Mesure et cartographie des schémas d’érosion et de dépôt liées aux Concentrations de Carbonate du sol sous gestion agricole

Les objectifs généraux de cette étude sont, premièrement, de fournir une méthode efficace pour quantifier et décrire les motifs spatiaux d'érosion et de sédimentation des sols à l'échelle du champ, et deuxièmement, de tester un modèle conceptuel reliant ces motifs aux carbonates du sol en surface proche. Ces méthodes nous permettent de mieux comprendre les interactions entre les carbonates du sol de surface et les processus de surface que sont l'érosion et la sédimentation. Les principaux avantages de ces techniques sont la détection précise des changements d'altitude de la surface du sol au fil du temps et l'analyse rapide des carbonates du sol sur de nombreux échantillons.

Nous avons eu pour la première fois l'idée de cette recherche après avoir mis à jour les cartes numériques d'élévation. Une carte des différences d'altitude montrait des motifs nets d'érosion et de sédimentation, et nous souhaitions examiner comment cela était lié aux concentrations en carbonates. Pour ce protocole, utilisez un logiciel de terrain afin d'enregistrer les données de position GPS RTK toutes les cinq minutes dans toute la zone d'étude.

Commencez par effectuer une calibration sur site par rapport à des repères locaux afin d’assurer le niveau de précision le plus élevé possible. Une calibration locale du site pour la zone à lever fournit les contrôles horizontaux et verticaux nécessaires à la méthode GPS. Cela garantit une précision au centimètre près, indispensable pour détecter de faibles variations d’altitude.

Pour une collecte efficace des données, fixez une antenne GPS de type rover à une hauteur constante au-dessus du sol sur un véhicule. Importez ensuite le transect sous forme de points dans le collecteur de données GPS et parcourez-les en conduisant tout en collectant les données à vitesse constante, afin de cartographier des intervalles de cinq mètres. En outre, utilisez une machine hydraulique de carottage des sols montée sur véhicule et un tube d'échantillonnage au diamètre souhaité pour le prélèvement des carottes.

Extraire des carottes aux emplacements identifiés à l'aide de données de position GPS RTK. L'échantillonnage du sol est effectué en prélevant une carotte de sol à l'aide d'une machine à carotter le sol. Extraire la carotte de sol du tube d'échantillonnage et la découper en tronçons correspondant aux profondeurs souhaitées.

Transférez les échantillons de sol dans des sacs en plastique scellables préalablement étiquetés. Conservez ensuite les échantillons dans des glacières afin de les transporter au laboratoire. Lorsque vous répétez ces analyses après la survenue d'événements importants d'érosion et de sédimentation, retournez aux mêmes emplacements d'échantillonnage à l'aide du GPS et prélèvez de nouveaux carottes de sol.

Dans le laboratoire, préparez les échantillons de sol pour l'analyse. Commencez par les sécher dans une étuve à 60 degrés celsius toute la nuit. Le jour suivant, broyez les échantillons de sol secs à l’aide d’un tamis de deux millimètres, en utilisant soit un broyeur motorisé, soit manuellement avec un mortier et un pilon.

L'étape suivante consiste à mettre en place un appareil de calcimétrie à pression modifié. Reliez d'abord un capteur de pression à une alimentation électrique à l'aide d'un fil de jauge 14. Ajoutez un voltmètre numérique fixé pour surveiller la sortie du capteur.

Inclure un filtre à particules de 0,6 micron pour collecter un débit uniforme et ainsi protéger le transducteur de pression. Ensuite, fixer un tube à la base du filtre à particules et relier le tube à une aiguille hypodermique stérile de calibre 18 munie d'un raccord Luer lock. Ensuite, déterminer si les récipients de réaction doivent être des flacons sérum de 20 ou 100 millilitres.

Mouillez une cuillère métallique avec de l'eau et prélevez environ une cuillérée à café de sol susceptible de présenter une concentration élevée en carbonates. Ajoutez à l’aide d’une pipette un millilitre d’acide sulfurique anhydre 0,5 M sur le sol et observez l’effervescence. Si l’effervescence est intense, considérez que la teneur en carbonate de calcium est supérieure à 15 % et utilisez un récipient de 100 millilitres.

Autrement, utilisez un flacon de sérum de 20 millilitres. Pour déterminer la concentration en carbonate, pesez un gramme d'échantillon de sol préparé dans un récipient réactionnel étiqueté. Ensuite, pipetez deux millilitres de réactif acide dans un flacon.

Placez délicatement le flacon dans le récipient de réaction, sans le renverser, puis scellez soigneusement le récipient à l’aide d’un bouchon en caoutchouc de butyle gris et fixez-le avec un anneau d’étanchéité en aluminium. Agitez ensuite le récipient afin de répandre l’acide sur l’échantillon de sol et laissez la réaction se dérouler pendant au moins deux heures. Pendant ce temps, préparez un étalon témoin en utilisant des solutions étalons dans un montage parallèle avec les mêmes paramètres.

Préparez les étalons en mélangeant du carbonate de calcium à 100 % avec des billes de verre ou du sable selon le poids, et non le volume. Lors de la détermination d'un étalon gar, il est important de connaître précisément la tension correspondant à l'absence de carbonate de calcium, car cela définit la limite de détection de la méthode. Je mesure généralement l'absence de carbonate de calcium trois fois, ainsi que des concentrations étalons connues, afin d'obtenir un gar.

Une fois la réaction de l'échantillon de sol terminée, percer le septum en caoutchouc du récipient de réaction et enregistrer la sortie de tension du transducteur de pression. Ensuite, déterminer le pourcentage de carbonate de calcium dans l'échantillon à l'aide de la courbe standard. La cartographie des différences de MNT entre 2001 et 2009 a révélé l'érosion et le dépôt sur cette période de huit ans.

Avec des variations d'élévation de l'ordre du décimètre sur la plupart des zones. Identifier les motifs érosifs et de sédimentation à l'échelle qui ressemblent aux trajets d'écoulement de l'eau survenus dans les zones de convergence topographique. Des échantillons de carbonate de calcium ont été prélevés en 2001 et 2012, afin de les comparer à l'érosion et à la sédimentation survenues dans la zone d'étude et pour tester le modèle conceptuel.

Lors de la comparaison d'échantillons de sol provenant des bandes de gestion des blocs est et ouest, une relation inverse a été observée entre la variation de la teneur en carbonates de calcium du sol de surface et la variation de l'altitude de la surface du terrain. Une analyse des variances montre que la variation d'altitude est significativement influencée par toutes les variables latérales. En revanche, les variations des carbonates de calcium étaient influencées de manière significative principalement par la classe d'érosion, l'UED (unité d'érosion) ou l'unité de sol cartographiée.

Cinq unités de sol ont été déterminées précédemment par un relevé pédologique du site. Les interpolations des résultats des échantillons ponctuels montrent que les zones relativement petites et concentrées de forte et faible teneur en carbonate de calcium en 2001 n'étaient plus évidentes en 2012. Le motif spatial était devenu moins complexe.

La sensibilité de la détection des changements d'altitude fournie par des relevés topographiques répétés au GPS RTK semble optimale pour quantifier et décrire les processus d'érosion et de dépôt à l'échelle du terrain. La méthode modifiée de proximité par pression est une excellente technique pour mesurer les carbonates, et nous pouvons traiter de nombreux échantillons en peu de temps. Les variations d'altitude de la surface du sol ont été détectées plus facilement que les changements de carbonates du sol, probablement en raison de l'incrément d'échantillonnage du carottier, qui était de 30 centimètres en 2001.

Des prélèvements futurs par incréments de 15 centimètres devraient améliorer notre détection des carbonates du sol. Le modèle conceptuel et les méthodes décrits ici peuvent être appliqués à d'autres sites où des couches calcaires sont présentes près de la surface du sol.