Name: sampling soils in a heterogeneous research plot
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Duration: 7 min 11 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot at JoVE.com

Denne studien ble støttet av finansiering fra oss avdeling av landbruk Evans-Allen stipend (nr. 1005761). Forfatteren Takk ansatte på TSU'S Main Campus AREC i Nashville, Tennessee for deres hjelp. Maggie Syversen hjulpet ved å lese den tidlige versjonen av manuskriptet. Forfatteren setter anonym korrekturleserne for konstruktive kommentarer og forslag.

1. gruppert prøvetaking Design i et plott
<ol><li>Identifisere prøvetaking soner i et forskning plott. Bestemme antall firkantet rutenett med lik lengde (dvs., figur 1; Figur 3). Basert på størrelsen og form av forskning tomten, målet antall firkantet rutenett er forventet å være seks til ti slik at antall jordprøver kontrolleres under 30 innenfor en tomt (se trinn 1.3).</li>
	<li>Merke på midten av hver kvadratisk rutenett (dvs., centroid) og opprette en sirkulær utvalg område med en diameter lik siden lengden av kvadratiske rutenettet.</li>
	<li>Stå på centroid i sonen sirkulær med lukkede øyne og kaste en liten stein (eller et annet objekt med vekt) i en tilfeldig retning og avstand fra centroid.<ol>
<li>Hvis steinen er falt utenfor sirkulær området, gjøre det igjen til den første prøvetaking plasseringen er funnet.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Gjenta trinn 1.3 til tre stikkprøvekontroll steder er oppnådd i sonen rundskriv.</li>
	<li>Sette flagg på tre prøvetaking plasseringene og nummerere hvert flagg (dvs.1, 2 og 3).</li>
	<li>Gjenta trinn 1.3-1.5 i øvrige sirkelformede prøvetaking soner til alle steder er bestemt og nummerert i sekvensiell rekkefølge (dvs., 4, 5, 6, etc.).</li>
</ol>2. avstand mål og jord samling i et plott
<ol><li>Velg en hjørnepunkt og identifisere det utgangspunktet for Prøvetakingsområdet i plottet.</li>
	<li>Måle vannrette og loddrette avstandene flaggede plassering i forhold til opprinnelsen og ta dem i feltet Notepad som x- og y -koordinatene.</li>
	<li>Bruk en jord kvernen å ta en jord kjernen (0 - 15 cm) fra hver flagget plassering og etiketten posen basert på hvor flagg. Gjenta dette trinnet til jord kjerner er tatt på alle flaggede steder.</li>
	<li>For å minimere påvirkning av prøvetaking (f.ekstråkk på planter og jord i plottet), sikre at poser med jordprøver i opphold med sine respektive flagget til montering alle poser i plottet samtidig på slutten av samlingen.</li>
	<li>Transportere jordprøver i kjølere til laboratoriet og behandle hver jord kjernen på samme dag.</li>
	<li>Fjerne røtter fra hver kjerne, sil det gjennom en 2 mm jord sil og grundig homogenize hver kjerne prøve før noen analyse.</li>
	<li>Bestemme jord vanninnhold i hvert utvalg av ovnen-tørking underutvalg 24 h på 105 ° C og bakken Air-tørket jord underutvalg til et fint pulver for en total karbon (C) analyse bruker en elementær analyzer4. SOC hentes basert på fuktighet og C innholdet.</li>
	<li>Veie friske jord underutvalg (av 10 g hver) og kvantifisere jord MBC med kloroform utgassing-K2så4 utvinning og kalium persulfate fordøyelsen metoder5.</li>
	<li>Kombiner SOC og MBC datasett med x - og y -koordinater basert på flagget tall i plottet.</li>
</ol>3. beskrivende og Geostatistical analyser i et plott
<ol><li>For hver variabel SOC og MBC, beregne minimum, maksimum, middelverdi, median, og standardavvik, samt variasjonskoeffisienten (CV).</li>
	<li>For hver variabel, kan du utføre en rekke geospatial analyse (dvs., overflate trendanalyse, autokorrelasjon og kriging kart) å skildre primære overflaten mønsteret, fine skala variasjon og romlige fordelingen. Du finner detaljer om tilnærmingene geostatistical analyser i tidligere publikasjoner4,5.</li>
</ol>4. utforskning av SSR og tilknyttede prøvetaking nøyaktigheten i et plott
<ol><li>Tegn SSR og relativ feil (γ) basert på CV innhentet i et plott. Innen hver tomten har Logg-forvandlet SSR og relativ feil (γ) en negativ lineær sammenheng (ligninger 1-3). Basert på forholdet (formel 3), kan antall utdrag kreves for angitte nøyaktigheten bestemmes: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq2.jpg">  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq3.jpg">  <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq4.jpg"> Her, CI, <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq6.jpg"> </img>, s, n, N, CV, og betegne konfidensintervall, tomt betyr, plot standardavvik, prøve nummer, koeffisient av variasjon, og relativ feil, henholdsvis; t 0.975 = 1.96. Logg-forvandlet prøven størrelsen kravet (N) har en negativ lineær sammenheng (dvs, skråningen = -2) med Logg-forvandlet relative feil (γ).</li>
	<li>Bruke over forholdet for fremtidige prøvetaking i et plott ved å beregne N i Formel 3 under en ønsket nøyaktighet (f.eksrelative feil [γ]). Eller for et gitt antall jordprøver allerede samlet i et komplott, gjelder forholdet å utlede at den tilknyttede nøyaktigheten.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Young, I. M., Crawford, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+and+Self-Organization+in+the+Soil-Microbe+Complex.">Interactions and Self-Organization in the Soil-Microbe Complex.</a> Science. 304 (5677), 1634-1637 (2004).</li><li>Masoom, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+Organic+Matter+in+Its+Native+State:+Unravelling+the+Most+Complex+Biomaterial+on+Earth.">Soil Organic Matter in Its Native State: Unravelling the Most Complex Biomaterial on Earth.</a> Environmental Science and Technology. 50 (4), 1670-1680 (2016).</li><li>Tan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Soil Sampling, Preparation, and Analysis. , (2005).</li><li>Li, J. W., Richter, D. D., Mendoza, A., Heine, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+land-use+history+on+soil+spatial+heterogeneity+of+macro-+and+trace+elements+in+the+Southern+Piedmont+USA.">Effects of land-use history on soil spatial heterogeneity of macro- and trace elements in the Southern Piedmont USA.</a> Geoderma. 156 (1-2), 60-73 (2010).</li><li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+Fertilization+Elevated+Spatial+Heterogeneity+of+Soil+Microbial+Biomass+Carbon+and+Nitrogen+in+Switchgrass+and+Gamagrass+Croplands.">Nitrogen Fertilization Elevated Spatial Heterogeneity of Soil Microbial Biomass Carbon and Nitrogen in Switchgrass and Gamagrass Croplands.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1734 (2018).</li><li>Chung, C. K., Chong, S. K., Varsa, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sampling+Strategies+for+Fertility+on+a+Stoy+Silt+Loam+Soil.">Sampling Strategies for Fertility on a Stoy Silt Loam Soil.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (5-6), 741-763 (1995).</li><li>Luo, Y. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+more+realistic+projections+of+soil+carbon+dynamics+by+Earth+system+models.">Toward more realistic projections of soil carbon dynamics by Earth system models.</a> Global Biogeochemical Cycles. 30 (1), 40-56 (2016).</li><li>Li, J., Wang, G., Allison, S., Mayes, M., Luo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+carbon+sensitivity+to+temperature+and+carbon+use+efficiency+compared+across+microbial-ecosystem+models+of+varying+complexity.">Soil carbon sensitivity to temperature and carbon use efficiency compared across microbial-ecosystem models of varying complexity.</a> Biogeochemistry. 119 (1-3), 67-84 (2014).</li><li>Conant, R. T., Ogle, S. M., Paul, E. A., Paustian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+and+monitoring+soil+organic+carbon+stocks+in+agricultural+lands+for+climate+mitigation.">Measuring and monitoring soil organic carbon stocks in agricultural lands for climate mitigation.</a> Frontiers in Ecology and the Environment. 9 (3), 169-173 (2011).</li><li>Wieder, W. R., Bonan, G. B., Allison, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+soil+carbon+projections+are+improved+by+modelling+microbial+processes.">Global soil carbon projections are improved by modelling microbial processes.</a> Nature Climate Change. 3 (10), 909-912 (2013).</li><li>Swenson, L. J., Dahnke, W. C., Patterson, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sampling for Soil Testing. , (1984).</li><li>Jones, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laboratory Guide for Conducting Soil Tests and Plant Analysis. , (2001).</li></ol>

Forfatteren har ikke noe å avsløre.

Den tradisjonelle jord prøvetaking metoden manglet en kvantitativ basis og førte til ukjent nøyaktighet, mens de mer avanserte strategiene for prøvetaking involvert intensiv jord samlinger og indusert unaffordable kostnader for de fleste jord forskning på tomten Feltskalaen. En enkel, effektiv og pålitelig prøvetaking design bør være en nyttig verktøyet å balansere både nevnte metodene og, enda viktigere, informere en kvantitativ måte å fastslå hvor nødvendig under enkelte nøyaktighet for fremtidige prøvetaking behov. Slik prøvetaking utforming er imidlertid fremdeles mangler. Her en metode for å manipulere en gruppert prøvetaking prosedyre for å kvantifisere jord romlige heterogenitet ble presentert, og stole på denne design, å informere antall jordprøver kreves for fremtidige prøvetaking under bestemte nøyaktighet. Det er to avgjørende skritt i protokollen. Først er å avgjøre Prøvetakingsområdet og identifisere sonen prøvetaking i en gitt tegneområdet. Fordi dimensjon og formen på et bestemt forskning plott kan variere fra en studie til en annen, bør antall og lengde på kvadratiske rutenettet som representerer sonen prøvetaking endres passer tomten egenskapene og dekke tegneområdet som mulig. Generelt, bør antall firkantet rutenett begrenses til åtte til ti slik at 24-30 jordprøver samles i en gitt tomt. Dette mindre intensiv prøvetaking kravet er akseptabelt for en pilotstudie i et plott. Andre kritiske trinn er å bestemme hvor prøven nødvendig under bestemte nøyaktighet. Selv om antall jordprøver under en ønsket nøyaktighet kan utledes ved basert på pilot prøvetaking strategi, må andre tilgjengelige ressurser regnskapsføres (f.eks, arbeid, kostnader og personell). Hvis jordprøver kreves for en ønsket nøyaktighet overskrider kostnader, bør ønsket nøyaktigheten senkes slik at antall jordprøver kan beregnes. Omberegningene bør gjentas til beste tilpassing er oppnådd for å balansere ønsket nøyaktigheten og de tilgjengelige ressursene.
Protokollen kan enkelt endres for å passe bestemt form, området og plasseringen av et forskning plott. Selv innenfor en uregelmessig plot eller en veldig stor eller liten tegneområdet, kan prosedyren utføres ved å kontrollere størrelsen på Kvadrat nettet for å dekke mesteparten av tegneområdet. På den annen side, når jordprøver samles utenfor sonen sirkulær utvalg i plottet, regnskapsføres de fortsatt i beskrivende og geostatistical analysen. Fleksibiliteten av protokollen er i denne forbindelse en fordel som det kan, dermed redusere kostnaden for prøvetaking.
En viktig begrensning av denne metoden er at antall jordprøver nødvendig for visse nøyaktigheten vil avhenge av hvilket tomten CV bestemmes av en gruppe av 24-30 jordprøver i piloten jord prøvetaking. For en svært heterogen plott, 30 prøver eller mindre kan produsere en større CV enn basert på et større antall prøver (> 30). Som et resultat, blir antall jordprøver beregnet med samme nøyaktighet større. Det vil si vil antall jordprøver kreves for den samme nøyaktigheten overvurderes i plottet. For en svært homogen plott, vil et mindre antall eksempler produsere en plottet nivå CV lik 30 prøver, dermed resulterer i en overvurdering av behovet for ressursen. Derfor for disse svært heterogen eller homogen, kan jord eksempel nummeret (dvs.30 eller mindre) foreslått i piloten prøvetaking design forårsake unødvendig investering i piloten prøvetaking scenen eller fremtidige prøvetaking.
Vi viser betydelige fordeler av gruppert jord prøvetaking strategi. Det gir en pålitelig og rimelig jord prøvetaking strategi for å skaffe jord romlige heterogenitet og tilbyr en kvantitativ måte å utlede antall jordprøver kreves for en bestemt ønsket nøyaktighet. Selv om intensiv stripe eller lagdelt prøvetaking kan gi en bedre beskrivelse av romlige variasjon, er kostnaden for gjennomføre slike prøvetaking for høyt for de fleste jord studier. Tradisjonelle prøvetaking vilkårlig og mangler alle kvantitativt basis for prøvetaking nøyaktighet. Gjeldende protokollen er overlegen på grunn av dens mindre intensiv prøvetaking kravet, enkelt betjene det i feltet makt å avsløre romlige mønstre ved hjelp av strenge geostatistical analyseteknologi og kapasitet for å finne kvantitativt utvalgsstørrelsen gitt noen ønsket nøyaktighet. Kunnskap om utvalgsstørrelse nødvendig for et bestemt utvalg nøyaktighet kan forskere til strategi sine investeringer i jord prøvetaking innsats.
Ansette effektive gruppert prøvetaking prosedyren kan streng testing av jord romlige heterogenitet og forbedrer forskernes evne til å utføre jord prøvetaking med nøyaktighet. Natur mindre intensiv og kvantitativ jord prøvetaking strategien vil gjøre sin bredt program i jord forskningsmiljøene. Gitt den sannsynligvis forandret jord romlige heterogenitet under rask globale endringer, variere jord eksempel kravet for samme prøvetaking nøyaktigheten i en forskning plot over tid. Foreslåtte eksempel nummeret i piloten prøvetaking design kan variere med ulike jord og økosystemer. Fremtidige programmer som kan komme ut av dette arbeidet omfatter bestemme hvor prøven for spesifikke jord eller økosystemer. Dermed kreves ytterligere empirisk arbeid på programmet og identifikasjon av metoden i ulike jord og økosystemer. Langsiktig og bred programmer kan bidra til å identifisere et generisk prøven størrelseskrav for bestemte økosystemer, som kan anbefales for jord forskere.

Jordsmonnet er svært heterogen biologisk materiale1,2. Jord prøvetaking er utført for å hente de mest representative utvalgene og prege næringsrike statusen for et felt så nøyaktig og billig som mulig. Variasjon i en jord ligger i jord romlige heterogenitet og nøyaktigheten for kvantifisering. Når romlige variasjon i jord ikke tas i betraktning, kan typisk jord prøvetaking medføre en betydelig avgang fra den sanne betyr verdien av en variabel som jord selv om jord analysen selv er svært nøyaktig3. For en heterogen forskning tomten er variasjon ofte viktigere enn betyr3; dvs blir en prøvetaking design som kan nøyaktig måler både variasjon og mener foretrukket.
Når jord romlige variant ytterligere endres på grunn av land management praksis4,5,6, er det vanskeligere å gjennomføre jord prøvetaking på en nøyaktig måte. Likevel bekymringer også oppstå i forbindelse med store variasjoner i viktige jord variabler (f.eksSOC og MBC)7 som gjennomføres for å forårsake dårlig begrensninger av viktige modell parametere som er avgjørende for langsiktig global jord modell anslag under klima endre8,9,10. Som kostnaden av jord prøvetaking å karakterisere feltet variasjon er et sentralt problem, er en enkel, pålitelig og effektiv jord prøvetaking strategi søkt.
Det er mange måter å samle representant jordprøver i en forskning plot sine fordeler og ulemper oppsummeres i tabell 1. I en tradisjonell jord prøvetaking (dvs.enkel og tilfeldig utvalg), en tilfeldig samling av noen få til mer enn 10 jordprøver utføres i en forskning plott. Spesielt antall prøver i tradisjonelle jord prøvetaking design er alltid bestemmes vilkårlig og tilknyttede utvalgsfeil (dvs., nøyaktighet) er fortsatt ukjent.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Prøvetaking design</td>
			<td>Fordel</td>
			<td>Ulempen</td>
		</tr>
<tr>
<td>Enkel og tilfeldig utvalg</td>
			<td>Kostnadseffektiv, rask og billig, vidt vedtatt, enkel operasjon, optimal homogen området</td>
			<td>Lav nøyaktighet og høy variasjon, < 5 eksempler</td>
		</tr>
<tr>
<td>Systematisk prøvetaking</td>
			<td>Høy nøyaktighet og kjente varianten, optimale i storskala heterogene området</td>
			<td>Koste ineffektiv, stort utvalg nummer</td>
		</tr>
<tr>
<td>Lagdelt prøvetaking</td>
			<td>Nøyaktig mener anslag, relativt enkel betjening, optimale for klynger og lagdelt</td>
			<td>Koste ineffektiv, store utvalget antall (vanligvis mindre enn systematisk/rutenett utvalg)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Sammensetting</td>
			<td>Kostnadseffektive, nøyaktig mener anslag, enkel betjening, optimal heterogene området</td>
			<td>Ukjent felt variasjon, > 3 prøver for sammensatt</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: fordeler og ulemper av store jord prøvetaking design i jord forskningen fellesskapet. Tabellen summert fra Tan et al. 3, Jones12og Swenson et al. 11
Sammenlignet med enkel og tilfeldig prøvetaking eller sammensetting, kan systematisk og lagdelt prøvetaking design oppnå betyr med høy nøyaktighet med tilknyttede variasjon (tabell 1). De vil imidlertid kreve intensiv jord prøvetaking (f.eks, noen 100 prøver). Selv om nøyaktigheten av, og tillit til, en jord test øker med mer jordprøver samlet per tomten11, er behovet for et stort antall jordprøver vanligvis bare gjelder for en omfattende studie5,11 ; Det er godt utover overkommelighet av de fleste jord prosjekter utført på omfanget av feltet tomter på grunn av begrensninger i ressurser. En prøvetaking design foretrekkes å balansere avveininger av disse metoder.
En viktig sak for en jord prøvetaking design er å bestemme antall jordprøver kreves og tilknyttede nøyaktigheten problemstillinger og feltforhold. For eksempel, er en reduksjon i antall jordprøver mulig i mindre forstyrret nettsteder mens fortsatt oppnå samme grad av presisjon6, foreslår et behov for å eksplisitt kvantifisere den romlige heterogenitet (dvs., natur og forekomst av jord variasjon) før jord prøvetaking3. Faktisk anbefales ingen slik pilot prøvetaking i de fleste jord prøvetaking design. Feltet forskere unnlater ofte å anerkjenne viktigheten av å beregne statistisk styrke når de utformer eksperimenter.
For å forbedre den eksperimentelle fasthet i jord prøvetaking, er en enkel og effektiv sampling metoden presentert i denne studien. Ny design skal ikke bare aktiverer nøyaktig karakterisering av jord nivåer av næringsstoffer og variasjon, men gir også en kvantitativ måte å informere jordprøver og tilknyttede prøvetaking nøyaktigheten av regnskap for jord romlige heterogenitet, for fremtidig forskning. Den nye jord prøvetaking designen bør hjelpe forskerne identifisere valgfrie strategier som passer deres prøvetaking og forskning behov. Det overordnede målet med denne metoden er å gi jord biogeochemists og økologer med en kvantitativ og manipulerende tilnærming til optimalisere jord prøvetaking strategier i sammenheng med feltarbeid.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:632px;" width="632">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Soil auger</td>
			<td style="width:71px;">AMS</td>
			<td style="width:119px;">350.05</td>
			<td style="width:227px;">For soil collection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Screwdriver</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">19-313-447</td>
			<td>For soil collection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Rope</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">19-313-429</td>
			<td>For delineating sampling zone</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">FatMax 35 ft. Tape Measure</td>
			<td style="width:71px;">Home Depot</td>
			<td style="width:119px;">#215880</td>
			<td>For measuring distances</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Marking flag</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>S99537</td>
			<td>For marking sampling locations</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Plastic Zipper Seal Storage Bag</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>09-800-16</td>
			<td>For soil collection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sharpie</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>50-111-3135</td>
			<td>For soil collection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Marking pencil</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>50-294-45</td>
			<td>For recording data in field</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Lab notebook</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>11-903&#160;</td>
			<td>For recording data in field</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ArcGis 10.3</td>
			<td style="width:71px;">ESRI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For producing kriging map</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sieve</td>
			<td style="width:71px;">Fisher Scientific</td>
			<td>04-881G&#160;</td>
			<td>For sieving soil sample</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sampling soils in a heterogeneous research plot

Jordsmonnet er svært heterogen. Vanligvis antall jordprøver kreves for jord forskning har alltid blitt bestemt vilkårlig og tilknyttede nøyaktigheten er ukjent. Her presenterer vi en detaljert protokoll for effektiv og gruppert jord prøvetaking i et forskning plott, og stole på en pilot utvalg med dette motivet, for demonstrere jord romlige heterogenitet og informere rimelig utvalgene og tilknyttede nøyaktighet for fremtidige studie. Protokollen hovedsakelig består av fire trinn: prøvetaking design, feltet innsamling, analyse jord og geostatistical analyse. Fremgangsmåten er endret etter tidligere publikasjoner. To eksempler vil bli presentert for å demonstrere kontrasterende romlige distribusjoner av jord organisk karbon (SOC) og jord mikrobiell biomasse karbon (MBC) under forskjellige metoder. I tillegg presenterer vi en strategi for å bestemme prøven størrelsen kravet (SSR) gitt et visst nivå av nøyaktighet basert på den tomt nivå variasjonskoeffisienten (CV). Feltet prøvetaking protokollen og kvantitative fastsettelse av utvalgsstørrelsen vil assistere forskere i søker mulig utvalg strategier for å møte behov og ressursenes tilgjengelighet.

Over tilnærming har vært ansatt i to casestudier, ett i et landlig område i sørlige USA og en annen i midtre Tennessee.
I landlige sørlige Piedmont-regionen, arealbruk typer ble valgt, inkludert 1) ukultivert eik-hickory løvtre skoger, 2) dyrket felt der konvensjonelle jordarbeiding og gjødsling er brukt årlig å produsere hvete og Durra korn, og 3). Old-Field furuskog som hver ca 50 år gamle siden siste dyrking4. Tre uavhengig replikerte 30 x 30 m tomter ble identifisert fra området for hvert land bruk. I hver tomten, en klynge jord prøvetaking design ble brukt (figur 1). Hver runde sone hadde en 5 m radiell avstand fra hver centroid. Tjuesyv kjerner ble samlet fra hver av de ni tomtene, 81 kjerner per arealbruk og 243 kjerner totalt. SOC ble kvantifisert ved en CHN analysator. Store funn var at landbruket vesentlig homogenizes den romlige heterogeniteten SOC og andre variabler4. SSR skilte seg blant land bruker med et generelt stigende rekkefølge som old-field skog > regenerert furuskog > dyrket cropland (figur 2). Unntakene er at en hardvedgulv skogen handling hadde en SSR så liten som dyrket tomten, og en furu handling hadde en SSR så stor som løvtre handlingen (figur 2). Tar γ = 0,1 eller 10% eksempel SSR var 4, 10, og 30 (dyrket cropland), 80, 85 og 300 (furuskog), 25, 200 og 350 (løvtre). Hvis bare tre jord prøvene ble samlet i alle tomter, ville relativ feilen vært ~ 10% - 30% (dyrket cropland), ~ 50% - 80% (furuskog) og ~ 28% - 100% (løvtre).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig1.jpg"> Figur 1 : En illustrasjon av en gruppert stikkprøvekontroll design innen en 30 x 30 m forskning tomt på Calhoun Experimental skog, SC, USA4. Fylte sirkler representerer centroids (n = 9). Store stiplet sirkelen representerer Prøvetakingsområdet rundt én centroid (radius = 5 m). XS representerer eksempel steder bestemmes av tilfeldig valgte retninger og avstander fra en centroid. Dette tallet har blitt endret fra Li et al. 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig2.jpg"> Figur 2 : Plot eksempel størrelseskrav (SSR) og relativ feil (γ) for SOC løvtre skog, furuskog og dyrket cropland. Logg skalaen ble brukt på begge aksene. De prikkete linjene representerer dyrket jord, den grå linjer furuskog jord og den mørke linjer løvtre skog jord. Tre forskjellige linjer for hver arealbruk tilsvarer tre Repliker tomter. Dette tallet har blitt endret fra Li et al. 4 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
I Tennessee State University (TSU) Main Campus landbruk forskning og Extension Center (AREC) i Nashville, TN, USA (36.12° N, 36.98° V, høyde 127.6 m) i 2011 ble et felt switchgrass eksperiment etablert med tre nitrogen (N) befruktning behandlinger i en randomisert blokk design5. Avlingen er i "Highlander" rekke østlige "Alamo" switchgrass (Panicum virgatum L.). De tre N behandlingene inkludert ingen N gjødsel inngang (NN), lav N gjødsel inndata (LN: 84 kg N ha-1 i urea), og høy N gjødsel inngang (HN: 168 kg N ha-1 i urea). Innenfor hver tomten, var et rektangulært område av 2,75 x 5,5 m-sonen identifisert og videre inndelt i åtte firkantet rutenett 1.375 x 1.375 m. En centroid ble identifisert hver runde sone, og tre kjerner ble samlet med en tilfeldig retning og avstand i forhold til hver centroid (Figur 3). Totalt 24 kjerner ble dermed Hentet fra hver av 12 tomter, gir 288 jord kjerner. MBC i hver kjerne ble kvantifisert ved kloroform utgassing-K2SO4 utvinning og kalium persulfate fordøyelsen metoder. Store funn var at N befruktning generelt forbedret den romlige heterogeniteten MBC i switchgrass cropland. SSR var generelt større med befruktning (Figur 4). Eneste unntaket er at SSR en HN handlingen var lavere enn NN handlingen (Figur 4). Tar γ = 0,1 eller 10% eksempel SSR var 10 og 20 i to replikerte tomter (NN), 30 og 50 (LN), og 15 og 70 (HN). Hvis bare tre jord prøvene ble samlet i alle tomter, ville relativ feilen vært ~ 20% - 25% (NN), ~ 26% - 35% (LN) og ~ 20% - 40% (løvtre).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig3.jpg"> Figur 3 : Illustrasjon gruppert stikkprøvekontroll design innen en 2,75 x 5,5 m handlingen i et befruktning eksperimentell område ved Tennessee State University (TSU) Agricultural Research Center i Nashville, TN, USA. Fylte sirkler representerer centroids (n = 8) og hver tomt besto av åtte centroids i hver kvadrat rutenett (med 1.375 x 1.375 m). I hver figurs historie identifiserte et sirkulært område for jord prøvetaking. XS representerer eksempel steder bestemmes av tilfeldige retninger og avstander fra en centroid innenfor hver runde utvalg (stiplet sirkel). Dette tallet har blitt endret fra Li et al. 5 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig4.jpg"> Figur 4 : Plot eksempel størrelseskrav (SSR) og relativ feil (γ) for MBC under tre befruktning behandlinger. Logg skalaen ble brukt på begge aksene. De prikkete linjene representerer dyrket jord, den grå linjer furuskog jord og den mørke linjer løvtre skog jord. NN = ingen N gjødsel input; LN = lav N gjødsel input; og HN = høy N gjødsel inndata. To forskjellige linjer for hver arealbruk tilsvarer to Repliker tomter. Dette tallet har blitt endret fra Li et al. 5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot at JoVE.com

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

Prøvetaking jord i en heterogen forskning Plot

Den tradisjonelle jord-prøve prosedyren angir antall jordprøver vilkårlig. Her gir vi en enkel men effektiv gruppert jord-prøve design å demonstrere jord romlige heterogenitet og kvantitativt bestemme antall jordprøver kreves og tilknyttede prøvetaking nøyaktigheten.

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...

Denne metoden kan bidra til å forbedre den eksperimentelle rigor i en jordprøvetaking prosedyre. For eksempel prøvestørrelsen som kreves for jordprøvetaking og tilhørende nøyaktighet. Den største fordelen med denne teknikken er at den gir en kvantitativ måte å prøve jord og to, for å balansere forskningsbehov og ressurstilgjengelighet.Implikasjonene av denne teknikken strekker seg mot forskningsplott og ulike former, områder og steder fordi den statistiske kraftanalysemetoden forblir den samme. Å demonstrere prosedyren vil være Siyang Jian, en utdannet student fra laboratoriet mitt. Identifiser prøvetakingssoner innenfor et forskningsplott.Deretter bestemmer du antall firkantede rutenett med lik lengde. Basert på størrelsen og formen på forskningsplottet forventes målnummeret for firkantede rutenett å være mellom 6 og 10. Slik at det totale antallet jordprøver styres under 30 innenfor en tomt.Merk midten av hvert firkantede rutenett, eller centroid, og opprett et sirkulært prøvetakingsområde med en diameter lik sidelengden på det firkantede rutenettet. Stå på centroid i sirkulær sone med lukkede øyne og kaste en liten stein i en tilfeldig retning og avstand fra centroid. Hvis steinen slippes utenfor det sirkulære området, gjør du det igjen til den første prøvetakingsstedet er identifisert.Sett et flagg på samplingsstedet og nummerer flagget. Gjenta dette trinnet til 3 tilfeldige samplingssteder er oppnådd i sirkulær sone. Gjenta deretter disse trinnene i alle andre sirkulære samplingssoner til alle lokasjoner er bestemt, og nummerert, i sekvensiell rekkefølge.Velg ett hjørnepunkt og identifiser det som opprinnelsen for prøvetakingsområdet i plottet. Mål vannrette og vertikale avstander for hvert flaggsted i forhold til opprinnelsen. Deretter registrerer du avstandene i en feltnotatblokk som x- og y-koordinater.Bruk en jordskruer til en ta jordkjerne fra hvert flaggede sted og merk posen basert på flaggnummeret. Gjenta dette trinnet til jordkjerner tas på alle flaggede steder. For å minimere påvirkningen av prøvetaking, sørg for at posene som inneholder jordprøvene forblir innenfor deres respektive flagg til slutten av samlingen, når alle poser i tomten skal monteres samtidig.Transport jordprøvene i kjølere til laboratoriet og behandle hver jordkjerne på samme dag. En gang i laboratoriet, fjern røtter fra hver kjerne og sikt kjernen gjennom en 2mm jord sil. Fortsett å homogenisere hver kjerneprøve grundig før en analyse.For å bestemme jordfuktighetsinnhold i hver prøve, må første ovnstørkende subprøver i 24 timer ved 105 grader celsius. Deretter jorde luften tørket jord sub prøver til et fint pulver for en total karbonanalyse. For å oppnå jord organisk karbon, eller SOC, veie hver jord sub prøve i et åpent fartøy ved hjelp av en mikrobalanse.Deretter laster du det åpne fartøyet i en elementanalysator. For å kvantifisere jordmikrobiell biomassekarbon, eller MBC, veier du først ferske fumigated og ikke-fumigated jord sub prøver. Deretter legger du til 1 ml kloroform til den fumigerte jordprøven bare.Legg også til 25 ml kaliumsulfat til den ikke-fumigerte jordsekselen. Etter 24 timer, tilsett 25 ml kaliumsulfat til fumigated prøver. Etter å ha ristet hvert rør i en halv time, samle jordekstraktet ved å sende løsningen gjennom et Whatman nummer 4 filterpapir.Nå legger du til 5 ml jordekstrakt og 5 ml persulfat reageant til to høye kulturrør. Cap rørene tett og plasser dem i tørkeovnen på 85-90 celsius i minst 18 timer, men ikke mer enn 24 timer. Fjern rørene forsiktig fra ovnen, og avkjøl til romtemperatur før du analyserer.Kombiner SOC- og MBC-datasettet med x- og y-koordinatene basert på flaggnumrene i plottet. Til slutt, få koeffisientvariasjonen og lage plottet basert på denne ligningen. Representative resultater fra både SOS og MBC vises her.Totalt 9 centroids og 27 prøvetakingspunkter bestemmes for SOC. For å oppnå samme samplingsnøyaktighet er kravene til utvalgsstørrelse for SOC generelt høyere i hardword- og furuskogjord, sammenlignet med dyrket jord. Vist her er kravet til utvalgsstørrelse i hver jordtype for å oppnå en prøvetakingsfeil under 10%Totalt 8 centroider og 24 prøvetakingspunkter bestemmes for MBC.For å oppnå samme samplingsnøyaktighet er kravene til utvalgsstørrelse for MBC generelt høyere i befruktet jord, enn i ubefruktet jord. Mens du prøver denne prosedyren, er det viktig å huske å bruke disse plottene for å møte den fremtidige prøvetakingen, da det lar deg utlede antall jordprøver for å møte dine forskningsbehov og ønsket samplingsnøyaktighet. Etter utviklingen baner denne teknikken vei for forskere i et felt av jordøkologi for å utforske romlige egenskaper i andre jordnæringsstoffer og om nye kjemiske egenskaper.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Statistics

Environment

Unit 1

Understanding Statistics

SCIENTISTS IN ACTION

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

Design og bygging av en Urban Avrenning Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

Integrert Feltet Lysimetry og Porewater Prøvetaking for Evaluation of Chemical mobilitet i jordsmonn og Etablert Vegetasjon

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes Steinernematidae, Heterorhabditidae

Jordprøver og Isolering av Entomopathogenic nematoder (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (a.k.a. EPN) represent a group of soil-inhabiting nematodes that parasitize a wide range of insects. These nematodes belong to ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Måling av klimagass Flux fra jordbruksjord bruke statiske Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Kalibrert Passiv Sampling - Multi-tomten feltmålinger av NH<sub&gt; 3</sub&gt; Utslipp med en kombinasjon av Dynamic Tube Metode og passive prøvetakere

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

Clean Sampling and Analysis of River and Estuarine Waters for Trace Metal Studies

Rent Prøvetaking og analyse av elven og elvemunninger Waters for spormetall Studies

Most of the trace metal concentrations in ambient waters obtained a few decades ago have been considered unreliable owing to the lack of contamination ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

En Bending Test for Bestemme Atterberg Plastic Limit i Soils

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Utvinning og analyse av Microbial fosfolipid fettsyrer i jordsmonn

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Metoder for Soil Omsampling å overvåke endringer i den kjemiske Konsentrasjoner av skogsjord

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris

Prøvetaking, sortering og karakteriserer Microplastics i akvatiske miljøer med høy suspendert Sediment laster og stort flytende avfall

The ubiquitous presence of plastic debris in the ocean is widely recognized by the public, scientific communities, and government agencies. However, only ...