Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Labor und Feld-Protokoll für die Schätzung der Blatt-Erosion-Raten von Dendrogeomorphology

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/57987
Automatic Translation
1, 2,3, 4,5, 2,3
1University of Castilla-La Mancha (UCLM), 2Department of Earth Sciences, University of Geneva, 3Institute for Environmental Sciences, University of Geneva, 4Departamento de Sistemas y Recursos Naturales, Universidad Politécnica de Madrid, 5Departamento de Biodiversidad, Ecología y Evolución, Universidad Complutense de Madrid

Summary

Charakterisierung von Erosion von Dendrogeomorphology konzentriert sich in der Regel auf der Suche nach genau die Startzeit der Wurzel Exposition durch die makroskopische Untersuchung oder Zelle Pegeländerungen verursacht durch die Exposition. Hier bieten wir eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen neuartigen Techniken genauere Erosionsraten von hochgenauen Microtopographic Daten zu erhalten.

Abstract

Blatt-Erosion ist unter den entscheidenden Treiber der Verschlechterung der Bodenqualität. Erosion wird durch Umweltfaktoren und menschlichen Aktivitäten, die oft zu schweren Auswirkungen auf die Umwelt führen. Das Verständnis der Blatt-Erosion ist folglich ein weltweites Problem mit Auswirkungen auf Umwelt und Wirtschaft. Das Wissen über wie Erosion entwickelt sich in Raum und Zeit ist jedoch noch Limited sowie deren Auswirkungen auf die Umwelt. Im folgenden erläutern wir, dass ein neues Dendrogeomorphological-Protokoll für die Ableitung von Boden Dicke (EX) durch genaue Microtopographic Datenerfassung mit terrestrischen Laserscanning (TLS) und Microtopographic Profil Messgeräte erodiert. Darüber hinaus werden standard Dendrogeomorphic Verfahren, abhängig von anatomischen Variationen im Wurzel-Ringe genutzt, um das Timing der Exposition zu etablieren. TLS und Microtopographic Profil, das Messgeräte verwendet werden, um Boden Oberfläche Profile, erhalten aus denen EX geschätzt wird, nachdem die Schwellenwertentfernung (TD) festgelegt ist, d. h. der Abstand zwischen dem Stamm und dem sediment Knickpoint, die Terminologie ermöglicht die Senkung der Bodenoberfläche durch Blatt Erosion verursacht. Für jedes Profil wird die Höhe zwischen der Oberseite der Wurzel und einer virtuellen Ebene tangential an der Bodenoberfläche gemessen. Auf diese Weise sollen wir kleine Auswirkungen des Bodens Verformung zu vermeiden, die möglicherweise aufgrund Drucks durch das Wurzelsystem oder durch die Anordnung der freiliegenden Wurzeln. Dies kann kleine Mengen von Boden Sedimentation oder Erosion je nachdem, wie sie körperlich den Oberflächenabfluss beeinflussen provozieren. Wir zeigen, dass eine angemessene Microtopographic Charakterisierung von freiliegenden Wurzeln und ihre damit verbundenen Bodenoberfläche sehr wertvoll, um genaue Erosionsraten zu erhalten. Diese Feststellung könnte genutzt werden, entwickeln die besten Praktiken entwickelt, um schließlich Einhalt zu Gebieten oder vielleicht zumindest vermindern Bodenerosion, so dass mehr nachhaltigen Verwaltungsrichtlinien in die Praxis umgesetzt werden können.

Introduction

Wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen, produziert durch Blatt Erosion macht dieses Thema in ein weltweites Problem1. Mehrere, vom direkten Techniken zur physikalisch-basierten und empirische Ansätze, Methoden, Boden-Erosion-Raten auf einer Vielzahl von zeitlichen und räumlichen Skalen zu berechnen. Direkte Techniken verwenden Feldmessungen unter natürlichen Bedingungen und basieren hauptsächlich auf den Einsatz von Gerlach Tröge2, Wasser Sammler3, Erosion pins4 und Profilometer5. Darüber hinaus haben Modelle der Bodenerosion zunehmend auf die Vertretung im Detail die realen physikalischen Prozesse verantwortlich für Erosion6konzentriert.

Dendrogeomorphology7 ist eine Unterteilung der Dendrochronologie8 ist es gelungen, Charakterisierung von Häufigkeit und Ausmaß der geomorphologischen Prozesse9,10,11,12, 13,14,15,16,17. Bezug auf Blatt Erosion Dendrogeomorphology wird normalerweise eingesetzt, zu verbessern oder zu ersetzen die Methoden erwähnt, vor allem in Gebieten, wo die Erosionsraten abgeleitet von direkten Techniken entweder knapp oder nicht verfügbar sind. Dendrogeomorphology ist eine sehr flexible Methode für die Bewertung der Bodenerosion und kann genutzt werden, um physikalisch-basierten und empirische Modelle zu kalibrieren, oder vielleicht als Daten Quelle zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der direkten Schätzung Techniken18, 19. Dendrogeomorphology ermöglicht Bodenerosion über große Flächen hergestellt werden wo freiliegende Wurzeln zur Verfügung stehen. Diese freigelegten Wurzeln sollten zeigen klare Baum Ringe Grenzen und reagieren auf jährliche Wachstumsmuster gelten als optimale Dendrogeomorphological Techniken20anzuwenden. Weitere, freiliegende Wurzeln zu untersuchenden sollte vorzugsweise in homogene Einheiten anhand ihrer Reaktion zu Erosion21Boden befinden.

Die konventionellen Dendrogeomorphical Lebensart schätzen Blatt Erosion gründet sich auf Messungen in Situ die erodierten Boden Dicke (Ex) aus der Zeit der ersten Exposition gegenüber der heutigen22,23, 24. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen wird genutzt, um einen Wert von Erosion in Mm∙yr1zu berechnen. Ein Großteil der Forschung bis heute konzentriert sich ganz auf effiziente Identifizierung des ersten Jahres der Exposition. Als Ergebnis werden Änderungen in der Wurzel durch Einwirkung auf der makroskopischen Ebene25oder auf das Gewebe und die zellulären Ebenen26,27,28analysiert. Die wichtigsten anatomischen Veränderungen vorhanden in den freiliegenden Wurzeln von Nadelbäumen wächst Wachstum Ringdicke als Folge eine beträchtliche Anzahl von Zellen innerhalb der Frühholz (EW)26. Der Abbau ist ebenso im Bereich Lumen des EW Tracheiden sowie eine verstärkte Zelle Struktur Wandstärke Spätholz (LW) Tracheiden24,27,29gefunden worden. Diese Änderungen wurden beschrieben und quantifiziert als Anfang bei der Erosion die Boden-Oberfläche über die Wurzel bis etwa 3 cm30senkt. Weniger Aufmerksamkeit wurde auf die angemessene Bestimmung des Parameters EX gewährt. Das Alter der freiliegenden Wurzeln war in der Regel mit der Höhe der Mittelachse der Wurzel des Wachstums über den Boden Oberfläche31,32verbunden. Die Schätzung der EX wurde daher korrigiert unter Berücksichtigung laufender sekundäre Wachstum30,33. Diese methodische Ansätze haben in jüngerer Zeit, auch die Charakterisierung des Bodens Mikrotopographie zu zuverlässigen Erosion Preise34,35,36integriert.

Wir präsentieren ein Labor- und Feldversuche Protokoll um mehr genaue und zuverlässige Blatt Erosionsraten von Dendrogeomorphology zu schätzen. In diesem besonderen Protokoll untersuchen wir die Hypothese, dass die Probenahme alle freiliegender Wurzeln, unabhängig von der Ausrichtung relativ zum Pfad der Abfluss und in Verbindung mit Microtopographical Analyse Erosionsraten genau rekonstruiert und quantifiziert werden kann. Unser Ziel ist daher, ein Protokoll zur Abschätzung Erosionsraten aus der Stichprobengröße von freiliegenden Wurzeln, mit makroskopischen und mikroskopischen Informationen im Wachstum Baumring-Serie und auch hochauflösende topografische Daten zu maximieren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

(1) Probenahmestrategie

  1. Geomorphologischen Prozess Identifikation
    1. Implementieren Sie die hydrologischen Response Units Ansatz (fuhr)21. Zu diesem Zweck homogene Bereiche innerhalb der Studie Website, bestehend aus Lithologie und Oberfläche Ablagerungen, Überdachung Abdeckung, vegetative Rückstände in Kontakt mit der Bodenoberfläche und Neigung zu ermitteln. Wählen Sie unter alle HRUs diejenigen in denen der Blatt Erosionsprozess vorherrschend ist.

Figure 1
Abbildung 1: Beispiel für HRUs verbunden, eine sandige Rinne. Über das Protokoll hier vorgeschlagenen, die Probenahme von freiliegenden Wurzeln muss in einem Hydrotop durchgeführt werden, in denen die effektive erosive Blatt Erosion (in dieser Abbildung Legende entsprechend exponierten Sand mit mäßigen Steigungen) erfolgt. Diese Zahl wurde von Bodoque Et Al. modifiziert 21 . Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Probenahme von freiliegenden Wurzeln
    1. Suchen Sie in der Studie Website ausgesetzt Wurzeln, Baumarten, die nützlich für Baumring-Datierung (vorzugsweise Nadelbäume)20entspricht.
    2. Geben Sie eine detaillierte Beschreibung der räumlichen und morphologischen Merkmale der Umgebung der freiliegenden Wurzeln zu untersuchenden. Die folgenden Informationen: geografische Lage (UTM-Koordinaten); Höhe; Aspekt in sexagesimalen Grad, sowohl für den Hang bestimmten Stammverzeichnis (lokale Aspekt); Streckenlänge der Wurzel um den Baumstamm; Hang Steigung und Gefälle des Standortes bestimmten Wurzel (beide ausgedrückt in Grad); Ausrichtung der freiliegenden Wurzel in Bezug auf den Abfluss Weg.
    3. Nehmen Sie eine Bodenprobe von ca. 1 kg, aus der Umgebung jede freiliegende Wurzel. Die Parameter zur Charakterisierung sind Textur, Anteil an organischer Materie und Boden Struktur.
    4. Messen Sie in Situ hydraulische Leitfähigkeit mit einer einzigen Ring-Infiltrometer unter ständigen Kopf.
      Hinweis: Implementieren Sie Schritte 1.2.2 und 1.2.3 Boden Abtragung zu charakterisieren.
    5. Suchen Sie freiliegende Wurzeln, die weiter als 1,5 m vom Stamm sind. Bei geringeren Entfernungen kann die Exposition mit Baumbewuchs zusammenhängen.
    6. Schneiden Sie mit einer Handsäge mindestens 30 freiliegende Wurzeln mit einem Durchmesser größer als 5 cm in 15 cm lange Abschnitte. Anschließend nehmen Sie zwei Scheiben von ca. 1,5 cm dick.
    7. Durch die Verwendung einer Messung Kelle, eine Handsäge und ein Maßband, probieren Sie eine Teilmenge der verschütteten Wurzeln (mindestens ein Drittel der gesamten exponierten Wurzeln abgetastet) in verschiedenen Bodentiefen (maximal 20 cm), die minimale Boden Dicke unten zu etablieren, die Wurzeln beginnen, haben eine anatomische Reaktion aufgrund der Exposition.

Figure 2
Abbildung 2: Beispiel für Bereich Probenahme durchzuführen. Mindestens 30 freiliegende Wurzeln sind ausgewählt und anschließend mit einer Handsäge schneiden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

2. Microtopographic Charakterisierung der Bodenoberfläche und freiliegenden Wurzeln an leicht zugänglichen Orten

  1. Verwenden Sie ein terrestrisches Laserscanning-Gerät, das bis zu 50.000 Punkte messen kann pro Sekunde mit einer Genauigkeit von 1 mm Tastweite < 120 m.
  2. Prüfen Sie mindestens zwei verschiedene konventionelle TLS Standorte Schattenzonen zu vermeiden.
  3. Zusammenführen der verschiedenen Standorte mit mindestens vier HD-Vermessung (HDS) Ziele aufgestellt, um den gesamten Bereich abdecken.
  4. Um hochgenaue topographische Daten zu erhalten, Scannen einer durchschnittliche Fläche von 300 cm2 aus den ausgewählten Standorten mit einer räumlichen Auflösung von 1 mm. Include die freiliegenden Wurzeln und der näheren Umgebung, die repräsentativ für die Boden-Oberfläche ist.

3. Microtopographic Charakterisierung der Bodenoberfläche und freiliegenden Wurzeln, an Standorten mit schwierigen und steilen Gelände (Berg-Umgebungen)

  1. Legen Sie ein Microtopographic Profil Messgerät senkrecht auf die freiliegende Wurzel und anschließend Ebene horizontal für alle Messungen in einer Weise, dass verschiedene Datensätze verglichen werden kann.
  2. Zeichnen Sie das Profil erwarb Schritt 3.1 auf Millimeterpapier, die Höhe der erodierten Boden längs des Profils mit Sub-Millimeter-Genauigkeit ableiten zu können.

Figure 3
Abbildung 3: Beispiel für die Charakterisierung von Boden-Struktur mit einem Microtopographic Profil. (A) Abbildung der freiliegenden Wurzeln wie auf einem Wanderweg; (B) Messungen der Boden Struktur mit einem Microtopographic-Profil zu messen; (C) Einschätzung der EX durch den Erwerb von Microtopographic Profile zeichnen sie auf Millimeterpapier zur Ableitung der Höhe der erodierten Boden entlang der Profil und Sub millimetergenau zu ermöglichen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

4. Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Wurzel Exposition

  1. Makroskopische Analyse
    1. Für 2 Monate in Schritt 1.2.6 erhaltenen Abschnitte der Luft trocknen lassen.
    2. Erhalten Sie von der ersten Abschnitte zwei Scheiben, die jeweils etwa 2 cm dick sind.
    3. Schleifen und Polieren der Scheiben mit Schleifpapier (Körnung bis zu 400) zur Erleichterung der Anerkennung der Jahresringe.
    4. Scheiben mit einer minimalen Auflösung von 2.800 dpi zu scannen, so dass sie genau analysiert werden können, auch wenn Ringe besonders dünn sind.
    5. Verwenden Sie die Zunahme Spätholz Prozentsatz und größeres Wachstum-Ring Breite als Indikatoren von Stress induziert durch Exposition.
    6. Markieren Sie mindestens 4-5 Radien entlang der Durchmesser der Scheiben, die die höchste Variabilität im Wachstum-Ring Breite zu zeigen.
    7. Verwenden Sie eine Bild-Analyse-System oder einem Messtisch Baumring-breite messen.
    8. Wenden Sie visuelle Kreuz-dating Verfahren an, durch den Vergleich der Variabilität in der Wachstums-Ring Breite zwischen den verschiedenen Radien, beide verbessern Sie die Date Präzision für das erste Jahr der Exposition, Bodenerosion und zu richtig Datum nachfolgenden Ringe zu erkennen mehrerer oder diskontinuierlichen Ringe.

Figure 4
Abbildung 4: Beispiel für einen Abschnitt von einem exponierten Root durchzuführen dendrochronologische Datierung von Wachstum Ring Serie vorzubereiten. In jedem Abschnitt sind vier oder fünf Radien entlang den Schildern gekennzeichnet, die die höchste Variabilität hinsichtlich Baumring-Breite zu zeigen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Mikroskopische Analyse
    1. Verwenden Sie für beide exponierten und nicht-exponierten Wurzelproben eine gleitende Mikrotom radialen Querschnitte von ca. 1 cm in der Breite und 20 Mikrometer dick.
    2. Querschnitte mit Safranin (d. h. 1 g von Safranin + 50 g Wasser + 50 g 96 % Ethanol) beflecken und entwässern mit zunehmend reicher Ethanol-Wasser-Lösung bis zu 96 % igem Ethanol (z. B. 50 % und 96 % Ethanol) bis das Ethanol läuft klar. Genießen Sie die Proben in Xylol oder ein Zitrusöl clearing Agent (z. B. Histoclear).
    3. Montieren Sie Querschnitte auf beschichteten Folien, Deckglas mit einer Verhärtung Epoxy (z. B. Eukitt, Kanada Balsam und trocken bei Raumtemperatur (d. h. ca. 5-8 h für Eukitt, mindestens 24 h für Kanada Balsam).
    4. (Unter 125 X Vergrößerung) beobachten Sie und fotografieren Sie Proben mit digital-imaging-System unter optischen Mikroskopie.
    5. Unter dem Lichtmikroskop zu vergleichen, die anatomische Fußabdruck beider ausgesetzt und nicht-exponierten Wurzelproben (Schritte 1.2.5 und 1.2.6).
    6. Mikroskopische Messungen mit einer Bild-Analyzer auf die digitalen Fotos der folgenden Parameter: eine) Breite des Ringes Wachstum; (b) Anzahl der Zellen pro Ring; (c) Prozentsatz der Spätholz; und d) Lumen Bereich im Frühholz.
    7. Testen mit dem Image Analyzer (Schritt 4.2.6) das Auftreten von Harz und nehmen Sie Messungen für jedes Wachstum Ring.
    8. Eine One-Way-Analyse ANOVA mit multiple-Auswahl-Tests (Methode: 95 % LSD – wenigsten signifikanten Unterschied) für die anatomische Variablen in Betracht gezogen (Schritt 4.2.6) zur Überprüfung der Existenz der statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen von Messungen (Pre-exponierten Vs ausgesetzt Wurzeln).

5. Abschätzung der dicke Bodenschicht erodiert seit ersten Exposition (Ex)

  1. Szenario 1: ausgesetzt Wurzeln, die parallel zu den Abfluss Weg laufen.
    1. Verwenden Sie basierend auf die Daten aus Schritt 2.4 inverse Distanz Gewichtung als die Interpolationsmethode, hochgenaue digitale Höhenmodelle (DEMs) zu erhalten mit einer räumlichen Auflösung von 3 mm.
    2. Verwenden Sie GIS Tools extrahieren aus DEM senkrecht Profile der freiliegenden Wurzel mit einem groben Abstand von 150 cm.
    3. Führen Sie Schritte 5.1.1 und 5.1.2 an leicht zugänglichen Orten (Schritt 2).
    4. Benutzen Sie die senkrechten Profile der freiliegenden Wurzel in Schritt 3.2 erhalten, wenn das Untersuchungsgebiet in den Bereichen befindet, wo das Gelände steil und schwierig ist (Berg-Umgebungen) (Schritt 3).
    5. Verwenden Sie in den Profilen erhalten in den Schritten 5.1.2 und 5.1.3 visuellen Interpretation, um die Schwellenwertentfernung (TD), definiert als der Abstand zwischen der Wurzel und der Knickpoint an der Oberfläche zu finden. Dadurch wird die Senkung der Boden-Oberfläche für die Profile durch Blatt Erosion.
    6. Schätzung der Stärke der Bodenschicht erodiert, durch die Messung der Höhe zwischen dem oberen Rand der Wurzel und der Knickpoint an der Oberfläche im Schritt 5.1.5 geschätzt.
    7. Korrigieren Sie die Messung im Schritt 5.1.6 durch Abzug von sekundären Wachstums (d. h. Wachstum der Wurzel seit dem Jahr der Exposition) und die Dicke der Rinde auf der oberen und unteren Seite der Wurzel gewonnen. Siehe Corona Et al. 30 für eine detaillierte Beschreibung.

Figure 5
Abbildung 5: Beispiel illustriert wie TD statt, wenn die freiliegenden Wurzeln Stichprobe gemäß dem Abfluss Pfad orientieren. Die Abbildung zeigt ein allgemeines Microtopographic transversale Profil des ungedeckten Wurzel und seiner unmittelbaren Umgebung. E-X1 befindet sich auf der traditionellen Dendrogeomorphical Konzept zur Bestimmung des erodierten Boden Dicke angewendet; EX2 gehört zu der Position wo dieser Parameter muss beurteilt werden. TD ist als Leitfaden Position genommen von denen die Bodenoberfläche durch Blatt Erosion nur geändert wird. Diese Zahl wurde von Bodoque Et Al. modifiziert 34 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

  1. Szenario 2: ausgesetzt Wurzeln, die senkrecht auf den Abfluss Weg laufen
    1. Implementieren Sie Schritte 5.1.1, 5.1.4, wie unter Schritt 5.1 angegeben.
    2. Mithilfe des Raster-Rechners in jeder geographischen Informationssystem (GIS) Software, verfügbar für jede senkrechte Profil Maßnahme die Höhe zwischen der Spitze der Wurzel und der Boden-Oberfläche mit der Knickpoint an der Oberfläche als Referenz. An dieser Stelle Messungen von EX werden nicht beeinflusst durch Sedimentation und/oder Erosion durchkämmen und daher ist es möglich, Bodenerosion zu messen.
    3. Korrigieren Sie die Messung im Schritt mit der Prozedur in Schritt 5.1.7 5.2.2 erhalten.

Figure 6
Abbildung 6: Beispiel Zeichnung wie es weitergehen soll wenn die freiliegenden Wurzeln abgetastet orientieren sich nach der senkrecht zum Abfluss Weg Diese Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der ein Boden Oberflächenprofil im Zusammenhang mit einem exponierten senkrecht Root über den Abfluss Weg. Erodierten Boden Dicke (EX) wird in die Knickpoint zeitgleich zur vorherrschenden Sedimentations- und Scour Erosionsprozesse in der Nähe der Wurzel quantifiziert. Diese Zahl wurde von Ballesteros Cánovas Et Al. modifiziert 35 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

6. Blatt Erosion Preis Schätzung

  1. Je nach mechanische Bodeneigenschaften Untersuchungsgebiet Gleichung 1 anwenden (d. h. stellt die Hypothese auf, dass die radialen Wachstum Druck von der Wurzel niedriger als Scherfestigkeit des Bodens), oder Gleichung 2 (d. h. vermutet Stabilität der Wurzel-Achse durch die Zeit)30:
    Equation 1(1)
    Equation 2(2)
    Wo:
    ER (Mm∙yr-1), ist die Erosionsrate Blatt geschätzt werden.
    EX (mm), ist die Dicke der Bodenschicht seit ersten Exposition erodiert. Dies ergibt sich durch Schritten 5.1.1, 5.2.3.
    G-r1 und Gr2(mm) repräsentieren die sekundäre (spätere) Wachstum nach oben/unten an der Wurzel nach der Exposition. Es ergibt sich nach Schritt 5.1.7.
    B1 und B2 (mm) sind die Dicke der Rinde auf der oberen/unteren Teil der Wurzel. Es wird mit dem Verfahren in Schritt 5.1.7 gewonnen.
    Ε (mm) ist definiert als die minimale Tiefe des Bodens unter der Wurzel beginnen, seine anatomischen Konfiguration zu ändern.
    NR-ex (yr), ist die Anzahl der Jahrringe entwickelt nach dem Jahr der Exposition. Es ergibt sich mit Schritten 4.1.1 zu 4.2.8.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Proben von freiliegenden Wurzeln leiden kambiale Verschlechterung aufgrund der Auswirkungen der Exposition (z. B. Änderungen in der Temperatur, Lichteinfall) sowie die körperliche Belastung durch trampling von Wanderern oder Tiere grasen und Surfen, die die Wurzeln unterziehen Sie, nachdem sie ausgesetzt sind. Feststellung des Vorliegens der diskontinuierlichen Ringe, als auch aus dem gerade das erste Jahr der Reaktion auf Exposition wurde im Labor wie in Protokoll Nr. 4 (Schritte 4.1.6, 4.1.8) erreicht. Wir entschieden uns für die Zunahme der Spätholz Prozentsatz und die Anwesenheit von Jahrring deutlich breiter ist als der Durchschnitt als Indikatoren der ersten Exposition.

114 Abschnitte des ausgesetzt Pinus Uncinata Ramond ex DC, Fagus Sylvatica L., Pinus Pinaster Ait. und Pinus Sylvestris Wurzeln wurden für diesen Zweck verwendet. Infolge des Todes des das Kambium auf den oberen Teil der Wurzel fanden wir schwere Veränderungen in der Jahrring-Wachstumsmuster, die von konzentrischen auf exzentrische Wachstum (Abbildung 7) sowie diskontinuierliche Jahrringe verlagert oder sogar einige, war völlig in die äußeren Jahrringe zerstört. Die oben genannten legt nahe, dass der Ansatz, den wir implementiert war erfolgreich in Altersbestimmung mit ausreichender Genauigkeit die Wurzeln und das jeweilige Jahr, in dem der erste Exposition Ring gebildet wurde.

Figure 7
Abbildung 7: Beispiele für exzentrische Baumring-Muster in den Wurzeln durch Exposition. Diese Abbildung zeigt einen Blick auf eine polierte Abschnitt einer Wurzel ausgesetzt in Ermangelung Narben (A) und mit Narben (B). In beiden Fällen ist es möglich, das Muster der exzentrischen Jahrringe als eine klare Reaktion auf die Bodenerosion zu beobachten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Ein Laborversuch wurde wie in Protokoll Nr. 4 (Schritte von 4.2.1 bis 4.2.8) durchgeführt, um festzustellen, wie Wurzeln anatomisch auf Belastung reagiert. Zu diesem Zweck wurde die gleiche freiliegende Wurzeln Probe oben beschriebenen verwendet. Proben wurden unter optischen Mikroskopie untersucht und fotografiert mit einer digital-imaging-System. Mikroskopische Aufnahmen wurden bei 50 × Vergrößerung mit einer Genauigkeit von 1 μm bei den Messungen analysiert. Zum erste Mal der Exposition kann in den charakteristischen anatomischen Veränderungen gesehen werden. Baum-Ringe zeigen deutliches mehr Wachstum (vor allem in zwei oder drei nachfolgenden Ringe erkennbar), die infolge eines Anstiegs Tracheid Anzahl und ihre Größe ist. Eine Erhöhung der Anzahl der Schiffe war auch spürbar. Harz-Kanäle erscheinen normalerweise in tangentialen Reihen im Frühholz. Spätholz ist leicht beobachtbar, da es mehrere Reihen von dickwandige Tracheiden hat. Ein deutlichen Rückgang der Tracheid Lumen von Frühholz einmal Wurzel ausgesetzt ist tritt auch. In Bezug auf die anatomischen Bilanz der zehn verschütteten Wurzeln abgetastet, Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Probe Gruppe beginnt nach dem beschriebenen Verhalten reagieren über wenn die bodenbedingte Abdeckung fallen unter 3 cm (Abbildung 8).

Figure 8
Abbildung 8: Beispiel für anatomische Antwort von Wurzeln auf Exposition. Holz-Anatomie des Pinus Uncinata Ramond ex DC Wurzeln: (A) Anatomie des verschütteten Wurzeln (200 μm); (B) Anatomie des exponierten Holz (500 μm). Holz-Anatomie von Wurzeln der Fagus Sylvatica L.: (C) Anatomie einer verschütteten Wurzel (500 μm); (D) Anatomie des exponierten Holz (500 μm). Diese Zahl wurde von Bodoque Et Al. modifiziert 36 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Charakterisierung der Oberfläche Mikrotopographie Variabilität spielt eine entscheidende Rolle bei der Beschaffung von zuverlässigen Blatt Erosionsraten abgeleitet von Dendrogeomorphology (Abbildung 9). Zu diesem Zweck wir entwarfen ein experimentelles und Feldexperiment zur Erfassung hochgenaue Microtopographic Oberflächenprofilierungen mit Protokoll Nr. 5 auf 114 Proben von freiliegenden Wurzeln analysiert werden. Wir nutzten den Abstand zwischen dem Stamm und den Knickpoint, aus dem das Profil die Absenkung der Erdoberfläche durch Blatt Erosion als Kriterium definiert, die Dicke der Bodenschicht erodiert seit ersten Exposition (EX) zu schätzen. Bezug auf gesampelte freiliegenden Wurzeln parallel zu den Abfluss Weg zeigten alle Profile analysiert eine konkave Konfiguration auf beiden Seiten des die freiliegenden Wurzeln, die gekennzeichnet waren. Diese morphologische Struktur endet in einem bestimmten Abstand (TD), von dem Bodenoberfläche nur durch Blatt Erosion, bestimmen daher den Ort der EX zu messenden geprägt ist. Über die freiliegende Wurzeln, dass laufen senkrecht auf den Abfluss Weg, unsere Verfahren systematisch bestimmen die Höhe zwischen der Oberseite der Wurzel und einer virtuellen Ebene tangential an der Bodenoberfläche ermöglicht. Es erlaubt auch suchen kleine Auswirkungen der Sedimentation und Scour Erosion und daher, um sicherzustellen, dass Blatt Erosion genau geschätzt wird.

Figure 9
Abbildung 9: Beispiel für Ausgänge der Boden Oberfläche Mikrotopographie Charakterisierung von TLS und ein Microtopographic Profil erhalten messen. (A) Schummerung Modell mit Microtopographic Profilen und (B) Raster Pisten, abgeleitet aus dem Schummerung Modell erreicht; (C) Schummerung Modell gewonnenen TLS und (D) resultierenden Raster Pisten. Pisten sind in sexagesimalen Grad angegeben. In Parzellen B und D zeigen gestrichelte Linien TD an dem EX gemessen werden muss. Diese Zahl wurde von Bodoque Et Al. modifiziert 36 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Schätzungen der Blatt-Erosion-Raten wurden gemäß der Gleichung Protokoll 6 (Abbildung 10) gewonnen. Im Hinblick auf die 114 Proben analysiert schwankt das Jahr der ersten Wurzel Exposition von 1900 bis 2012, die mittelfristige (Multidecadal) Charakterisierung der Erosion-Raten ermöglicht. Darüber hinaus untersuchten wir zehn verschüttete Wurzeln, die noch durch einen dünnen Boden-Deckel geschützt waren. Ergebnisse zeigten, dass verschüttete Wurzeln begann anatomisch an die Auswirkungen der Exposition zu reagieren, wenn sie 2,3 waren 1,1 cm unter der Geländeoberfläche (Abbildung 11). Wir hielten diese spezifischen Boden-Ebene als Wert hinzugefügt werden, die Dicke des Bodens Layereroded (E-X).

Figure 10
Abbildung 10: Beispiel für Blatt Erosionsraten geschätzt von Dendrogeomorphology. Graph verbindet Erosionsraten und jahrelanger Exposition der freiliegenden Wurzeln. Erosionsraten innerhalb des Platzes sind die Quantifizierung Zwecken verwendet. Diese Zahl wurde von Bodoque Et Al. modifiziert 21 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 11
Abbildung 11: Beispiel für anatomische Antwort begraben Wurzel abschnittsweise. Graue Augenringe zeigen Wurzeln mit Exposition Beweise begraben. Die Größe der Kreise zeigt Fußkreisdurchmesser, während die Zahlen Wurzel Tiefe geben. Diese Zahl wurde von Ballesteros Cánovas Et Al. modifiziert 35 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Das Protokoll bereitgestellt demonstriert den Wert der detaillierte und korrekte Charakterisierung der Boden-Oberfläche-Struktur, da es ermöglicht, um vertrauenswürdige Blatt Erosionsraten von Dendrogeomorphology zu messen. Unsere methodische Ansatz konzentriert sich auf die Bedeutung der Charakterisierung der Struktur in der Umgebung von Exposition Wurzeln Erosion Preis Schätzung zu verbessern. Dieser Faktor wurde in früheren Studien, was zu einer Fehlinterpretation des Boden-Erosion-Raten abgeleitet Dendrogeomorphology34weitgehend ignoriert. Die Einbeziehung der Mikrotopographie ermöglicht Erosionsraten unabhängig von der Wurzel Orientierung, geschätzt werden, die die Nachvollziehbarkeit der Methoden35begünstigt. Der Erwerb von Mikrotopographie kann mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden. Daher verstehen wir die Unterschiede zwischen DEM aus Microtopographic Profile (Schritt 5.2.1) und TLS (Schritte 5.1.1, 5.1.2) hergestellt. Trotz dieser Unterschiede, manchmal wird sogar innerhalb des Ordens von bis zu 50 % der Varianz der Maßnahmen36, wir betonen, dass die Zuverlässigkeit unserer Protokoll basierend auf Microtopographic Profile (Schritt 5.2.1) vergleichbar ist, die mit TLS erreicht (~ mm).

Diese Studie zeigt auch, dass das Protokoll bereitgestellt hier in bergigen Gebieten als ein alternativer Ansatz zur TLS verwendet werden kann. Die Verwendung von TLS in diesem spezifischen geografischen Kontext ist nicht sinnvoll, aufgrund der Größe und Gewicht des Gerätes, die den Transport durch schwer zugängliche Stellen zu behindern. Die Anwendung von TD -Kriterien wie ein Hinweis auf die Entfernung an die Geländeoberfläche nicht infolge axialer und radialer Druck durch die Wurzel37,38verändert, oder wo es keine Sedimentation (Upslope von der Wurzel) oder Scour Erosion (hangabwärts der Wurzel)35 wird auch veranschaulicht (Schritte 5.1.5 und 5.2.2). Wir festgestellt, dass diese bestimmten Entfernung genutzt werden muss, in künftigen Arbeiten im Zusammenhang mit der Definition auf den Punkt, an dem EX gemessen werden soll.

Makroskopische und mikroskopische Beobachtungen (Stufen 4.1 und 4.2) sind unerlässlich, um das ökologische Signal im Jahrring-Datensätze zu entschlüsseln. Die einzige Verwendung der Jahrring-breite Messungen könnte nicht ausreichen, um Moment der Belichtung zu bestimmen, da anatomische Veränderungen empfindlicher39 sind und auch produziert werden könnte als root sind noch von einer dünnen Boden Schicht30begraben. Damit vorhandene Studien legen nahe, dass die Nadel-Baumarten in diesem Papier verwendet (z. B. Pinus Uncinata Ramond ex DC, Pinus Pinaster Ait und Pinus Sylvestris) reagieren auf die Exposition mit exzentrischen Wachstum und eine bedeutende Entwicklung der Spätholz Tracheiden, die deckungsgleich mit ehemaligen Erkenntnisse auf andere Koniferen Arten21,27,29,30ist. Reaktionen Start passiert, wenn die Boden-Berichterstattung über die Wurzel unter 2.3 1.1 Cmand daher sinkt stimmt mit der Beobachtung von marly Badlands in Frankreich, in dem die Analyse auf Pinus Sylvestris und Pinusnigra30ausgerichtet war.

Die erste Reaktion der Exposition wird übersetzt als Reaktion auf die Steigerung der Temperatur Variabilität sowie Trockenstress, die schneller im oberen Teil der Mergelgestein Ebene der losen Sediment in der Nähe der Boden Oberfläche29,30passieren wird, 40,41. Diese anatomische Veränderung kann auch als eine vorhersehbare Reaktion der Wurzel, vermindern die Chance der dysfunktionalen Tracheiden durch Kavitation, verursacht durch die Entwicklung der Eiskristalle in der SAP-42, oder sogar durch mobile Embolie zugeordnet angesehen werden Wasser-Stress-43. Unsere Beobachtungen bestätigen daher die Hypothese der Corona Et al. 30 und auch vorschlagen, dass die vorherige Bewertungen, die dieses Vorurteil nicht betrachtete Erosionsraten unterbewertet haben könnte. Im Falle von Fagus Sylvatica L. bestätigen wir Ähnlichkeiten in den Mustern und Reaktionen zwischen dieser Tierart und andere Laubbaumarten diskutiert in der Literatur26,28,29 .

Dendrogeomorphology hat Wettbewerbsvorteile gegenüber anderen Methoden der direkten Schätzung. Also, ermöglicht die Analyse basierend auf freiliegende Wurzeln, um ehrgeizig in Bezug auf die Charakterisierung von Bodenerosion auch bei der Becken-Skala, Bereitstellung von repräsentativen Erosionsraten der letzten Jahrzehnte zu sein. Im Gegensatz dazu ist die Verwendung von direkten Methoden als Gerlach Tröge2, Wasser Sammler3 oder Messung Stationen44, in der Regel beschränkt sich auf wenige Jahre und für den Einsatz an der Spritzbetonkonstruktion-Skala, aufgrund der hohen Kosten für Wartung und Betrieb dieser Geräte-21. Ähnlich denken könnte auch angewendet werden, um Modelle, die darauf abzielen, Boden-Erosion45, Schätzung, da sie befindet sich auf dem Gebiet erlauben ihre Validierung und Kalibrierung46Messgeräte erfordern. Bei der Analyse der Bodenerosion in Erholung Wanderwege ist unser Protokoll viel leichter als standard-Protokolle, d. h. Querschnittsfläche (CSA), Variable CSA, maximale Einschnitt auf der Spur oder topografische Erhebungen47angewandte, 48,,49, besonders wenn der Trail in bergigen Gebieten positioniert ist. In diesem besonderen geographischen Kontext, es ist eine Herausforderung, die Protokolle über aufgrund der schweren Ausrüstung erforderlich ist, verwenden die ist schwierig, in solchen Umgebungen zu bewegen. Diese Einschränkung kann beschränken die Anzahl der Transekte gesammelt und kann folglich raumzeitliche Schätzungen der Erde Erosion50beeinträchtigen. Darüber hinaus ist es eine Herausforderung, genau festzustellen, die horizontale Position und garantieren, dass die gleiche Höhe über die Fixpunkte gilt, da Boden kriechen neigt dazu, in solchen Umgebungen49eine Rolle spielen.

Die Grenzen der Erosionsraten abgeleitet von Dendrogeomorphology beziehen sich auf die Tatsache, die das Alter der freiliegenden Wurzeln in der Regel nur ein paar Jahrzehnte ist. Dieses Zeitfenster ist jedoch in der Regel größer als die festgelegten Erosionsraten von direkten Techniken erhalten. Kreuz-dating, das Grundprinzip der Dendrochronologie, auch hat sich als schwierig erwiesen in Wurzeln, umgesetzt werden, obwohl sie den gleichen Baum51,52betreffen. Außerdem ist die Konsistenz der Stamm-basierten Schätzung der Erosionsraten wahrscheinlichen Einschränkungen bekannt für dokumentarischen Quellen oder Ansätze anhand von Radioisotopen53ähnlich betroffen zu sein. Über die oben genannten Bodenerosion wird eine Folge einer nicht-linearen Antwort auf Niederschlag sein. Erosion, die Sätze, die aus Dendrogeomorphology gewonnen werden konnten, also im Durchschnitt, unzuverlässiger Bodenerosion in Bereichen zu charakterisieren, wo dieser Prozess vor allem wegen ein paar schwere Niederschlagsereignisse seit unter diesem Umstand Erosionsraten ist, könnte schief55 . Darüber hinaus führen die Probenahme von großen freiliegenden Wurzeln Erosionsraten unterschätzen da nachgewiesen wurde, dass Erosion Preise und root Dicke hat eine umgekehrt proportionale Beziehung19.

Die Ergebnisse aus dem Protokoll bereitgestellt hier finden Sie nützliche Informationen über Bodenqualität. In diesem Sinne kann Dendrogeomorphology Entscheidungsträger, langfristige Bewirtschaftungspläne, aufgrund der raumzeitlichen Repräsentativität der Erosionsraten von freiliegenden Wurzeln abgeleitet zu gestalten helfen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Forschungsprojekte, die diese Forschung finanziert wurden: MARCoNI (CGL2013-42728-R); Dendro-Avenidas (CGL2007-62063); MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) des spanischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie sowie das Projekt Idee-GESPPNN (OAPN 163/2010), das von der spanischen Umwelt Ministerium finanziert wurde.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Montgomery, D. R. Soil erosion and agricultural sustainability. Proceedings of the National Academic of Sciences of the United States of America. 104 (33), 13268-13272 (2007).
  2. Novara, A., Gristina, L., Saladino, S. S., Santoro, A., Cerdà, A. Soil erosion assessment on tillage and alternative soil managements in a Sicilian vineyard. Soil & Tillage Research. 117, 140-147 (2011).
  3. Desir, G., Marín, C. Factors controlling the erosion rates in a semi-arid zone (Bardenas Reales, NE Spain). Catena. 71 (1), 31-40 (2007).
  4. Shi, Z., Wen, A., Zhang, X., Yan, D. Comparison of the soil losses from 7Be measurements and the monitoring data by erosion pins and runoff plots in the Three Gorges Reservoir region, China. Applied Radiation and Isotopes. 69 (10), 1343-1348 (2011).
  5. Sirvent, J., Desir, G., Gutierrez, M., Sancho, C., Benito, G. Erosion rates in badland areas recorded by collectors, erosion pins and profilometer techniques (Ebro Basin, NE-Spain). Geomorphology. 18 (2), 61-75 (1997).
  6. Flanagan, D., Ascough, J., Nearing, M., Laflen, J. The Water Erosion Prediction Project (WEPP) model. Landscape Erosion and Evolution Modelling. Harmon, R. S., Doe, W. W. III , Kluwer Academic. New York. 145-199 (2001).
  7. Alestalo, J. Dendrochronological interpretation of geomorphic processes. Fennia -International Journal of Geography. 105, 1-139 (1971).
  8. Cook, E. R., Kalriukstis, L. A. Methods of Dendrochronology. Methods of Dendrochronology. , 97-104 (1990).
  9. Pelfini, M. Dendrogeomorphological study of glacier fluctuations in the Italian Alps during the Little Ice Age. Annals of Glaciology. 28 (1639), 123-128 (1999).
  10. Malik, I., Matyja, M. Bank erosion history of a mountain stream determined by means of anatomical changes in exposed tree roots over the last 100 years (Bílá Opava River - Czech Republic). Geomorphology. 98 (1-2), 126-142 (2008).
  11. Stoffel, M., Bollschweiler, M., Butler, D., Luckman, B. Tree Rings and Natural Hazards: A State-of-the-art. , Springer. Berlin. (2010).
  12. Ballesteros, J. A., Bodoque, J. M., Díez-Herrero, A., Sanchez-Silva, M., Stoffel, M. Calibration of floodplain roughness and estimation of flood discharge based on tree-ring evidence and hydraulic modelling. Journal of Hydrology. 403 (1-2), 103-115 (2011).
  13. Procter, E., Stoffel, M., Schneuwly-Bollschweiler, M., Neumann, M. Exploring debris-flow history and process dynamics using an integrative approach on a dolomitic cone in western Austria. Earth Surface Processes and Landforms. 37 (9), 913-922 (2012).
  14. Corona, C., Saez, J. L., Stoffel, M., Rovéra, G., Edouard, J. L., Berger, F. Seven centuries of avalanche activity at Echalp (Queyras massif, southern French Alps) as inferred from tree rings. Holocene. 23 (2), 292-304 (2013).
  15. Ballesteros-Cánovas, J. A., et al. Can tree tilting be used for paleoflood discharge estimations? Journal of Hydrology. 529 (P2), 480-489 (2015).
  16. Šilhán, K. Dendrogeomorphic chronologies of landslides: Dating of true slide movements. Earth Surface Processes and Landforms. 42 (13), 2109-2118 (2017).
  17. Ballesteros Cánovas, J. A., et al. Gully evolution and geomorphic adjustments of badlands to reforestation. Scientific Reports. , (2017).
  18. Ballesteros-Cánovas, J. A., et al. Dendrogeomorphology in badlands: Methods, case studies and prospects. Catena. 106, 113-122 (2013).
  19. Stoffel, M., Corona, C., Ballesteros-Cánovas, J. A., Bodoque, J. M. Dating and quantification of erosion processes based on exposed roots. Earth-Science Reviews. 123, 18-34 (2013).
  20. Grissino-Mayer, H. D. An updated list of species used in tree-ring research. Tree-Ring Bulletin. 53, 17-43 (1993).
  21. Bodoque, J. M., Lucía, A., Ballesteros, J. A., Martín-Duque, J. F., Rubiales, J. M., Genova, M. Measuring medium-term sheet erosion in gullies from trees: A case study using dendrogeomorphological analysis of exposed pine roots in central Iberia. Geomorphology. 134 (3-4), 417-425 (2011).
  22. LaMarche, V. Rate of slope erosion in the White Mountains, California. Geological Scociety of America Bulletin. 72 (10), 1579-1580 (1961).
  23. LaMarche, V. C. Rates of Slope Degradation as Determined from Botanical Evidence White Mountains California Rates of Slope Degradation as Determined from Botanical Evidence White Mountains California. U.S. Geological Survey Professional Paper. 352 (1), 354-376 (1968).
  24. Bodoque, J. M., Dies-Herrero, A., Martin-Duque, J. F., Rubiales, J. M., Godfrey, A., Pedraza, J., Carrasco, R. M., Sanz, M. A. Sheet erosion rates determined by using dendrogeomorphological analysis of exposed tree roots: Two examples from Central Spain. Catena. 64 (1), 81-102 (2005).
  25. Carrara, P. E., Carroll, T. R. The determination of erosion rates from exposed tree roots in the piceance basin, colorado. Earth Surface Processes and Landforms. 4 (4), 307-317 (1979).
  26. Fayle, D. Radial Growth in Tree Roots - Distribution, Timing, Anatomy. , Toronto. (1968).
  27. Gärtner, H., Schweingruber, F., Dikau, R. Determination of erosion rates by analyzing structural changes in the growth pattern of ex- posed roots. Dendrochronologia. 19, 81-91 (2001).
  28. Hitz, O. M., Gärtner, H., Heinrich, I., Monbaron, M. Application of ash (Fraxinus excelsior L.) roots to determine erosion rates in mountain torrents. Catena. 72 (2), 248-258 (2008).
  29. Rubiales, J. M., Bodoque, J. M., Ballesteros, J. A., Diez-Herrero, A. Response of Pinus sylvestris roots to sheet-erosion exposure: An anatomical approach. Natural Hazards and Earth System Science. 8 (2), 223-231 (2008).
  30. Corona, C., Lopez Saez, J., Rovéra, G., Stoffel, M., Astrade, L., Berger, F. High resolution, quantitative reconstruction of erosion rates based on anatomical changes in exposed roots at Draix, Alpes de Haute-Provence - critical review of existing approaches and independent quality control of results. Geomorphology. 125 (3), 433-444 (2011).
  31. McAuliffe, J. R., Scuderi, L. A., McFadden, L. D. Tree-ring record of hillslope erosion and valley floor dynamics: Landscape responses to climate variation during the last 400 yr in the Colorado Plateau, northeastern Arizona. Global and Planetary Change. 50 (3-4), 184-201 (2006).
  32. Danzer, S. Rates of slope erosion determined from exposedroots of ponderosa pine at Rose Canyon Lake, Arizona. Tree Rings, Environment, and Humanity. Dean, J., Meko, D. M., Sewtnam, T. W. , Department of Geosciences, The University of Arizona, Tucson. 671-678 (1996).
  33. Gärtner, H. Tree roots - Methodological review and new development in dating and quantifying erosive processes. Geomorphology. 86 (3-4), 243-251 (2007).
  34. Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Lucía, A., Díez-Herrero, A., Martín-Duque, J. F. Source of error and uncertainty in sheet erosion rates estimated from dendrogeomorphology. Earth Surface Processes and Landforms. 40 (9), 1146-1157 (2015).
  35. Ballesteros-Cánovas, J. A., Corona, C., Stoffel, M., Lucia-Vela, A., Bodoque, J. M. Combining terrestrial laser scanning and root exposure to estimate erosion rates. Plant and Soil. 394 (1-2), 127-137 (2015).
  36. Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Rubiales, J. M., Perucha, M. Á, Nadal-Romero, E., Stoffel, M. Quantifying Soil Erosion from Hiking Trail in a Protected Natural Area in the Spanish Pyrenees. Land Degradation & Development. 28, 2255-2267 (2017).
  37. Misra, R., Dexter, A., Alston, A. Maximum axial and radial growth pressures of plant-roots. Plant and Soil. 95 (3), 315-326 (1996).
  38. Clark, L. J., Bengough, A. G., Whalley, W. R., Dexter, A. R., Barraclough, P. B. Maximum axial root growth pressure in pea seedlings: Effects of measurement techniques and cultivars. Plant and Soil. 209 (1), 101-109 (1999).
  39. Gärtner, H., Cherubini, P., Fonti, P., von Arx, G., Schneider, L., Nievergelt, D., Verstege, A., Bast, A., Schweingruber, F. H., Büntgen, U. A. A Technical Perspective in Modern Tree-ring Research - How to Overcome Dendroecological and Wood Anatomical Challenges. Journal of Visualized Experiments. (97), 1-10 (2015).
  40. Antonova, G., Stasova, V. Effects of environmental factors on wood formation in Scots pine stems. Trees. 7 (4), 214-219 (1993).
  41. Saez, J. L., Corona, C., Stoffe, M., Rovéra, G., Astrade, L., Berger, F. Mapping of erosion rates in marly badlands based on a coupling of anatomical changes in exposed roots with slope maps derived from LiDAR data. Earth Surface Processes and Landforms. 36 (9), 1162-1171 (2011).
  42. Zimmermann, M. Xylem Structure and the Ascent of Sap. , Springer Verlag. New York. (1983).
  43. Tyree, M., Sperry, J. Characterization and propagation of acoustic emission signals in woody plants: towards an improved acoustic emission counter. Plant, Cell and Environment. 12, 371-382 (1989).
  44. Zheng, M., Chen, X. Statistical determination of rainfall-runoff erosivity indices for single storms in the Chinese Loess Plateau. PLoS One. 10 (3), 1-18 (2015).
  45. Morgan, R. P., Quiton, J. N., Smith, R. E., Govers, G., Poesen, J. W., Auerswald, K., Chisci, G., Torri, D., Stycaen, M. E. The European Soil Erosion Model (Eurosem): a Dynamic Approach for Predicting Sediment Transport From. Earth Surface Processes and Landforms. 23, 527-544 (1998).
  46. Ciampalini, R., Follain, S., Le Bissonnais, Y. LandSoil: A model for analysing the impact of erosion on agricultural landscape evolution. Geomorphology. 175, 25-37 (2012).
  47. Hammitt, W., Cole, D. Wildland recreation: ecology and management. , Wiley. New York. (1998).
  48. Marion, J. L., Leung, Y. F., Nepal, S. K. Monitoring trail conditions: new methodological considerations. George Wright Society Forum. 23 (2), 36-49 (2006).
  49. Tomczyk, A. M., Ewertowski, M. W. Recreational trails in Poprad Landscape Park , Poland the spatial pattern of trail impacts and use-related, environmental and managerial factors. Journal of Maps. 12, 1227-1235 (2015).
  50. Jewell, M. C., Hammitt, W. E. Assessing soil erosion on trails: A comparison of techniques. Proceedings: Wilderness Science in a time of change Conference Volume 5: Wilderness Ecosystems, Threats, and Management (Proceedings RMRS-P-15-VOL-5). Cole, D. N., McCool, S. F., Borrie, W. T., O'Loughlin, J. , USDA FS, Rocky Mountain Research Station. Ogden. 133-140 (2000).
  51. Krause, C., Eckstein, D. Dendrochronology of roots. Dendrochronologia. 11, 9-23 (1993).
  52. Krause, C., Morin, H. Root growth and absent rings in mature black spruce and balsam fir, Quebec, Canada. Dendrochronologia. 16, 21-35 (1999).
  53. Poesen, J. Gully erosion and environmental change: importance and research needs. Catena. 50 (2-4), 91-133 (2003).
  54. Favis-Mortlock, D., Boardman, J. Nonlinear responses of soil erosion to climate change: a modelling study on the UK South Downs. Catena. 25 (1-4), 365-387 (1995).
  55. Boardman, J., Favis-mortlock, D. Frequency-magnitude distributions for soil erosion, runoff and rainfall - a comparative analysis. Zeitschrift für Geomorphologie. 115, 51-70 (1999).
  56. Haubrock, S. N., Kuhnert, M., Chabrillat, S., Güntner, A., Kaufmann, H. Spatiotemporal variations of soil surface roughness from in situ laser scanning. Catena. 79 (2), 128-139 (2009).

Tags

Umweltwissenschaften Ausgabe 143 Bodenerosion Dendrogeomorphology ausgesetzt Wurzeln Jahrring Boden Mikrotopographie Holz Anatomie
Labor und Feld-Protokoll für die Schätzung der Blatt-Erosion-Raten von Dendrogeomorphology
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bodoque, J. M.,… More

Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Rubiales, J. M., Stoffel, M. Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology. J. Vis. Exp. (143), e57987, doi:10.3791/57987 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter