Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Das übergeordnete Ziel dieser Studie besteht erstens darin, eine effiziente Methode zur Quantifizierung und Beschreibung räumlicher Muster von Bodenerosion und -ablagerung auf Feldskalen bereitzustellen und zweitens ein konzeptionelles Modell zu testen, das diese Muster mit oberflächennahen Bodenkarbonaten in Beziehung setzt. Diese Methoden ermöglichen ein besseres Verständnis der Wechselbeziehungen zwischen Oberflächenkarbonaten im Boden und den Prozessen der Erosion und Ablagerung an der Landoberfläche. Die Hauptvorteile dieser Techniken sind die genaue Erfassung von Veränderungen der Bodenoberflächenhöhe im Laufe der Zeit und die schnelle Analyse von Bodenkarbonaten über viele Bodenproben.

Die Idee zu dieser Recherche hatten wir erst, nachdem wir die digitalen Höhenkarten aktualisiert hatten. Eine Karte der Höhenunterschiede zeigte klare Muster von Erosion und Ablagerung, und wir wollten untersuchen, wie dies mit den Karbonatkonzentrationen zusammenhängt. Verwenden Sie für dieses Protokoll eine Feldsoftware, um die RTK-GPS-Positionsdaten alle fünf Minuten im gesamten Erhebungsgebiet aufzuzeichnen.

Beginnen Sie mit einer Standortkalibrierung anhand lokaler Benchmarks, um ein Höchstmaß an Genauigkeit zu gewährleisten. Eine lokale Standortkalibrierung für das zu vermessende Gebiet sorgt für die notwendige horizontale und vertikale Steuerung der GPS-Methode. Dies gewährleistet eine Genauigkeit im Zentimeterbereich, die zum Erkennen kleiner Höhenunterschiede erforderlich ist.

Für eine effiziente Datenerfassung montieren Sie eine Rover-GPS-Antenne in einer festen Höhe über dem Boden an einem Fahrzeug. Importieren Sie dann die Transekte in Punkten in den GPS-Datensammler und navigieren Sie während der Fahrt zwischen ihnen und sammeln Sie Daten mit konstanter Geschwindigkeit, um Fünf-Meter-Intervalle abzubilden. Verfügen Sie außerdem über eine fahrzeugmontierte hydraulische Bodenkernbohrmaschine und verwenden Sie ein Probenahmerohr mit dem gewünschten Bodenkerndurchmesser.

Zum Extrahieren von Bohrkernen an Positionen, die mit RTK-GPS-Positionsdaten identifiziert wurden. Die Bodenprobenahme erfolgt durch Ziehen eines Bodenkerns mit der Bodenbohrmaschine. Schieben Sie den Bodenkern aus dem Probenahmerohr und schneiden Sie in die gewünschte Tiefe.

Füllen Sie die Bodenproben in voretikettierte, verschließbare Plastikbeutel um. Lagern Sie die Proben dann in Kühlboxen, um sie ins Labor zu transportieren. Wenn Sie diese Analyse wiederholen, nachdem signifikante Bodenerosions- und Ablagerungsereignisse aufgetreten sind, kehren Sie mit dem GPS zu denselben Probenstandorten zurück und entnehmen Sie neue Bodenkerne.

Bereiten Sie im Labor die Bodenproben für die Analyse vor. Trocknen Sie sie zunächst über Nacht in einem 60 Grad heißen Ofen. Am nächsten Tag mahlen Sie die trockenen Bodenproben durch ein zwei Millimeter großes Sieb, entweder mit einer motorisierten Mühle oder manuell mit einem Mörser und Stößel.

Der nächste Schritt erfordert die Einrichtung eines modifizierten Druckkalzimeters. Schließen Sie zunächst einen Druckmessumformer an ein Netzteil mit 14-Gauge-Kabel an. Fügen Sie ein angeschlossenes digitales Voltmeter hinzu, um die Ausgabe des Wandlers zu überwachen.

Enthalten Sie einen 0,6-Mikron-Partikelfilter, um ein gleichmäßiges Flussmittel zu sammeln und so den Druckmessumformer zu schützen. Befestigen Sie als Nächstes einen Schlauch an der Basis des Partikelfilters und verbinden Sie den Schlauch mit einer 18-Gauge-Luer-Lock-Injektionsnadel. Bestimmen Sie als nächstes, ob sich die Reaktionsgefäße in einer 20- oder 100-Milliliter-Serumflasche befinden sollten.

Befeuchte einen Esslöffel aus Metall mit Wasser und schaufele etwa einen Teelöffel Erde auf, die eine hohe Karbonatkonzentration aufweisen könnte. Pipettieren Sie einen Milliliter 0,5 wasserfreie Schwefelsäure auf den Boden und beobachten Sie das Aufschäumen. Wenn die Sprudelwirkung hoch ist, gehen Sie davon aus, dass der Kalziumkarbonatgehalt mehr als 15 % beträgt, und verwenden Sie ein 100-Milliliter-Gefäß.

Andernfalls verwenden Sie eine 20-Milliliter-Serumflasche. Zur Bestimmung der Karbonatkonzentration wird ein Gramm der vorbereiteten Bodenprobe in ein beschriftetes Reaktionsgefäß gewiegt. Pipettieren Sie anschließend zwei Milliliter Säurereagenz in ein Fläschchen.

Setzen Sie das Fläschchen vorsichtig in das Reaktionsgefäß ein, damit es nicht verschüttet wird, verschließen Sie das Gefäß vorsichtig mit einem grauen Butylkautschukstopfen und befestigen Sie es mit einem Aluminium-Dichtungsring. Schütteln Sie nun das Gefäß, um die Säure auf die Bodenprobe zu verschütten, und lassen Sie die Reaktion mindestens zwei Stunden lang ablaufen. Erstellen Sie während des Wartens einen Standard-Gar mit Standards in einem parallelen Setup mit denselben Parametern.

Setzen Sie Standards, indem Sie 100% Calciumcarbonat mit Glasperlen oder Sand mischen, basierend auf dem Gewicht, nicht auf dem Volumen. Bei der Bestimmung eines Standard-Gar ist es wichtig, die Spannung des Null-Calciumcarbonats genau zu kennen, da dies die Nachweisgrenze der Methode definiert. Normalerweise messe ich den Rohling dreimal zusammen mit einer bekannten Standardkonzentration, um einen Gar abzuleiten.

Nachdem die Reaktion der Bodenprobe abgeschlossen ist, durchstechen Sie das Gummiseptum des Reaktionsgefäßes und zeichnen Sie die vom Druckwandler ausgegebene Spannung auf. Lösen Sie später den Kalziumkarbonatanteil in der Probe mit der Standardkurve auf. Die Kartierung der DEM-Unterschiede von 2001 und 2009 ergab Erosion und Ablagerung über diesen Zeitraum von acht Jahren.

Mit Dezimeter-Höhenunterschieden in den meisten Gebieten. Finden Sie Skalenerosions- und Ablagerungsmuster, die den Fließwegen von Wasser ähneln, die in Gebieten mit topografischer Konvergenz aufgetreten sind. In den Jahren 2001 und 2012 wurden Kalziumkarbonatproben entnommen, um sie mit der Erosion und Ablagerung im Untersuchungsgebiet zu vergleichen und das konzeptionelle Modell zu testen.

Beim Vergleich von Bodenproben des Ost- und Westblocks der Bewirtschaftungsstreifen wurde eine umgekehrte Beziehung zwischen der Veränderung des Calciumkarbonats an der Oberfläche des Bodens und der Änderung der Höhe der Landoberfläche festgestellt. Eine Variantenanalyse zeigt, dass die Höhenänderung von allen Seitenvariablen maßgeblich beeinflusst wird. Während Veränderungen des Kalziumkarbonats am stärksten von der Erosionsklasse oder EDU oder der kartierten Bodeneinheit beeinflusst wurden.

Fünf Bodeneinheiten wurden zuvor durch eine Bodenuntersuchung des Standorts bestimmt. Interpolationen der Punktprobenergebnisse zeigen, dass die relativ kleinen konzentrierten Flächen mit hohem und niedrigem Kalziumkarbonatgehalt im Jahr 2001 im Jahr 2012 nicht erkennbar waren. Das räumliche Muster war weniger komplex geworden.

Die Empfindlichkeit der Erkennung von Höhenänderungen, die durch wiederholte RTK-GPS-Bodenvermessungen bereitgestellt wird, scheint optimal für die Quantifizierung und Beschreibung der Erosions- und Ablagerungsprozesse auf der Feldskala zu sein. Die modifizierte Druckproximity-Methode ist eine großartige Technik zur Messung von Karbonaten und wir können viele Proben in kurzer Zeit verarbeiten. Die Höhe der Bodenoberfläche konnte leichter nachgewiesen werden als Veränderungen der Bodenkarbonate, was wahrscheinlich auf die Zunahme der Probenahme im Bohrkern zurückzuführen ist, die im Jahr 2001 30 Zentimeter betrug.

Zukünftige Probenahmeschritte von 15 Zentimetern sollten unseren Nachweis von Bodenkarbonaten verbessern. Das hier beschriebene konzeptionelle Modell und die hier beschriebenen Methoden können auf andere Seiten übertragen werden, auf denen kalkhaltige Schichten in der Nähe der Bodenoberfläche vorhanden sind.