Name: Medición y mapeo de patrones de erosión y deposición relacionadas las concentraciones de carbonato de suelo bajo manejo agrícola (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: Aprende a medir patrones de erosión y deposición del suelo vinculados a carbonatos superficiales mediante GPS RTK y calcímetro de presión. Este método ofrece resultados precisos para comprender procesos de superficie terrestre.

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El sitio de estudio de campo está en una granja administrada por David Drake y le damos las gracias por su cooperación durante esta investigación a largo plazo. También agradecemos a Mike Murphy por sus muchos años de trabajo de campo en este proyecto y Robin Montenieri por su ayuda con los gráficos utilizados en este trabajo.

1. recopilación de datos de elevación de superficie de tierra <ol><li>calibración de GPS para el sitio <ol><li>Ubique o conjunto estable de referencia en un lugar seguro en el sitio de estudio para el uso como la estación base GPS para recopilación de datos RTKGPS.</li>
		<li>Configurar estación base RTKGPS recolección de datos en este punto de referencia local con mejor aproximación de coordenadas para la ubicación de la estación base (es decir, posición GPS WAAS corregido).</li>
		<li>Con el rover GPS, visitar al menos tres referencias de punto de control horizontal y vertical dentro de los límites de la comunicación de radio de la RTKGPS (radio de 10 km aproximadamente) y posiciones de registro. 
		Nota: Puntos de referencia descritos por el estudio geodésico nacional puede ser buscado en línea 33 y se utilizaron aquí.</li>
		<li>Dadas las coordenadas de los puntos de control medidas y publicadas, utilizar software de RTKGPS de campo para realizar un sitio calibración 34, solución de coordenadas de referencia local ser utilizado como estación base. Compruebe que residuos coordenadas (horizontales y verticales) para los puntos de control están dentro de límites tolerables (± 0.02 m para esta calibración).</li>
	</ol></li> <li>GPS punto de recolección de datos <ol><li>con la estación base GPS en local de referencia y calibración de sitio local y software de campo, registrar RTKGPS Coloque datos en colector de datos GPS en aproximadamente un espaciamiento horizontal de 5 m a lo largo de la encuesta área.
		<ol><li>Recogemos datos eficientemente por montaje rover GPS antena a una altura fija sobre el suelo de la superficie de un vehículo y conducción transectos a través de la zona ( figura 6).</li>
		</ol></li> <li>Método de vehículo, definir transecto extremos para crear URL transectos separado 5 m de distancia. Importación de transectos extremos en colector de datos GPS para la navegación de los transectos durante la conducción. Acumula puntos con el recopilador de datos automáticamente una vez por segundo mientras que conducir transectos en aproximadamente 5 m s -1 para obtener datos de puntos sobre cada 5 m.</li>
		<li>Repetir punto de recolección de datos en el sitio como descrito en un tiempo más último (8 a 9 años más adelante en este estudio) para que los cambios de elevación de la superficie de la tierra pueden ser analizadas, la calibración de sitio original GPS se utiliza para todas las encuestas y no se repite.</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig6.jpg" /> figura 6. Colección de datos superficiales de elevación RTKGPS. Datos de superficie de elevación RTKGPS se recopilan mientras se conduce un vehículo utilitario por el campo (a), mientras que las correcciones en tiempo real de GPS son proporcionadas por la estación base en el sitio (b).
 2. DEM creación y procesamiento de <ol><li>crear DEMs <ol><li>importación Coloque datos en software GIS e interpolar a una red de 5 m DEM. uso de sistemas informáticos, elevaciones de punto medido a elevación interpolada de validación cruzada valores y elegir un método de interpolación que minimiza los errores de validación cruzada. 
		Nota: Kriging ordinario con un modelo de semivariograma gaussiano fue el método de interpolación óptima para los datos de elevación en este sitio. Validación cruzada también proporciona una medida de precisión de elevación para el método de encuesta 35.</li>
		<li>Repetir 2.1.1 para el segundo conjunto de datos de posición para crear el segundo DEM.</li>
	</ol></li> <li>Cambio de mapeo DEM <ol><li>utilizando una herramienta de calculadora de ráster en SIG, reste el DEM más reciente de la DEM original para crear un mapa raster de cambio DEM ( figura 5), donde los valores negativos de la elevación del cambian representa la erosión y los valores positivos representan deposición.</li>
	</ol></li> <li>Clasificación tierras <ol><li>cálculo de la tierra superficie atributos topográficos (pendiente, aspecto, área) de la primera red DEM utilizando software de procesamiento de DEM.</li>
		<li>Clasificar áreas de la tierra como Cumbre, talud o toeslope basado en pendiente y contribuyentes de cada cuadrícula DEM. 
		Nota: Cumbres están representadas por laderas bajas y baja aportando áreas. Taludes están representadas por elevadas pendientes e intermedio aportando áreas. Toeslopes están representados por las pistas de bajo y alto áreas que contribuyen. Pendiente y aportando valores del área que definen estas clasificaciones dependerá de la topografía superficial de la tierra en el sitio y cualitativamente son elegidos para dar la representación deseada de cada área de clasificación de un sitio en particular.</li>
		<li>Zonas de talud se dividen por los dos aspectos dominantes, orientada al norte y orientada al sur en este sitio.</li>
	</ol></li></ol> 3. Muestreo de suelos <ol><li><ol><li>referencia de planificación muestra mapas en SIG para planificar ubicaciones de muestra de suelo. Elegir un número de lugares para representar adecuadamente todas las posiciones de paisaje.</li>
		<li>Ubicación de muestra de carga coordina con el colector de datos GPS para que sitios de la muestra pueden colocarse en el campo.</li>
		<li>Conocimiento previo de uso de suelos en el sitio para guiar las decisiones de incrementos de profundidad de muestra para captar la variabilidad de CaCO 3. Etiqueta las bolsas de plástico sellables para indicar el incremento de posición y profundidad de la muestra.</li>
	</ol></li> <li>Muestreo de campo <ol><li>viaje a los sitios de muestreo con un vehículo utilitario, equipado con un suelo hidráulico la máquina y la antena de rover RTKGPS para la navegación de la base.</li>
		<li>Uso de suelo la máquina de perforación y muestreo tubo de diámetro de base de suelo deseada (5,1 cm en este estudio), extracto de la base del suelo de cada ubicación de la muestra ( figura 7). 
		Nota: El número de núcleos extraídos en cada lugar, así como la profundidad de la base de suelo e incrementos variadas en este estudio. En 2001, un solo núcleo a una profundidad de 90 cm fue tomado y dividido en incrementos de 30 cm. En 2012, dos núcleos de suelo fueron tomadas (dentro de 1 m de la muestra correspondiente de 2001) a una profundidad de 30 cm y divididas en incrementos de 15 cm, con los dos núcleos se agregan para análisis. Se recomienda el método 2012.</li>
		<li>RTKGPS registro de posición de datos (x, y, z) en cada muestra.</li>
		<li>Cortar la base del suelo en incrementos de profundidad deseada y transferir etiquetadas bolsas de plástico con cierre hermético y coloque en refrigerantes para transporte hacia el laboratorio.</li>
		<li>Repetir el muestreo de campo tras la significativa erosión o deposición ha ocurrido (11 años entre muestras en este estudio).</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig7.jpg" /> figura 7. Muestreo del suelo. Localizaciones de muestra de suelo se navegaron usando un vehículo de utilidad de guiado por GPS equipado con un suelo hidráulico de perforación máquina (a) para que núcleos de suelo pueden ser extraído (b) y dividieron en incrementos de profundidad deseada.
<ol start="3"> <li>procesamiento de datos de posición <ol><li>medir diferencias en las elevaciones registran en cada lugar de la muestra de suelo entre las dos fechas de la muestra (198 lugares muestreados en 2001 y 2012 en este estudio). 
		Nota: Elevaciones para 2001 fueron tomados de la DEM 2001 puesto que no se registraron elevaciones de punto en el tiempo de muestreo de suelo. Cambios positivos en la elevación &#62; 0.05 m se consideran dsitios de epositional, mientras que cambios negativos en elevación &#60; m-0,050 se consideran sitios erosional.</li>
		<li>Clasificar cada lugar muestra como Cumbre, talud orientada al norte, talud orientada al sur o toeslope basado en el proceso de DEM (ver protocolo 2.3.2); clasificación en una sola ubicación, puede ser definida por la pendiente y aportando criterios de área, reclasificadas para ajustarse a la clasificación dominante de los circundantes puntos.</li>
		<li>Unión espacial de uso herramientas de software SIG para asignar lugares muestra a otras capas de datos espaciales utilizados para los análisis (tira de gestión y unidad de mapeo de suelo).</li>
	</ol></li></ol> 4. Análisis de los suelos <ol><li>preparación de la muestra de suelo <ol><li>secar las muestras de suelo en el campo a 60 ° C en un horno de laboratorio durante la noche.</li>
		<li>Moler suelos secados al horno para pasar a través de un tamiz de 2 mm con un molino motorizado o un mortero y una maja.</li>
	</ol></li> <li>Configuración de aparato de presión-Calcimeter modificado <ol><li>configurar el aparato de presión-calcimeter modificado ( figura 8) conectando un transductor de presión (0 - 105 kPa rango, 0.03 - 5 V CC salida) a una fuente de alimentación con 14 calibrador de alambre y un voltímetro digital en línea para monitorear la salida del transductor.
		<ol><li>Fije el tubo de ID de 9,5 mm en la base del transductor de presión y conectar la tubería a una aguja hipodérmica de 18 calibre Luer lock con un filtro de partículas (0,6 μm) en el centro para recoger cualquier reflujo de alcanzar el transductor de presión.</li>
		</ol></li> <li>Uso botellas de suero como reactores conectado a transductor de presión ( figura 9). determinar el tamaño de la botella de suero a utilizar mojando una cucharada de metal con agua y añadir aproximadamente 5 mL de suelo que esperas tener alto CaCO 3 concentración. Pipetee 1 mL de 0,5 N H 2 para 4 a este suelo y observar efervescencia.</li>
		<li>Si la efervescencia es alta, entonces asumir mayor que 15% CaCO 3 y use una botella de suero de 100 mL como el recipiente de la reacción, utilizar una botella de suero 20 mL.</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig8.jpg" /> figura 8. Modificado el aparato de presión-calcimeter. El aparato de presión-calcimeter modificado utiliza una botella de suero como el recipiente de la reacción y un transductor de presión conectado a un medidor de voltaje a la salida de la señal (de Sherrod et al.) 30. <img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig9.jpg" /> figura 9. Reactores para el método de presión modificada-calcimeter. Reactores para el método de presión-calcimeter modificados son botellas de suero conteniendo una copita 0,5 frasco ampolla con 2 mL de reactivo ácido y una muestra de suelo de 1 g.
<ol start="3"> <li>medida de carbonato <ol><li>Coloque una submuestra de 1 g de la preparación del suelo (ver protocolo 4.1) en un vaso de reacción con. Para suelos que contienen más de 50% CaCO 3, use sólo 0.5 g de suelo.</li>
		<li>Pipeta 2 mL de ácido reactivo (6 N HCl que contiene 3% FECLAS 2 O 4 H 2 O) en un frasco de vidrio de 0.5 g. Coloque un frasco recipiente de reacción suavemente para que el contenido de solución no derrame fuera inclinando el recipiente de la reacción casi a la posición de lado.</li>
		<li>Manteniendo el recipiente de reacción que contiene la muestra de suelo y ácido vial inclinado, sellar con tapones de goma butilo gris y empálmelo con anillo de cierre de aluminio.</li>
		Buque de <li>reacción agitar con un movimiento de remolino para asegurar la completa mezcla del suelo con ácido. Coloque el recipiente de la reacción en la mesa de laboratorio y dejar la reacción durante al menos 2 h.</li>
		<li>Espera de reactores completar, determinar una curva estándar mediante la medición de voltajes de concentraciones conocidas de CaCO 3 usando la misma configuración del recipiente de reacción como las muestras de suelo ( figura 10). 100% de la mezcla CaCO 3 con perlas de vidrio o arena sobre una base de porcentaje de peso para crear conocido CaCO 3 concentraciones. incluir una muestra en blanco sin CaCO 3.</li>
		<li>Después de las reacciones de muestra de suelos, perfore la membrana de goma del vaso de reacción con un 18 calibre aguja hipodérmica y registro de salida de voltaje por el transductor de presión.</li>
		<li>Resolver para CaCO 3 porcentaje dada la tensión medida y la ecuación de la curva estándar ( figura 10a). 
		Nota: Aumento de la presión producida por la liberación de CO 2 está relacionada linealmente con la concentración de CaCO 3 presentes en el suelo tal que: % CaCO 3 = (coeficiente de regresión * cambio en la presión en voltios) + intercept.</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig10.jpg" /> figura 10. CaCO 3 medición. (a) una curva estándar de CaCO 3 es creada mediante las lecturas de voltaje del transductor de presión basado en porcentajes conocidos de CaCO 3 (b) mezclado con granos de cristal de polvo o arena.
 5. Análisis estadístico <ol><li>Define dos variables dependientes como el cambio en la tierra la superficie elevaciones y suelo capa superficial CaCO 3 las concentraciones de las fechas de la muestra de primera a segunda (de 2001 a 2012 en este estudio). Definir las variables independientes o explicativas como gestión (impar o tira incluso numerada), tiras individuales, oeste o el este bloque de tiras, unidad de mapeo de suelo, clasificación de paisaje y clasificación erosión/deposición.</li>
	Análisis de <li>realizar correlación y análisis de varianza para cuantificar estadísticamente las relaciones entre variables. Realizar análisis en cualquier paquete estadístico recomendado:.</li>
</ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Asignada cambios en elevación (figura 5) ilustran la significativa erosión y deposición en un campo agrícolo y patrones espaciales de múltiples factores de controladores en múltiples escalas. De patrones de la escala del campo asociados con el viento, hasta patrones dendríticos de escala fina producida por flujo de agua, procesos relevantes para este estudio son discernibles. El nivel de detección de cambio de elevación proporcionada por repetidas RTKGPS tierra encuestas aparece óptima. Nive...

La erosión del suelo amenaza la sostenibilidad de las tierras agrícolas. Gestión, tales como una rotación de cultivos de barbecho de trigo de invierno labranza convencional de los cultivos, puede acelerar los procesos de erosión y deposición como suelos desnudos durante periodos de descanso son más susceptibles al viento y el agua las fuerzas1,2, 3 , 4 , 5 (figura 1). Si bien estos procesos pueden ser evidentes, pueden ser difíciles de cuantificar.
El propósito de este estudio es primero proporcionar un método eficiente para cuantificar y describir los patrones espaciales de la erosión y deposición en el campo de escala utilizando la tecnología de sistema (GPS) de posicionamiento global y sistemas de información geográfica (SIG), herramientas de mapeo. Un modelo conceptual simple sobre estos patrones de carbonatos del suelo (CaCO3) cerca de la superficie también es presentado y probado por métodos de laboratorio y campo prescrito. Estas relaciones proporcionan medidas indirectas de la erosión y deposición, al validar los resultados del método GPS. El presente documento hace hincapié en los métodos utilizados en Sherrod et al. así que ellos pueden repetirse, total o parcial, para investigaciones similares en otros lugares6.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig1.jpg"> 
Figura 1. Fotos de erosión (a) y (b) la deposición en el sitio de estudio después de un evento de lluvias. Una pista de neumático de tractor en la esquina inferior derecha de la foto (b) indica la profundidad de deposición en la frontera de la franja de trigo/barbecho.
Varios dirigen métodos de medición de la erosión del suelo fueron revisados por Stroosnijder7. Los métodos sugeridos varían con el propósito de la medición y los recursos disponibles, pero un método de "cambio en la elevación de la superficie" en la escala de ladera se recomienda y ofrece la ventaja de medir erosión y deposición. Una forma de aplicar este método es instalar los pernos en el suelo y controlar el cambio de altura del suelo en relación con la parte superior del pin7. Con los avances en técnica de medición de la tierra, sin embargo, este enfoque requiere mano de obra puede ser sustituido por otras técnicas, tales como láser terrestre (TLS)8,9,10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16, láser aerotransportado (ALS)17,18,19,20,21, GPS6,22, fotogrametría avanzada23 ,24, o combinaciones de estas técnicas25,26,27. Mientras láser exploración, comúnmente conocido como LiDAR (Light Detection And Ranging), proporciona la más rápida adquisición de conjuntos de datos de elevación de la superficie densa, deben hacerse correcciones para eliminar objetos de pie, como vegetación. Con precisión vertical del nivel del milímetro, TLS puede detectar el cambio más pequeño de la elevación, sin embargo Perroy et al. ALS recomendadas sobre TLS para la erosión de Barranco estima debido a la huella de exploración más grande y mejor orientación instrumento (menos sombreado topográfico) para exploración en barrancos profundamente incisas28. En tiempo real cinemático GPS (RTKGPS), proporcionando precisión nivel centímetro sin el post-procesado de datos, se utiliza para este estudio. La resolución espacial y precisión de los datos RTKGPS recogidos son óptimos para la detección de las características deposicionales y erosivos dominantes en un campo agrícolo o en otros ambientes con importante cobertura del suelo.
El método de presión calcimeter para la cuantificación de suelo CaCO3 se basa en la reacción del suelo al ácido en un sistema cerrado, lo que resulta en la liberación de CO2. El aumento en la presión dentro del recipiente de la reacción a temperatura constante está linealmente correlacionado con la cantidad de suelo CaCO329. Modificaciones en el método tradicional de presión-calcimeter, descrito por Sherrod et al., incluyen cambiar el recipiente de la reacción a las botellas de suero y el uso de un transductor de presión conectado a un voltímetro digital para la detección de cambios en la presión 30. estas modificaciones permiten límites de detección más bajos y una mayor capacidad para la muestra de suelo diaria funciona. Métodos volumétricos gravimétricos o simple para la medición de suelo CaCO3 producción mayores errores y límites de detección que este modificación método de presión-calcimeter30.
Modelo conceptual
Cuando las medidas directas de la erosión y deposición no son factibles, pueden utilizarse indicadores indirectos de estos procesos. Sherrod et al. la hipótesis de que la concentración de CaCO3 de la capa superficial de suelo en un clima semiárido está correlacionada inversamente con el cambio en la elevación de la superficie terrestre (correlacionada positivamente con la erosión, negativamente correlacionada con la deposición)6. La hipótesis debe aplicarse ampliamente, pero relaciones específicas dependerá de las condiciones del lugar (suelo, vegetación, gestión y clima). Suelos en el sitio de prueba (cuadro 1) normalmente contienen una capa calcárea distinta 15-20 cm por debajo de la superficie del suelo. Conceptualmente, la erosión Retire la capa superficial de la relativamente baja concentración de CaCO3 dejando esta capa calcárea de alta CaCO3 cerca a la superficie del suelo. El CaCO3 suelo bajo entonces es transportado a las zonas de deposición, provocando la capa calcárea enterrado más profundamente debajo de la superficie del suelo (figura 2). Muestreo de estos suelos con el tiempo a intervalos de profundidad adecuada, erosión o deposición (o ninguno) puede inferirse por la concentración de CaCO3 , según este modelo.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Serie de suelo</td>
			<td>Pendiente</td>
			<td>Clasificación taxonómica</td>
			<td>Profundidad</td>
			<td>pH</td>
			<td>CE</td>
			<td>N total</td>
			<td>SOC</td>
			<td>CaCO3</td></tr></tbody></table>
		
		<tr>
			<td></td>
			<td>%</td>
			<td></td>
			<td>cm</td>
			<td>1:2</td>
			<td>dS m-1</td>
			<td>g kg-1</td>
			<td>g kg-1</td>
			<td>g kg-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marga de Colby</td>
			<td>5-9</td>
			<td>Limosa fina, mixta, superactive, calcáreo, mesic Aridic Ustorthent</td>
			<td>0-15</td>
			<td>8.2</td>
			<td>0.24</td>
			<td>0,7</td>
			<td>6.1</td>
			<td>69.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>15-30</td>
			<td>8.3</td>
			<td>0.24</td>
			<td>0.5</td>
			<td>4.0</td>
			<td>84.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marga arenosa de Kim</td>
			<td>2-5</td>
			<td>margoso fino, mixto, activo, calcáreo, mesic Ustic Torriorthent</td>
			<td>0-15</td>
			<td>7.8</td>
			<td>0.26</td>
			<td>0,8</td>
			<td>7.0</td>
			<td>29.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>15-30</td>
			<td>8.0</td>
			<td>0.27</td>
			<td>0.6</td>
			<td>5.0</td>
			<td>51,5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>5-9</td>
			<td>margoso fino, mixto, activo, calcáreo, mesic Ustic Torriorthent</td>
			<td>0-15</td>
			<td>8.1</td>
			<td>0.22</td>
			<td>0.6</td>
			<td>5.4</td>
			<td>26.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>15-30</td>
			<td>8.1</td>
			<td>0.19</td>
			<td>0.5</td>
			<td>4.1</td>
			<td>25.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wagonwheel Marga</td>
			<td>0-2</td>
			<td>Aridic Calciustept gruesa limosa, mezcla, superactive, mesic</td>
			<td>0-15</td>
			<td>8.2</td>
			<td>0.23</td>
			<td>0,7</td>
			<td>5.9</td>
			<td>66.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>15-30</td>
			<td>8.2</td>
			<td>0.23</td>
			<td>0.6</td>
			<td>3.7</td>
			<td>98.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>2-5</td>
			<td>Aridic Calciustept gruesa limosa, mezcla, superactive, mesic</td>
			<td>0-15</td>
			<td>8.3</td>
			<td>0.23</td>
			<td>0,8</td>
			<td>6.6</td>
			<td>52.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>15-30</td>
			<td>8.4</td>
			<td>0.26</td>
			<td>0,7</td>
			<td>5.4</td>
			<td>118.3</td>
		</tr>
	

Tabla 1. Suelos en el sitio de prueba. Del suelo unidades de mapeo y clasificación taxonómica, con pH promedio de suelo eléctrico conductividad (CE), N total, suelo C orgánico (COS), y campo de CaCO3 concentraciones en el 0 - 15 y en incrementos de 15 a 30 cm de profundidad para la Scott en 2012 (de Sherrod et al.) 6.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig2.jpg"> 
Figura 2. Perfiles de suelo conceptual. Perfiles de suelo conceptual para (a) una matriz de suelo estática con CaCO3 lixiviado de la capa superficial y precipitaron en una capa más profunda, erosión moderada (b) de la capa superficial y (c) moderada deposición de material por encima de la capa superficial anterior. Intervalos de profundidad (izquierda) son aproximados basados en datos del sitio (de Sherrod et al.) 6. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56064/56064fig2large.jpg" target="_blank">haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Historia y descripción del sitio
El 109-campo de Scott es parte de la granja de Drake en Colorado noreste (40.61oN, 104.84oW, figura 3) y fue supervisado desde 2001 a 2012 para este estudio. Evapotranspiración y precipitación anual promedio fueron aproximadamente 350 y 1200 mm, respectivamente, en este clima semiárido, donde la lluvia convectiva de corta duración y alta intensidad eran comunes durante el verano. Elevaciones van desde 1559 1588 m en este terreno ondulado con posiciones distintas de paisaje: Cumbre, talud orientada al norte (lado-NF), talud orientada al sur (lado-SF) y toeslope (Figura 4b). Alternando las tiras (~ 120 m de ancho) manejaron típicamente en esta rotación del barbecho de trigo de invierno de secano que cada tira del otro era barbecho durante unos 14 meses en cada ciclo de rotación de 24 meses. Labranza superficial (~ 7 cm), típicamente barridos de la lámina v, ocurrió de 4 a 6 veces durante el período de barbecho para control de malezas. Se clasifican los suelos en el sitio para tener una tolerancia de pérdida de suelo, o un valor T de 11 Mg ha-1 año-1, donde las tasas de erosión debajo de este valor de T se consideran aceptables para la producción agrícola continua4 .
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig3.jpg"> 
Figura 3. Ubicación del sitio aparece en una imagen de relieve topográfico (1011 a 4401 m) del estado de Colorado, USA. Elevación media del sitio es m 1577.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig4.jpg"> 
Figura 4. Suelos con mapa y elevación de superficie de la tierra de Scott Field. (a) mapa de suelos del Scott Field mostrando punto suelo muestra lugares y el manejo del cultivo de las tiras. Abreviaturas de unidad de suelo son: 1 = Wagonwheel Marga 0-2% pendiente, 2 = Wagonwheel Marga pendiente 2-5%, 3 = Colby Marga pendiente 5-9%, 4 = Kim franco arenoso fino 2-5% pendiente, 5 = Kim pendiente de 5-9% franco arenoso fino; y elevación de la tierra (b) superficie del campo basado en el modelo de elevación digital de red de 5 m 2001 (DEM), con localizaciones de la muestra de suelo de clasificación de tierras (de Sherrod et al.) 6.
La primera encuesta de elevación de la superficie del suelo fue recogida por RTKGPS en 2001 para producir un modelo de elevación digital (DEM) para el sitio. En conjunto con McCutcheon et al., también se realizó una muestra de suelo intensivo (figura 4a) en el año 2001, de que superficie suelo CaCO3 se analizaron por un método de presión modificada-calcimeter30,31 . Visualmente evidente erosión y deposición que ocurre en la década posterior debido al viento, predominante desde el noroeste y la lluvia-escurrimiento eventos solicita una segunda encuesta de elevación RTKGPS en 2009 (con una parte del campo, terminado en 2010). Comparación de la nueva DEM a la DEM 2001 original a través de un mapa DEM de la diferencia de32 confirmó significativa erosión y deposición, mostrando patrones que sugieren múltiples factores de controladores para estos procesos (figura 5). Teniendo en cuenta la redistribución substancial del suelo superficial en el sitio y los datos de suelo histórico CaCO3 , la muestra de suelo de 2001 se repitió en 2012 para poner a prueba un modelo conceptual de procesos de hydropedological6, como se describe en la sección anterior.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56064/56064fig5.jpg"> 
Figura 5. Mapa de cambios (2001-2009 *) en la elevación de la superficie de la tierra (Δz) en una cuadrícula de 5 m en el Scott Field en el noreste de Colorado. Cultivo tira números están marcados sobre el sistema de cultivo de barbecho de trigo de invierno alternando, ysección A-A' se muestra (detalles dados en la figura 11). * Tiras de 2, 4, 6, 8 encuestados en 2010 para completar el DEM 2009 (de Sherrod et al.) 6. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56064/56064fig5large.jpg" target="_blank">haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

<table><tbody><tr><td>Sistema GPS cinemático en tiempo real</td><td>Colector</td> de datos de campo GPS <td>Trimble Modelo 5800</td><td></td></tr><tr><td>Software de campo GPS</td><td>Trimble</td> Modelo TSC2 <td>Trimble Trimble Access (Trimble Survey Controller utilizado en 2001 para la calibración del sitio, pero este software ya no es compatible)</td>Máquina hidráulica de extracción de muestras de suelo Giddings Machine Company <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vehículo utilitario</td><td>John Deere</td><td>Gator 6x4</td><td></td></tr><tr><td>Software GIS</td><td>ESRI</td><td></td><td>ArcGIS for Desktop con extensiones de Spatial Analyst y Geostatistical</td></tr><tr><td>Analyst Software estadístico</td><td>SAS</td><td></td><td>SAS Institute Inc.</td></tr><tr><td>Transductor de presión 0-105 kPa</td><td>Serta</td><td>Modelo 280E</td><td>Setra Systems, In., Boxborough, MA</td></tr><tr><td>Voltímetro</td><td>WaveTek</td><td>5XL</td><td>Medidor digital configurado para leer voltios</td></tr><tr><td>Botellas de suero</td><td>Wheaton</td><td>223747</td><td>100 mL</td></tr><tr><td>Botellas de suero</td><td>Wheaton</td><td>223762</td><td>20 mL</td></tr><tr><td>Tapón de sellado 20 mm Aluminio</td><td>Wheaton</td><td>224183-01</td><td>Caja de 1.000</td></tr><tr><td>Tapón de butilo gris de 20 mm (2 puntas)</td><td>Wheaton</td><td>224100-192</td><td>Septum; Caja de 1.000</td></tr><tr><td>Engarzadora</td> manual <td>Wheaton</td><td>W225303</td><td>tamaño 20 mm</td></tr><tr><td>Destapadora</td> manual <td>Wheaton</td><td>W225353</td><td>20 mm</td></tr><tr><td>Viales de ácido</td><td>Wheaton</td><td>224881</td><td>0,50 dram tamaño (2 mL)</td></tr><tr><td>Fuente de alimentación</td><td>SR Components</td><td>DDU240060</td><td>Transformador de clase 2 Adaptador de CA; Entrada 120VAC , Salida 24VDC</td></tr><tr><td>Carbonato de calcio</td><td>Fisher</td><td>471-34-1</td><td>500 g de 100% c/p CaCO3</td></tr></tbody></table>

medición y mapeo de patrones de erosión y deposición relacionadas las concentraciones de carbonato de suelo bajo manejo agrícola

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

Patrones espaciales de la erosión del suelo y deposición pueden ser deducidos de las diferencias en la elevación de la tierra asignada en incrementos de tiempo apropiado. Tales cambios en elevación se relacionan con cambios en los perfiles de suelo cerca de la superficie carbonato (CaCO3). El objetivo es describir un modelo conceptual simple y un protocolo detallado para el campo repetible y mediciones de laboratorio de estas cantidades. Aquí, elevación exacta se mide utilizando un terrestre diferencial sistema de posicionamiento global (GPS); otros métodos de adquisición de datos se podrían aplicar al mismo método básico. Se recogieron muestras de suelo de prescribir intervalos de profundidad y analizadas en el laboratorio usando un método de presión-calcimeter modificado eficiente y precisa para el análisis cuantitativo de la concentración de carbono inorgánico. Se aplican métodos estadísticos estándar para apuntar datos y resultados representativos muestran correlaciones significativas entre los cambios en la capa superficial de suelo CaCO3 y cambios en elevación consistente con el modelo conceptual; CaCO3 generalmente disminuyó en áreas deposicionales y aumentó en las zonas de erosión. Mapas se derivan de las mediciones de punto de elevación y el suelo de CaCO3 para análisis. Mapa de patrones de erosión y deposición en el sitio de estudio, un campo de trigo de invierno de secano cosechado alternando tiras de barbecho de trigo, muestra los efectos de interacción de erosión hídrica y eólica, afectados por la gestión y la topografía. Métodos de muestreo alternativos y los intervalos de profundidad se discuten y se recomienda para futuros trabajos relacionados con la erosión del suelo y deposición del suelo CaCO3.

Mapeo de las diferencias de la DEM de 2001 y 2009 revela erosión (rojo) y la deposición (verde) durante ese período de 8 años, con cambios del nivel del decímetro en elevación sobre la mayoría de las áreas (figura 5). En la escala de campo, la erosión es dominante en el oeste y suroeste, mientras que la deposición se ve a lo largo de noroeste a banda sureste diagonal en el lado este del campo. Bandas alternas de erosión y deposición se observan en la escala d...

Patrones espaciales de la erosión del suelo y deposición pueden ser deducidos de las diferencias en la elevación de la tierra asignada en incrementos de tiempo apropiado. Tales cambios de elevación están relacionados con cambios en carbonatos del suelo cerca de la superficie. Aquí se describen los métodos repetibles para mediciones de campo y de laboratorio de estos métodos de análisis de datos y cantidades.

Medición y mapeo de patrones de erosión y deposición relacionadas las concentraciones de carbonato de suelo bajo manejo agrícola

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

Los objetivos generales de este estudio son, en primer lugar, proporcionar un método eficiente para cuantificar y describir los patrones espaciales de erosión y deposición del suelo a escala de campo, y en segundo lugar, probar un modelo conceptual que relacione estos patrones con los carbonatos del suelo cercanos a la superficie. Estos métodos nos brindan una mejor comprensión de las interrelaciones entre los carbonatos del suelo superficial y los procesos de la superficie terrestre de erosión y deposición. Las principales ventajas de estas técnicas son la detección precisa de los cambios en la elevación de la superficie del suelo a lo largo del tiempo y el análisis rápido de carbonatos del suelo en muchas muestras de suelo.Tuvimos por primera vez la idea de esta investigación tras actualizar los mapas digitales de elevación. Un mapa de las diferencias de elevación mostraba patrones claros de erosión y deposición, y deseábamos examinar cómo esto se relacionaba con las concentraciones de carbonato. Para este protocolo, utilice software de campo para registrar los datos de posición GPS RTK cada cinco minutos a lo largo del área de estudio.Comience realizando una calibración del sitio respecto a puntos de referencia locales para garantizar el más alto nivel de precisión. Una calibración local del sitio para el área que se va a levantar proporciona el control horizontal y vertical necesario para el método GPS. Esto asegura una precisión a nivel de centímetro, necesaria para detectar pequeños cambios de elevación.Para una recolección eficiente de datos, monte una antena GPS de vehículo a una altura fija sobre el suelo en un automóvil. Luego importe el transecto en puntos al recolector de datos GPS y desplácese entre ellos mientras conduce y recopila datos a una velocidad constante para mapear intervalos de cinco metros. Además, utilice una máquina hidráulica montada en el vehículo para tomar muestras de suelo con núcleo y emplee un tubo de muestreo del diámetro deseado para el testigo de suelo.Para extraer núcleos en ubicaciones identificadas con datos de posición GPS RTK. La toma de muestras de suelo se realiza extrayendo un testigo de suelo con la máquina de muestreo de suelo. Saque el testigo de suelo del tubo de muestreo y córtelo en los incrementos de profundidad deseados.Transfiera las muestras de suelo a bolsas de plástico sellables previamente etiquetadas. Luego, almacene las muestras en neveras portátiles para transportarlas al laboratorio. Cuando repita estos análisis después de que hayan ocurrido eventos significativos de erosión y deposición del suelo, regrese a los mismos lugares de muestreo utilizando el GPS y recolecte núcleos nuevos de suelo.En el laboratorio, prepare las muestras de suelo para su análisis. Para comenzar, séquelas en una estufa a 60 grados celsius durante la noche. Al día siguiente, muela las muestras de suelo secas a través de un tamiz de dos milímetros, utilizando un molinillo motorizado o moliendo manualmente con mortero y mano.El siguiente paso requiere configurar un aparato de calcimetría de presión modificado. En primer lugar, conecte un transductor de presión a una fuente de alimentación con un cable calibre 14. Incluya un voltímetro digital adjunto para monitorear la salida del transductor.Incluya un filtro de partículas de 0,6 micrones para recoger un flujo uniforme y, de este modo, proteger el transductor de presión. A continuación, conecte un tubo a la base del filtro de partículas y una el tubo a una aguja hipodérmica de 18 gauge con conexión luer lock. Luego, determine si los recipientes de reacción deben ser frascos séricos de 20 o 100 mililitros.Moje una cuchara metálica con agua y tome aproximadamente una cucharadita de suelo que pueda tener una alta concentración de carbonatos. Aplique con pipeta un mililitro de ácido sulfúrico anhidro 0,5 M sobre el suelo y observe la efervescencia. Si la efervescencia es intensa, asuma que el carbonato de calcio es mayor al 15 % y utilice un recipiente de 100 mililitros.De lo contrario, utilice un frasco de suero de 20 mililitros. Para determinar la concentración de carbonato, pese un gramo de la muestra de suelo preparada en un recipiente de reacción etiquetado. A continuación, pipetee dos mililitros del reactivo ácido en un vial.Coloque suavemente el vial en el recipiente de reacción, para que no se derrame, y luego selle cuidadosamente el recipiente utilizando un tapón de caucho de butilo de color gris y sujételo con un anillo de sellado de aluminio. Agite ahora el recipiente para verter el ácido sobre la muestra de suelo y deje que la reacción transcurra durante al menos dos horas. Mientras espera, prepare un gel patrón utilizando patrones en un montaje paralelo con los mismos parámetros.Prepare estándares mezclando carbonato de calcio al 100 % con perlas de vidrio o arena en base al peso, no al volumen. Al determinar un gar estándar, es importante conocer con precisión el voltaje del carbonato de calcio cero, ya que esto define el límite de detección del método. Normalmente mido el blanco tres veces junto con concentraciones estándar conocidas para derivar un gar.Una vez completada la reacción de la muestra de suelo, atraviese el septo de goma del recipiente de reacción y registre la salida de voltaje del transductor de presión. Posteriormente, calcule el porcentaje de carbonato de calcio en la muestra utilizando la curva patrón. El mapeo de las diferencias del MDE entre 2001 y 2009 reveló erosión y deposición durante ese período de ocho años.Con cambios del nivel decimétrico en la elevación en la mayoría de las áreas. Identifique patrones erosivos y deposicionales a escala que se asemejan a las trayectorias del flujo de agua ocurridas en áreas de convergencia topográfica. Se tomaron muestras de carbonato de calcio en 2001 y 2012, para compararlas con la erosión y la deposición que ocurrieron en el área de estudio y para probar el modelo conceptual.Al comparar muestras de suelo de las parcelas este y oeste de las franjas de manejo, se encontró una relación inversa entre el cambio en el carbonato de calcio del suelo superficial y el cambio en la elevación de la superficie terrestre. Un análisis de varianza muestra que el cambio en la elevación se ve significativamente afectado por todas las variables laterales. Por otro lado, los cambios en el carbonato de calcio se vieron más significativamente afectados por la clase erosiva o la UDE (unidad de drenaje erosivo) o la unidad edáfica cartografiada.Se determinaron previamente cinco unidades de suelo mediante un estudio edafológico del sitio. Las interpolaciones de los resultados de las muestras puntuales muestran que las áreas relativamente pequeñas y concentradas con alto y bajo contenido de carbonato de calcio en 2001 no eran evidentes en 2012. El patrón espacial se había vuelto menos complejo.La sensibilidad de la detección de cambios en elevación proporcionada por encuestas terrestres repetidas con GPS RTK parece óptima para cuantificar y describir los procesos de erosión y deposición a escala de campo. El método modificado de proximidad por presión es una excelente técnica para medir carbonatos y podemos procesar muchas muestras en poco tiempo. Los cambios en la elevación de la superficie del suelo se detectaron más fácilmente que los cambios en los carbonatos del suelo, probablemente debido al incremento de muestreo del núcleo, que fue de 30 centímetros en 2001.Incrementos futuros de muestreo de 15 centímetros deberían mejorar nuestra detección de carbonatos del suelo. El modelo conceptual y los métodos descritos aquí pueden aplicarse a otros lugares donde existan capas calcáreas cerca de la superficie del suelo.

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