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

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 escalas de campo y, en segundo lugar, probar un modelo conceptual que relacione estos patrones con los carbonatos del suelo cerca de la superficie. Estos métodos nos dan una mejor comprensión de las interrelaciones entre los carbonatos superficiales del suelo y los procesos de erosión y deposición de la superficie terrestre. 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 los carbonatos del suelo en muchas muestras de suelo.

Primero tuvimos la idea de esta investigación después de actualizar los mapas digitales de elevación. Un mapa de las diferencias de elevación mostró patrones claros de erosión y deposición, y queríamos ver cómo se relacionaba eso con las concentraciones de carbonato. Para este protocolo, utilice software de campo para registrar los datos de posición GPS RTK cada cinco minutos en toda el área de estudio.

Comience por realizar una calibración del sitio según los puntos de referencia locales para garantizar el más alto nivel de precisión. Una calibración local del sitio para el área a ser inspeccionada, proporciona el control horizontal y vertical necesario para el método GPS. Esto garantiza una precisión de nivel centimétrico necesaria para detectar pequeños cambios de elevación.

Para una recopilación de datos eficiente, monte una antena GPS rover a una altura fija sobre el suelo en un vehículo. A continuación, importe el transecto en puntos en el colector de datos GPS y navegue entre ellos mientras conduce y recopila datos a una velocidad constante para mapear intervalos de cinco metros. Además, tenga una máquina perforadora de suelo hidráulica montada en un vehículo y use un tubo de muestreo del diámetro deseado del núcleo del suelo.

Para extraer núcleos en ubicaciones identificadas con datos de posición GPS RTK. El muestreo del suelo se realiza tirando de un núcleo de suelo con la máquina perforadora de suelo. Empuje el núcleo del suelo fuera del tubo de muestreo y córtelo en los incrementos de profundidad deseados.

Transfiera las muestras de suelo a bolsas de plástico preetiquetadas y sellables. A continuación, almacene las muestras en neveras portátiles para transportarlas al laboratorio. Al repetir estos análisis después de que hayan ocurrido eventos significativos de erosión y deposición del suelo, regrese a las mismas ubicaciones de muestra usando el GPS y recoja nuevos núcleos de suelo.

En el laboratorio, prepare las muestras de suelo para el análisis. Para empezar, sécalos en un horno a 60 grados centígrados durante la noche. Al día siguiente, muela las muestras de suelo seco a través de un tamiz de dos milímetros, utilizando un molinillo motorizado o muele manualmente con un mortero.

El siguiente paso requiere la instalación de un aparato de calcímetro de presión modificado. Primero, conecte un transductor de presión a una fuente de alimentación con cable de calibre 14. Incluya un voltímetro digital adjunto para monitorear la salida del transductor.

Incluyen un filtro de partículas de 0,6 micras para recoger un flujo uniforme y así proteger el transductor de presión. A continuación, conecte el tubo a la base del filtro de partículas y conecte el tubo a una aguja hipodérmica Luer Lock de calibre 18. A continuación, determine si los recipientes de reacción deben estar en una botella de suero de 20 o 100 mililitros.

Humedece una cucharada de metal con agua y recoge aproximadamente una cucharadita de tierra que pueda tener una alta concentración de carbonato. Pipetear un mililitro de ácido sulfúrico anhidro 0,5 en el suelo y observar la efervescencia. Si la efervescencia es alta, entonces suponga que el carbonato de calcio es superior al 15% y use un recipiente de 100 mililitros.

De lo contrario, use un frasco de suero de 20 mililitros. Para determinar la concentración de carbonato, pese un gramo de muestra de suelo preparada en un recipiente de reacción etiquetado. A continuación, pipetee dos mililitros de reactivo ácido en un vial.

Coloque suavemente el vial en el recipiente de reacción, para que no se derrame, luego selle cuidadosamente el recipiente con un tapón de caucho butílico gris y sujételo con un anillo de sellado de aluminio. Ahora agite el recipiente para derramar el ácido sobre la muestra de suelo y deje que la reacción continúe durante al menos dos horas. Mientras espera, haga un gar estándar usando estándares en una configuración paralela con los mismos parámetros.

Haga estándares mezclando carbonato de calcio 100% con perlas de vidrio o arena en función del peso, no del 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. Por lo general, mido el blanco tres veces junto con concentraciones estándar conocidas para derivar un gar.

Una vez completada la reacción de la muestra de suelo, perfore el tabique de goma del recipiente de reacción y registre la salida de voltaje mediante el transductor de presión. Más tarde, resuelva el porcentaje de carbonato de calcio en la muestra usando la curva estándar. El mapeo de las diferencias de DEM de 2001 y 2009 reveló erosión y deposición durante ese período de ocho años.

Con cambios de nivel de decímetros en la elevación en la mayoría de las áreas. Encuentre patrones erosivos y deposicionales a escala que se asemejen a las trayectorias de 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 deposición ocurridas en el área de estudio y probar el modelo conceptual.

Al comparar muestras de suelo del bloque este y oeste de 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 del suelo. Un análisis de las variantes muestra que el cambio en la elevación se ve afectado significativamente por todas las variables secundarias. Mientras que, los cambios en el carbonato de calcio se vieron afectados de manera más significativa por la clase de erosión o EDU o la unidad de suelo mapeada.

Previamente se determinaron cinco unidades de suelo mediante un estudio de suelos del sitio. Las interpolaciones de los resultados de las muestras puntuales muestran que las áreas concentradas relativamente pequeñas de carbonato de calcio alto y bajo en 2001 no fueron evidentes en 2012. El patrón espacial se había vuelto menos complejo.

La sensibilidad de la detección de cambios de elevación proporcionada por los repetidos levantamientos terrestres RTK GPS parece óptima para cuantificar y describir los procesos de erosión y deposición de la escala de campo. El método de proximidad a presión modificada es una gran técnica para medir carbonatos y podemos procesar muchas muestras en un corto período de tiempo. La elevación de la superficie del suelo se detectó 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.

Los futuros incrementos de muestreo de 15 centímetros deberían mejorar nuestra detección de carbonatos en el suelo. El modelo conceptual y los métodos aquí descritos se pueden aplicar a otros lados donde hay capas calcáreas cerca de la superficie del suelo.