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 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.