنوب محتوى (%) بطرح محتوى كربونات الكالسيوم ج من محتوى التربة مجموع ج. تحويل المحتوى شركة نفط الجنوب (%) إلى شركة نفط الجنوب الكثافة (كجم م-2) استخدام كثافة التربة.</li>
		<li>وضع عينات التربة 2 مم ينخل الأكبر في قنينة مارينيللي وختم عليها. قياس 137Cs تركيز كل عينة من خلال تحليل أشعة غاما باستخدام نظام التحليل الطيفي التي تتلقى مدخلات من ثلاث بلورات الجرمانيوم محوري درجة نقاء عالية (HpCN30 ٪ كفاءة) إلى المحلﻻت 8192-قناة (انظر "الجدول للمواد" ).</li>
		<li>معايرة النظام باستخدام النويدات مشعة مختلطة تحليلية قياسية11. تحويل 137Cs تركيز إلى 137Cs المخزون باستخدام كثافة التربة.</li>
		<li>حساب معدل إعادة توزيع التربة باستخدام 137Cs المخزون عن طريق تطبيق الثاني نموذج توازن الكتلة (مبميي) في برنامج جدول بيانات الوظيفة الإضافية وضعتها وولينغ et al. 24.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3-التضاريس على أساس نموذج التنمية
<ol><li>تقدير العنصر الرئيسي الطبوغرافية<ol>
<li>استخراج القياسات الطبوغرافية لأخذ عينات من مواقع في منطقة الدراسة بأكملها وحقول المحاصيل الصغيرة.</li>
		<li>توحيد المقاييس الطبوغرافية من مواقع أخذ العينات في منطقة الدراسة بأكملها باستخدام المتوسط والانحراف المعياري. تقدير أحمال متري الطبوغرافية في كل مكون من مكونات استناداً إلى قياسات طبوغرافية موحدة استخدام محكمة التحكيم الدائمة مع حزمة البرامج الإحصائية. تجميع أحمال متري الطبوغرافية في كل المكونات الرئيسية الطبوغرافية (TPC) وحدد الأكيدة الأعلى التي تشرح الفرق 90 في المائة من جميع المقاييس.</li>
		<li>توحيد المقاييس الطبوغرافية من مواقع أخذ العينات في مجالات الأراضي الزراعية الصغيرة. حساب الأكيدة الأعلى لكل موقع بمجموع القياسات الطبوغرافية الموحدة مرجحة بأحمال المقابلة من مواقع أخذ العينات في WCW.</li>
	</ol>
</li>
	<li>المعايرة النموذجية<ol>
<li>أداء متدرج العادية أقل مربع الانحدار (سولسر) لوضع أساس تضاريس سولسرو نماذج لمعدلات إعادة توزيع التربة استناداً إلى جميع القياسات الطبوغرافية في مجالات الأراضي الزراعية الصغيرة وكثافة شركة نفط الجنوب. استخدام أكايكي المعلومات معيار (AIC) وعبر إجازة-واحد-إلى-التحقق من الصحة لتحديد أفضل مزيج للقياسات الطبوغرافية لنماذجو سولسر مجهز بأفضل.</li>
		<li>تحقق من العلاقة الخطية المتداخلة بين المتغيرات الطبوغرافية باستخدام عامل التضخم الفرق (VIF). إزالة المتغيرات مع VIF أكبر (VIF ≥ 7.525)، والتحقق VIF مرة أخرى. إزالة المتغيرات حتى فيفس لكافة المتغيرات هي < 7.5. أداء سولسر لوضع النماذجr سولسر المستندة إلى التضاريس لكثافة شركة نفط الجنوب ومعدلات التوزيع استناداً إلى القياسات الطبوغرافية التي كانت متغيرات متداخلة عالية إزالة التربة. استخدام AIC وإجازة السحب واحدة عبر التحقق من صحة لتحديد أفضل مزيج لنماذجr سولسر مجهز بأفضل.</li>
		<li>إجراء الانحدار التدريجي المكون الرئيسي (SPCR) لتطوير النماذج المستندة إلى تضاريس سبكر لكثافة شركة نفط الجنوب والتربة معدلات التوزيع استناداً إلى الأكيدة في مجالات الأراضي الزراعية الصغيرة. استخدام AIC وإجازة السحب واحدة عبر التحقق من صحة لتحديد أفضل مزيج من الأكيدة لتركيب أفضل نماذج سبكر.</li>
		<li>حساب معامل تعديل التصميم (الصفةص2) والكفاءة ناش-ساتكليف (NSE)، ونسبة الخطأ جذر متوسط مربع الانحراف المعياري للبيانات المقاسة (RSR) لتقييم الكفاءة نموذج.</li>
	</ol>
</li>
	<li>نموذج التقييم<ol>
<li>تقدير كثافة شركة نفط الجنوب والتربة معدلات إعادة التوزيع في منطقة الدراسة بأكملها عن طريق تطبيق النماذج المقدرة.</li>
		<li>التحقق من صحة نموذج البلدان المتقدمة النمو بمقارنة التنبؤ مع مجموعة البيانات المقاسة بكثافة شركة نفط الجنوب والتربة معدلات إعادة التوزيع في منطقة الدراسة بأكملها. تقييم أداء نموذج باستخدامالصفةص2واورنونسي RSR القيم.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

نماذجو سولسر أن أداء أفضل قليلاً من النماذج سبكر في المعايرة على الصعيد الميداني. ومع ذلك، بعض القياسات الطبوغرافية، مثل SPI وكاليفورنيا (r > 0.80)، ترتبط وثيقا مع بعضها البعض. إضافة علاقة خطية متداخلة الشكوك إلى تنبؤات النموذج. بسبب مولتيكولينيريتي بين تنبئ، التغييرات الصغيرة في متغيرات الإدخال يمكن أن تؤثر تأثيراً كبيرا على تنبؤات نموذج41. ولذلك، النماذجو سولسر تميل إلى أن تكون غير مستقرة وقد أظهرت انخفاض الكفاءة في عمليات محاكاة لشركة نفط الجنوب معدل إعادة توزيع الكثافة والتربة على مستوى مستجمعات المياه. نماذج سبكر جوهريا تفوقت النماذجو سولسر في التنبؤ بتوزيع شركة نفط الجنوب على مستوى مستجمعات المياه. الأكيدة القضاء مولتيكولينيريتي عن طريق تحويل القياسات الطبوغرافية خمسة عشر إلى مكونات (متعامد) مستقلة بعضها بعضا. التحويل وكشف أيضا عن العلاقات الأساسية بين القياسات الطبوغرافية. كما هو مبين بأحمال عالية (> 0.35) من القياسات الطبوغرافية للمكونات، TPC1، TPC2، TPC3، TPC6، و TPC7 ارتبطت بسرعة الجريان السطحي ومحتوى الماء في التربة وحجم الجريان السطحي، والاختلاف في تدفق وتسارع تدفق، على التوالي. الأنماط المكانية لمعدلات إعادة توزيع الأراضي وتوزيع شركة نفط الجنوب كانت ارتباطاً وثيقا مع محتوى التربة والمياه، واختلاف الجريان السطحي في WCW، وما يتسق مع دراسة فوكس وبابانيكولاو2، مما يدل على أن تآكل التربة من يمكن أن تتأثر المرتفعات باختلاف تدفق في فاصلاً منخفضة-الإغاثة زراعية.
وعلاوة على ذلك، أقل من متغيرات التوقع في نماذج سبكر من سولسرو ونماذجr سولسر قللت من خطر الإفراط المناسب42،نماذج التنبؤ43. وهناك أكثر من ستة متغيرات في جميع النماذج سولسر، التي قد تزيد من صعوبة تفسير البيانات وحمل عالية التباين في نموذج المحاكاة41،،من4445. وهذا قد تستأثر بكفاءات التنبؤ أقل في WCW بنماذج سولسر من قبل النماذج سبكر.
طبوغرافيا-استناداً إلى نماذج سبكر بمزايا في محاكاة توزيع التربة وديناميات سوك المرتبطة بها. يمكن بسهولة استخلاص المعلومات الطبوغرافية، وأول من الديمقراطيين. يمكن أن تساعد الأخيرة زيادة فرص حصول عالية الدقة المكانية البيانات يدار تحسين دقة تضاريس المناظر الطبيعية المستمدة من ماركاً ألمانيا وتفيد التحقيقات في المناطق مع الملاحظات الميدانية محدودة. ثانيا، باستخدام مجموعة من المقاييس الطبوغرافية والتحليلات الإحصائية، النماذج المستندة إلى التضاريس يمكن كفاءة التحديد الكمي لإعادة توزيع الأراضي وأنماط التوزيع شركة نفط الجنوب. ثالثا، يمكن تطبيق المكون الرئيسي فعالية تقليل التحيز المرتبطة مولتيكولينيريتي المقاييس والطبوغرافية وزيادة استقرار نماذج الانحدار التدريجي عند تطبيقه على مستويات مكانية متعددة.
ومع ذلك، قد تكون محدودة نماذج SPCA حسب متغيرات خلال نموذج التنمية. على الرغم من أن تطبيق البيانات يدار زيادة في الدراسات الإيكولوجية، أساليب لاستخلاص المعلومات الطبوغرافية مفيدة لم بعد تماما تستكشف. في هذه الدراسة، التوى ولسري وأظهرت العلاقات المتبادلة أعلى مع معدلات إعادة توزيع التربة، وكثافة شركة نفط الجنوب على التوالي. ومع ذلك، قد تكون متغيرات إضافية الطبوغرافية التي لا تعتبر نفس القدر أو أكثر أهمية في شرح تحات التربة وديناميات ج. بالإضافة إلى ذلك، عوامل أخرى من قبيل الممارسات الإدارية، التي قد تتسبب في تآكل التربة تقلب، لم تدرج في هذه الدراسة. على سبيل المثال، عندما كانت الحراثة موازيا لاتجاه المنحدر الأقصى، قد ضعف تحات التربة بالنسبة إلى التآكل في الحرث سلانتويسي تحول التربة مائل للأعلى46. ولذلك، ممارسات الحرث مختلفة قد تكون أيضا سببا للتنبؤ بانخفاض كفاءات نماذج سبكر.
هو الدراسة استناداً إلى ورقة نشرت في كاتينا17. هنا بدلاً من تحليل القائم على آليا من المؤثرات الطبوغرافية على حركة التربة، وخصائص التربة كما يؤديها في ورقة كاتينا، ركزنا على أساليب التحديد الكمي للقياسات الطبوغرافية ووضع النماذج المستندة إلى التضاريس. لقد ناقشنا بجدوى ومزايا استخدام النماذج المستندة إلى التضاريس في دراسات الهيكل المكاني لخصائص التربة. ومن ناحية أخرى، قمنا بتحسين لدينا نماذج عن طريق تحديث خوارزميات لتراكم العوامل وتدفق طول المنحدر. مقياس قياس عامل طول المنحدر اقتصر على المجال للحقل. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام خوارزمية اللانهاية القطعية لتوليد تراكم تدفق. مقارنة بالأسلوب الذي ذكرته في لي et al. ثبت أن خوارزمية أفضل ل مجالات الإغاثة منخفضة47 17 التي ولدت تراكم تدفق خوارزمية ثماني العقد قطعية، الخوارزمية انفينيتي المعتمد في هذه الدراسة ويقلل من حلقات في زوايا اتجاه التدفق.
في الختام، نتائجنا تثبت جدوى سبكر النماذج المستندة إلى التضاريس في محاكاة أنماط إعادة توزيع التربة في ميادين الزراعة وتوزيع شركة نفط الجنوب. كوسيلة فعالة من حيث التكلفة لتقدير معدلات إعادة توزيع التربة وأسهم شركة نفط الجنوب، أنها تنطبق على المواقع مع محدودية البيانات الرصدية والأراضي الخاصة التي تفتقر إلى الوصول إلى الجمهور. في المستقبل دراسات، التنبؤ بالنماذج يمكن تحسينها بمزيد من الصقل وتوافر البيانات يدار وإدراج مقاييس إضافية الطبوغرافية. خرائط الملكية التربة على نطاق واسع التي تم تطويرها استناداً إلى النماذج التي ستؤدي إلى زيادة فهم الآليات الكامنة وراء الآثار الطبوغرافية على حركة التربة في المناظر الطبيعية الزراعية ومصير شركة نفط الجنوب في مستجمعات المياه والموازين الإقليمية.

إعادة توزيع التربة (التعرية والترسب) تمارس تأثيرات هامة على مخزونات الكربون العضوي (شركة نفط الجنوب) التربة والديناميات. وكرست جهودا متزايدة للتحقيق في كيفية فصل شركة نفط الجنوب وتنقل وأودعت عبر المناظر الطبيعية1،،من23. تتأثر بحركة يحركها خطورة التربة الناجم عن المياه تآكل4،،من56تنحية Carbon (C) وتوزيع شركة نفط الجنوب. إزفاء التربة بالحراثة بالحقول المزروعة، عملية هامة أخرى تساهم ج إعادة توزيع7،،من89. أسباب حركة منحدر صافية كبيرة من جزيئات التربة تآكل الحرث ويؤدي إلى اختلاف تربة داخل الميدان10. التعرية بفعل المياه والحراثة تتأثر كثيرا تضاريس المناظر الطبيعية، التي تحدد المواقع من مواقع تحاتيه وترسبيه11. ولذلك، التنظيم تآكل التربة الفعال والتحقيق ج الديناميكية في الأراضي الزراعية تدعو إلى فهم أفضل لضوابط الطبوغرافية في تحات التربة والحركات.
وحققت العديد من الدراسات تأثيرات التضاريس في إعادة توزيع التربة والمرتبطين بها شركة نفط الجنوب ديناميات9،،من1213،14،15،16، 17-فإن دير بيرك et al. وأفادت 12 أن العوامل الطوبوغرافية وأوضح 43% تباين في توزيع الأراضي. وجدت رضائي وجيلكيس13 شركة نفط الجنوب أعلى في التربة على جانب شادي، بسبب انخفاض درجات الحرارة وأقل التبخر عند مقارنة بالجوانب الأخرى في المراعي. الطبوغرافيا قد تكون لها آثار هامة أكثر في توزيع التربة في الأراضي الزراعية مع العلاج الحراثة التقليدية من تلك مع الحد الأدنى من الحراثة، نتيجة للتفاعلات بين التضاريس وممارسات الحرث9. ومع ذلك، هذه النتائج أساسا مستمدة من الملاحظات الميدانية، مما يثير صعوبات في التحقيق في خصائص التربة على نطاق أوسع ومكانية. وهناك حاجة ملحة إلى وضع استراتيجيات جديدة لفهم فعالية الأنماط المكانية لخصائص التربة في مستجمعات المياه والموازين الإقليمية.
والهدف من هذه الدراسة تطوير نماذج فعالة لمحاكاة توزيع التربة وتوزيع شركة نفط الجنوب. النماذج المستندة إلى التضاريس باستخدام قياسات طبوغرافية كما تنبئ وضعت لقياس عمليات التعرية والترسب في التربة. بالمقارنة مع التجريبية أو العملية المستندة إلى تآكل ويمكن وضع النماذج التي تستخدم عينات ميدانية منفصلة لمحاكاة التربة التعرية18،19، النماذج المستندة إلى تضاريس استناداً إلى المعلومات الطوبوغرافية المستمدة من الرقمية نماذج الارتفاع (الديمقراطيين) بدقة عالية. ويسمح هذا النهج للتربة المستمر خاصية المحاكاة في مستجمعات المياه أو في النطاق الإقليمي. في العقود القليلة الماضية، إلى حد كبير تحسن دقة المعلومات الطبوغرافية، مع زيادة توافر البيانات عالية الدقة المستشعرة عن بعد. على الرغم من أن الدراسات السابقة استخدمت النماذج المستندة إلى التضاريس لمحاكاة التربة خصائص12،20،،من2122، تستخدم معظم هذه التحقيقات قياس طبوغرافية واحد أو فئة واحدة قياسات طبوغرافية (القياسات الطوبوغرافية المحلية أو غير المحلية أو مجتمعة)، التي قد لا بما فيه الكفاية واستكشفت الآثار الطبوغرافية على النشاط الميكروبي في التربة. ولذلك، للحصول على فهم أفضل لعناصر الطبوغرافيا في تآكل التربة وديناميات ج، قمنا بدراسة مجموعة شاملة من القياسات الطبوغرافية بما في ذلك المقاييس الطوبوغرافية المحلية وغير المحلية، ومجتمعة ووضع متعددة المتغير على أساس التضاريس نماذج لمحاكاة ديناميات خصائص التربة. ومن المتوقع تقديم الدعم العلمي لتحسين مراقبة تآكل التربة وإدارة الأراضي الزراعية تطبيقات لهذه النماذج.
قياسات طبوغرافية تصنف عموما في واحدة من ثلاث فئات: قياسات طبوغرافية أ) المحلية، قياسات طبوغرافية ب) غير محلي، أو قياسات طبوغرافية ج) مجتمعة. قياسات طبوغرافية المحلية تشير إلى الخصائص المحلية من نقطة واحدة على سطح الأرض. قياسات طبوغرافية المحلية عدم الإشارة إلى المواقع النسبية للنقاط المحددة. قياسات طبوغرافية مجتمعة دمج القياسات الطوبوغرافية المحلية وغير المحلية. واستخدمت مجموعة من القياسات الطبوغرافية التي تؤثر على تآكل التربة وترسب في هذه الدراسة للتحقيق في عناصر التحكم الطبوغرافية في حركة التربة ومخزون ج (الجدول 1). على وجه التحديد، قمنا باستخدام أربعة مقاييس الطوبوغرافية المحلية [المنحدر، انحناء الشخصية (P_Cur)، خطة انحناء (Pl_Cur)، انحناء العامة (G_Cur)]، سبعة مقاييس الطبوغرافية غير محلية [تراكم تدفق (اتحاد كرة القدم)، الإغاثة الطبوغرافية، والانفتاح الإيجابي (POP)، مائل للأعلى الميل (أوبسل)، طول مسار التدفق (قوات التحرير الشعبية)، ومؤشر منحدر (دي)، منطقة مستجمعات المياه (CA)]، وثلاثة تقارير مجمعة من قياسات طبوغرافية [مؤشر الرطوبة الطبوغرافية (التوى) وتيار الكهرباء مؤشر (SPI)، وعامل طول المنحدر (LS)].

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1151px;" width="1150">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td>Light Detection and Ranging (LiDAR) data&#160;</td>
			<td style="width:233px;"></td>
			<td style="width:256px;">http://www.geotree.uni.edu/lidar/</td>
			<td style="width:355px;">Collected from the GeoTREE LiDAR mapping project&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LECO CNS 2000 elemental analyzer&#160;</td>
			<td>LECO Corp., St. Joseph, MI</td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Canberra Genie-2000 Spectroscopy System</td>
			<td>CANBERRA Industries</td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Geographic positioning system</td>
			<td>Trimble&#160;</td>
			<td style="width:256px;">RTK 4700 GPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">ArcGIS</td>
			<td>ESRI, Redlands, CA</td>
			<td style="width:256px;">10.2.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Statistical Analysis System&#160;</td>
			<td>SAS Institute Inc</td>
			<td style="width:256px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">System for Automated Geoscientific Analysis&#160;</td>
			<td>University of G&#246;ttingen, Germany&#160;</td>
			<td>v. 2.2.5, http://www.saga-gis.org/</td>
			<td>GNU General Public License</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of principal components for scaling up topographic models to map soil redistribution and soil organic carbon

تضاريس المناظر الطبيعية هو أحد عوامل حاسمة التي تؤثر على تكوين التربة، ويلعب دوراً هاما في تحديد خصائص التربة على سطح الأرض، كما أنه ينظم حركة يحركها خطورة التربة الناجم عن أنشطة الجريان السطحي والحرث. تطبيق "الكشف عن الضوء" ويتراوح (ليدار) البيانات الأخيرة تبشر بإنشاء مقاييس عالية الدقة المكانية الطبوغرافية التي يمكن استخدامها للتحقيق في التربة خاصية التغير. واستخدمت في هذه الدراسة، خمسة عشر القياسات الطوبوغرافية المستمدة من البيانات يدار للتحقيق في الآثار الطبوغرافية على توزيع التربة والتوزيع المكاني للكربون العضوي في التربة (شركة نفط الجنوب). على وجه التحديد، فإننا استكشاف استخدام المكونات الرئيسية الطبوغرافية (الأكيدة) لوصف المقاييس الطبوغرافيا والانحدار التدريجي المكون الرئيسي (SPCR) لتطوير نماذج شركة نفط الجنوب في جداول الموقع ومستجمعات المياه وتآكل التربة على أساس التضاريس. وكان تقييم أداء نماذج سبكر ضد التدرجي نماذج الانحدار مربعة (سولسر) أقل عادية. وأظهرت النتائج أن سبكر نماذج نماذج سولسر فاق في التنبؤ بمعدلات إعادة توزيع التربة وكثافة شركة نفط الجنوب على مستويات مكانية مختلفة. استخدام الأكيدة يزيل احتمال علاقة خطية متداخلة بين متغيرات المدخلات الفردية، والحد من أبعاد تحليل العنصر الرئيسي (PCA) يقلل من خطر أوفيرفيتينج نماذج التنبؤ. تقترح هذه الدراسة نهجاً جديداً لنمذجة توزيع التربة عبر مستويات مكانية مختلفة. لتطبيق واحد، كثيرا ما يقتصر الوصول إلى الأراضي الخاصة، والحاجة إلى استخلاص نتائج من مواقع الدراسة الممثلة لإعدادات الأكبر التي تشمل الأراضي الخاصة يمكن أن تكون هامة.

Watch this Scientific Journal Video about Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon at JoVE.com

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

العمليات المناظر الطبيعية هي عناصر حاسمة في تكوين التربة، وتلعب دوراً هاما في تحديد خصائص التربة والهيكل المكاني في المناظر الطبيعية. أننا نقترح نهجاً جديداً باستخدام الانحدار التدريجي المكون الرئيسي للتنبؤ بتوزيع التربة والكربون العضوي في التربة عبر مستويات مكانية مختلفة.

استخدام المكونات الرئيسية للارتقاء بمستوى نماذج الطبوغرافية لتعيين الكربون العضوي في التربة وإعادة توزيع الأراضي

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...

ويمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في المجال الزراعي، مثل كيف يمكن لتضاريس المناظر الطبيعية أن تؤثر على تآكل التربة وديناميات المواد العضوية في التربة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أنها تنطبق على المواقع ذات الملاحظات المحدودة، وتوفر تقديراً فعالاً من حيث التكلفة لمخزونات الكربون العضوي للتربة وعمليات إعادة توزيع التربة. أولاً، جمع البيانات من موقع مشروع كشف الضوء الجغرافي وتحديد الخرائط على الويب.حدد نوع الحد والمنطقة للتكبير إلى منطقة معينة. ثم، رسم مضلع لتحميل الكشف عن الضوء والبلاط تتراوح لمنطقة الدراسة المحددة. تحويل الكشف عن الضوء الخام والبيانات التي تتراوح إلى ملف جامعة الدول العربية باستخدام نظام المعلومات الجغرافية أداة رسم الخرائط.بعد ذلك، قم بإنشاء نماذج الارتفاع الرقمي أو نظام DEMS بدقة spacial بثلاثة أمتار باستخدام الاستيفاء العكسي المرجح للمسافات. قم بتصفية مقياس DEMS ثلاثي الأمتار مرتين باستخدام فلتر التمرير المنخفض ثلاثي النواة لتقليل الضوضاء المرتبطة بالاختلاف المحلي. لإنشاء مقاييس طبوغرافية، انقر أولاً فوق استيراد النقطي في قسم الاستيراد/التصدير لاستيراد نظام DEMS الذي تم تصفيته بثلاثة أمتار إلى SAGA.بعد ذلك، انقر فوق المنحدر، أسبكت، وحدة انحناء من SAGA مع الإعدادات الافتراضية لتوليد المنحدر، المقياس المرتبط بالانحناء، ومقياس الانحناء العام باستخدام DEMs المصفاة. انقر فوق وحدة تجميع التدفق من أعلى إلى أسفل من SAGA، وحدد اللانهاية القطعية كأسلوب لإنشاء مقياس تراكم التدفق باستخدام DEMs المصفاة. بعد ذلك، انقر فوق الوحدة النمطية لـ SAGA Topographic Openness مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء مقياس الانفتاح الموجب باستخدام صورة مُصفاة بمحور z متضخم.إن توسيع المسافات الرأسية في نماذج الارتفاع الرقمي يحسن من إمكانية تمييز الانفتاح الإيجابي في المواقع ذات السطح المسطح نسبياً. انقر فوق الوحدة النمطية LS-Factor Field Based من SAGA مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء مقياس عامل المنحدر ومقياس طول المنحدر باستخدام DEMs المصفاة. بعد ذلك، انقر فوق الوحدة النمطية لطول مسار التدفق من SAGA مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء مقياس طول مسار التدفق باستخدام DEMs المصفاة.انقر فوق الوحدة النمطية التدرج المسافة Downslope من SAGA مع الإعدادات الافتراضية لإنشاء مقياس مؤشر أسفل المنحدر باستخدام DEMs المصفاة. الآن، انقر فوق الوحدة النمطية مؤشر الرطوبة SAGA، وحدد منطقة مستجمعات المياه المطلقة كنوع المنطقة لتوليد منطقة مستجمعات المياه ومقاييس مؤشر الرطوبة الطبوغرافية باستخدام DEMs المصفاة. انقر فوق الوحدة النمطية لفهرس طاقة الدفق في SAGA، وحدد منطقة مستجمعات المياه المحددة الزائفة كتحويل المنطقة لإنشاء مقياس مؤشر طاقة الدفق باستخدام DEMs المصفاة.بعد ذلك، قم بإنشاء خرائط الارتفاع القصوى مع نصف قطر متعددة. قم بتصفيف الحد الأقصى للرفع من الخرائط مرتين من خلال مرشح تمريرة منخفضة ثلاث نواة. طرح DEM ثلاثة متر تمت تصفيتها من خرائط الارتفاع الأقصى المصفى للحصول على سلسلة من خرائط الإغاثة.استخراج سلسلة من متغيرات الإغاثة لعدد من المواقع. إجراء تحليل المكونات الرئيسية على متغيرات الإغاثة لتحويل النقاح إلى مكونات الإغاثة الطبوغرافية. حدد المكونات الرئيسية التي تشرح أكثر من 90٪ تباين مجموعة البيانات الإغاثة كمقاييس الإغاثة الطبوغرافية.توحيد خرائط الإغاثة السبع باستخدام الانحراف المتوسط والواصفي. إنشاء المكونات الرئيسية الإغاثة عن طريق مجموع الإغاثة الطبوغرافية الموحدة المرجحة من قبل الأحمال المقابلة. في حين خلق متري الإغاثة، من المهم لتوليد صور الإغاثة على نطاق مكاني مختلف للحد من الشكوك المرتبطة اختيار التعسفي من نصف القطر لأن ضوابط الإغاثة على خصائص التربة يمكن أن تتأثر المقاييس المكانية للإغاثة.11- اختيار عدد من مواقع حقول الأراضي الزراعية التي يمكنها أن تمثل بشكل كاف خصائص المناظر الطبيعية لمنطقة الدراسة والعديد من حقول الأراضي الزراعية الصغيرة الممثلة التي يمكن أخذ عينات منها بشكل مكثف. قم بتحميل كافة إحداثيات الموقع العينة إلى نظام تحديد المواقع الجغرافية المستند إلى التعليمات البرمجية، وتحديد موقعها فعليًا في الحقل. بعد ذلك، جمع ثلاث عينات لكل موقع أخذ العينات من طبقة التربة 30 سم أعلى باستخدام مسبار دفع.تسجيل معلومات الإحداثيات الجغرافية لمواقع أخذ العينات باستخدام نظام تحديد المواقع الجغرافية. بعد ذلك، غربال عينة التربة مع شاشة 2 ملليمتر. وزن عينات التربة بعد التجفيف.حساب كثافة التربة باستخدام إجمالي حجم العينات في مواقع أخذ العينات وأوزانها. اخلط العينات الثلاث من نفس الموقع للحصول على عينة تربة مركبة. طحن 10 غرام subsample من التربة المنخلة إلى مسحوق ناعم جدا مع طاحونة الأسطوانة.الآن، قياس محتوى الكربون الإجمالي للتربة في عينة الأسطوانة من خلال الاحتراق على محلل النفثالينات في درجة حرارة 1350 درجة مئوية. بعد الخبز المواد العضوية في التربة في الفرن، وتقدير محتوى الكربون كربونات الكالسيوم من خلال تحليل الكربون المتبقية. الآن، ضع عينات التربة المنخلة السائبة من عيار 2 ملليمتر في اقوالز مارينيللي، وختمها.ضع الكوابر في الكاشف، وقم بقياس تركيز السيزيوم لكل عينة من خلال تحليل أشعة غاما باستخدام نظام التحليل الطيفي الذي يتلقى مدخلات من ثلاث بلورات الجرمانيوم المحورية عالية النقاوة في 8 أجهزة تحليل ذات 192 قناة. سجل ناتج تركيز سيزيوم. وأخيراً، احسب معدل إعادة توزيع التربة باستخدام مخزون سيزيوم بتطبيق نموذج التوازن الشامل الثاني في جدول جدول الوظائف الإضافية.تم اختيار 460 موقع حقل المحاصيل عشوائياً لاشتقاق المعلومات الطبوغرافية في مستجمعات المياه الجوز كريك في ولاية ايوا. وتُعرض نتائج تحليلات الارتباط بين المقاييس الطوبوغرافية وكثافة الكربون العضوي في التربة، وإعادة توزيع التربة هنا. وأظهر مؤشر البلل الطبوغرافي والإغاثة الطبوغرافية على نطاق واسع أعلى الارتباطات مع معدلات الكثافة وإعادة توزيع التربة، على التوالي.وأظهرت الأنماط المكانية للمقياسين قيمًا عالية في منطقة منخفض وقيم منخفضة في مناطق المنحدرات والمرتفعات. غير أن الاختلافات بين المقياسين حدثت في مناطق الخنادق، حيث أظهر مؤشر البلل الطبوغرافي قيماً عالية للغاية، ولكن قيم الإغاثة الطبوغرافية على نطاق واسع لم تختلف عن المناطق المجاورة. تم سرد خمسة مكونات رئيسية طبوغرافية تم اختيارها لبناء نماذج تستند إلى الطوبوغرافيا هنا.وقد تم تفسير أكثر من 70 و 65٪ من التباين في كثافة الكربون العضوي في التربة ومعدلات إعادة توزيع التربة من خلال نموذج الانحدار العادي الأقل مربعة مع متغيرات كاملة، على التوالي. بالنسبة للنماذج ذات المتغيرات الخطية التي تمت إزالتها، كانت كفاءات المحاكاة أقل قليلاً من نموذج الانحدار المربع الأقل في الدرجة الثانية مع نموذج المتغيرات الكاملة. بالنسبة لنماذج SPCR، لوحظت كفاءات محاكاة مماثلة مثل نموذج الانحدار المربع الأقل المعتاد خطوة بخطوة مع إزالة المتغيرات الخطية.وكشفت خرائط إعادة توزيع التربة وكثافة الكربون العضوي التي تم إنشاؤها من نماذج SPCR عن أنماط متسقة بين نماذج المحاكاة والقياسات الميدانية. وتمهد هذه التقنية الطريق أمام الباحثين في مجال الزراعة لاستكشاف أنماط إعادة توزيع التربة والمواد العضوية على نطاق مستجمعات المياه والمقاييس الإقليمية. ويمكن تحسين هذه التقنية مع زيادة صقل الكشف عن الضوء والبيانات المدى وإدراج مقاييس طبوغرافية إضافية.

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

تصميم وتشغيل المستمر<sup&gt; 13</sup&gt; C و<sup&gt; 15</sup&gt; N غرفة صفها الموحدة لأو التفاضلية، الأيض والإنشائية، مصنع النظائر وصفها

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

بروتوكول لإجراء محاكاة لدراسة هطول الأمطار والجريان السطحي للتربة

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

تقييم شخص سهل التأقلم الكربون العضوي في التربة عن طريق إجراءات متسلسل التبخير الحضانة

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

والجدول Gusseted Thermogradient لتنظيم درجة الحرارة التربة لتقييم نمو النبات ومراقبة العمليات التربة

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

بروتوكولات لقياس متبقيات المبيدات القابلة للتحويل في أنظمة المروج

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes ...

Nanopore DNA Sequencing for Metagenomic Soil Analysis

نانوبوري تسلسل الحمض النووي لتحليل التربة الجينومية

This article describes the steps for construction of a DNA library from soil, preparation and use of the nanopore flow cell, and analysis of the DNA ...

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

قياس وتحديد أنماط من تآكل التربة وترسب المتصلة بتركيزات كربونات التربة تحت الإدارة الزراعية

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

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

تحسين توصيف مطيافية الأشعة تحت الحمراء للمواد العضوية في التربة مع الطرح الطيفي

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Single-throughput Complementary High-resolution Analytical Techniques for Characterizing Complex Natural Organic Matter Mixtures

واحد الإنتاجية التكميلية التقنيات التحليلية عالية الدقة لوصف خليط معقد من المواد العضوية الطبيعية

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to ...

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

تصميم Microplot وإعداد عينات النباتات والتربة لتحليل النيتروجين 15

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. ...