Name: קרקעות הדגימה במחקר הטרוגנית מגרש (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 11 s
Description: למדו שיטת דגימת קרקעות מקובצת לקביעה כמותית של מספר הדגימות הנדרש במחקר אקולוגיית קרקע. השיטה מאזנת בין צרכי המחקר לזמינות משאבים ומיושמת ביערות ובקרקעות מעובדות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי מימון מן אותנו המחלקה של חקלאות אוונס-אלן מענק (מספר 1005761). המחבר תודה חברי סגל-אלק הקמפוס הראשי של טסו בנשוויל, טנסי לסיוע שלהם. מגי Syversen עזר על-ידי קריאת הגירסה המוקדמת של כתב היד. הסופר מעריך הבודקים אנונימי עבור הערות בונה והצעות שלהם.

1. עיצוב דגימה באשכולות מגרש
<ol><li>זיהוי הדגימה אזורי בתוך מגרש מחקר. לקבוע את מספר מחותם באורך שווה (קרי, איור 1; איור 3). בהתבסס על הגודל והצורה של העלילה המחקר, מספר היעד של מחותם צפוי להיות שש עד עשר כך המספר הכולל של דגימות. אדמה נשלטת מתחת 30 בתוך מגרש (ראה שלב 1.3).</li>
	<li>מארק המרכז של כל רשת מרובע (קרי, centroid), ליצור אזור הדגימה עגול בקוטר שווה לאורך הצד של רשת מרובע.</li>
	<li>לעמוד של centroid באזור מעגלית עם עיניים עצומות, זרקו אבן קטנה (או אובייקט אחר עם משקל) כיוון אקראי, מרחק centroid.<ol>
<li>אם האבן הוא ירד מחוץ לאזור מעגלית, לעשות את זה שוב עד המיקום הראשון דגימה מזוהה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חזור על שלב 1.3 עד שלושה מיקומים דגימה אקראית מתקבלים באזור מעגלית.</li>
	<li>לשים דגלונים על המיקומים דגימה 3. ומספר כל דגל (קרי, 1, 2 ו- 3).</li>
	<li>חזור על שלבים 1.3-1.5 כל שאר אזורי דגימה מעגלית עד כל המיקומים ובאים ממוספרים בסדר רציף (כלומר, 4, 5, 6, וכדומה).</li>
</ol>2. מרחק מדידות ואיסוף קרקע בחלקה
<ol><li>בחר נקודת פינה אחת ולזהות אותו כמו המקור עבור אזור הדגימה בעלילה.</li>
	<li>מודדים מרחקים אופקיים ואנכיים של כל מיקום בדגל יחסית למקור ולהקליט אותם במחברת שדה כמו קואורדינטות x ו- y .</li>
	<li>השתמש אוז'ה על אדמת לקחת גרעין אדמה (0 - 15 ס מ) ממיקום אחד בדגל, לתייג את התיק על בסיס מספר דגל. חזור על שלב זה עד אדמת ליבות נלקחים מיקומים בכלל בדגל.</li>
	<li>כדי למזער ההשפעה של דגימה (למשל, לרמוס צמחים ואדמה בעלילה), להבטיח כי השקיות עם הדגימות. אדמה בתוך להישאר עם דגל בהתאמה שלהם עד להרכבת כל תיקי העלילה בבת אחת בסוף האוסף.</li>
	<li>תחבורה הדגימות. אדמה במקררי למעבדה ולעבד כל ליבה קרקע באותו יום.</li>
	<li>הסר את השורשים של כל ליבה, ניפוי אותו דרך מסננת אדמה 2 מ מ, homogenize ביסודיות כל דגימה לפני כל ניתוח.</li>
	<li>לקבוע את תכולת לחות קרקע בכל מדגם על ידי ייבוש בתנור subsamples במשך 24 שעות ביממה ב 105 ° C ולקרקע את subsamples קרקע אוויר יבש כדי אבקה עבור ניתוח הכולל פחמן (C) באמצעות מנתח היסודות של4. SOC נגזר בהתבסס על לחות ו C תוכן.</li>
	<li>שוקל subsamples אדמה טרייה (של 10 גרם כל אחד) ולכמת את האדמה MBC באמצעות כלורופורם ההדברה-K2אז4 החילוץ ואשלגן persulfate עיכול שיטות5.</li>
	<li>משלבים את ערכת הנתונים SOC, MBC קואורדינטות x ו- y על בסיס המספרים דגל בעלילה.</li>
</ol>3. תיאוריות וניתוחים Geostatistical בחלקה
<ol><li>עבור כל משתנה של SOC, MBC, לחשב המינימום, מקסימום, ממוצע, חציון, סטיית תקן, וכן המקדם של וריאציה (CV).</li>
	<li>עבור כל משתנה, לנהל את ערכה של ניתוח גאו-מרחביים (דהיינוניתוח משטח מגמות, autocorrelation, kriging מפה) כדי לתאר את התבנית משטח הראשי, פיין-סולם השתנות התפוצה המרחבית. ניתן למצוא את הפרטים של הגישות של ניתוחים geostatistical פרסומים לשעבר4,5.</li>
</ol>4. חקר הסובייטית והדיוק המשויך הדגימה את מגרש
<ol><li>להתוות את הסובייטית ואת השגיאה היחסית (γ) על סמך את קורות חיים ב מגרש. בתוך כל חלקה, טרנספורמציה-יומן הסובייטית של השגיאה היחסית (γ) יש קשר לינארי שלילי (משוואות 1-3). מבוסס על מערכת היחסים (משוואה 3), במספר הדגימות הנדרשות על הדיוק שצוין ניתן לקבוע: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq2.jpg">  <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq3.jpg">  <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq4.jpg"> הנה, CI, <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/58519/58519eq6.jpg"> </img>, s, n, N, קורות חיים, ואת מציינות את הסמך עלילה אומר, סטיית תקן מגרש, דוגמית מספר, המקדם של וריאציה, ושגיאה היחסי, בהתאמה; t 0.975 = 1.96. הדרישה גודל טרנספורמציה-יומן רישום המדגם (N) יש קשר לינארי שלילי (כלומר, שיפוע =-2) עם השגיאה היחסית משתנה-יומן (γ).</li>
	<li>החל הגומלין לעיל לדיגום בעתיד בחלקה על-ידי חישוב N במשוואה 3 תחת הדיוק הרצויה (לדוגמה, שגיאה יחסית [γ]). או, עבור מספר נתון של דגימות הקרקע כבר אספתי בחלקה, החל הגומלין להפיק על דיוק המשויך.</li>
</ol>

<ol><li>Young, I. M., Crawford, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactions+and+Self-Organization+in+the+Soil-Microbe+Complex%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Interactions and Self-Organization in the Soil-Microbe Complex.</a> Science. 304 (5677), 1634-1637 (2004).</li>
<li>Masoom, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+Organic+Matter+in+Its+Native+State%3A+Unravelling+the+Most+Complex+Biomaterial+on+Earth%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Soil Organic Matter in Its Native State: Unravelling the Most Complex Biomaterial on Earth.</a> Environmental Science and Technology. 50 (4), 1670-1680 (2016).</li>
<li>Tan, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTan%2C+K+%22Soil+Sampling%2C+Preparation%2C+and+Analysis%22">Soil Sampling, Preparation, and Analysis</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2005).</li>
<li>Li, J. W., Richter, D. D., Mendoza, A., Heine, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+land-use+history+on+soil+spatial+heterogeneity+of+macro-+and+trace+elements+in+the+Southern+Piedmont+USA%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Effects of land-use history on soil spatial heterogeneity of macro- and trace elements in the Southern Piedmont USA.</a> Geoderma. 156 (1-2), 60-73 (2010).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+Fertilization+Elevated+Spatial+Heterogeneity+of+Soil+Microbial+Biomass+Carbon+and+Nitrogen+in+Switchgrass+and+Gamagrass+Croplands%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Nitrogen Fertilization Elevated Spatial Heterogeneity of Soil Microbial Biomass Carbon and Nitrogen in Switchgrass and Gamagrass Croplands.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1734(2018).</li>
<li>Chung, C. K., Chong, S. K., Varsa, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sampling+Strategies+for+Fertility+on+a+Stoy+Silt+Loam+Soil%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+in+Soil+Science+and+Plant+Analysis%22%5BJournal%5D)">Sampling Strategies for Fertility on a Stoy Silt Loam Soil.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26 (5-6), 741-763 (1995).</li>
<li>Luo, Y. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+more+realistic+projections+of+soil+carbon+dynamics+by+Earth+system+models%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Biogeochemical+Cycles%22%5BJournal%5D)">Toward more realistic projections of soil carbon dynamics by Earth system models.</a> Global Biogeochemical Cycles. 30 (1), 40-56 (2016).</li>
<li>Li, J., Wang, G., Allison, S., Mayes, M., Luo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+carbon+sensitivity+to+temperature+and+carbon+use+efficiency+compared+across+microbial-ecosystem+models+of+varying+complexity%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Soil carbon sensitivity to temperature and carbon use efficiency compared across microbial-ecosystem models of varying complexity.</a> Biogeochemistry. 119 (1-3), 67-84 (2014).</li>
<li>Conant, R. T., Ogle, S. M., Paul, E. A., Paustian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+and+monitoring+soil+organic+carbon+stocks+in+agricultural+lands+for+climate+mitigation%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Ecology+and+the+Environment%22%5BJournal%5D)">Measuring and monitoring soil organic carbon stocks in agricultural lands for climate mitigation.</a> Frontiers in Ecology and the Environment. 9 (3), 169-173 (2011).</li>
<li>Wieder, W. R., Bonan, G. B., Allison, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+soil+carbon+projections+are+improved+by+modelling+microbial+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Climate+Change%22%5BJournal%5D)">Global soil carbon projections are improved by modelling microbial processes.</a> Nature Climate Change. 3 (10), 909-912 (2013).</li>
<li>Swenson, L. J., Dahnke, W. C., Patterson, D. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSwenson%2C+LJ+%22Sampling+for+Soil+Testing%22">Sampling for Soil Testing</a>. , North Dakota State University, Department of Soil Sciences. Research Report 8 (1984).</li>
<li>Jones, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJones%2C+J+%22Laboratory+Guide+for+Conducting+Soil+Tests+and+Plant+Analysis%22">Laboratory Guide for Conducting Soil Tests and Plant Analysis</a>. , CRC Press. Boca Raton, FL. (2001).</li>
</ol>

המחבר אין לחשוף.

שיטת דיגום קרקע מסורתיות חסרה בסיס כמותי והוביל דיוק לא ידוע, ואילו האסטרטגיות דגימה מתקדם יותר מעורב אוספים קרקע אינטנסיביים, המושרה שאיננו עלויות עבור רוב המחקרים אדמה את המשקל מגרש שדה. עיצוב פשוט, יעיל, ו אמינים הדגימה צריך להיות כלי שימושי כדי לאזן את שתי השיטות הנ ל, וחשוב מכך, להודיע דרך כמותיים כדי לקבוע את המספר הנדרש תחת מסוימים דיוק למען צרכים עתידיים-הדגימה. אולם, עיצוב כזה הדגימה היא עדיין נעדרת. . הנה, שיטה לטיפול הליך הדגימה באשכולות לכמת הטרוגניות מרחבי אדמה הוצג ו, להסתמך על העיצוב הזה, כדי ליידע את מספר דגימות. אדמה הנדרש לדיגום עתידי תחת דיוק מסוים. ישנם שני שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול. הראשון הוא לקבוע את אזור הדגימה ולזהות את אזור הדגימה באזור מגרש נתון. כי הממדים והצורה של מגרש מחקר ספציפי יכול להשתנות מחקר אחד למשנהו, מספר ואורך הרשת מרובע המייצג את אזור הדגימה צריכה להיות שונה כדי ביותר להתאים את מאפייני עלילה ולכסות אזור ההתוויה ככל האפשר. באופן כללי, מספר מחותם צריכה להיות מוגבלת עד שמונה עד עשר כך דגימות. אדמה 24-30 ייאספו בתוך מגרש נתון. זה פחות אינטנסיבי דגימה דרישה מקובל עבור מחקר פיילוט בחלקה. השלב הקריטי השני הוא כדי לקבוע מספר דוגמאות הנדרש תחת דיוק מסוים. למרות מספר דגימות. אדמה תחת הדיוק הרצויה ניתן לגזור מבוסס על האסטרטגיה דגימה פיילוט, משאבים זמינים אחרים צריכים להיות אחראים (למשל, עבודה, עלויות, ואנשי). אם מספר דגימות. אדמה הדרושות הדיוק הרצויה חורג של מקלחון, הדיוק הרצויה צריך להיגרע כך מספר דגימות. אדמה יכול להיות מחושבים מחדש. החישובים מחדש יש לחזור עד מיטבית מושגת לאזן את הדיוק הרצויה ואת המשאבים הזמינים.
הפרוטוקול ניתן לשנות בקלות כדי להתאים את צורה ספציפיים, אזור ומיקום של מגרש מחקר. אפילו בתוך עלילה לא סדיר או אזור ההתוויה מאוד גדול או קטן, התהליך יכול להתבצע על ידי בקרה על גודלו של רשת מרובע כדי לכסות את רוב אזור התוויית הנתונים. מצד שני, כאשר דגימות. אדמה נאספים מעבר אזור הדגימה מעגלית בעלילה, הם יכולים להיות עדיין אחראים בניתוח תיאורי ו- geostatistical. הגמישות של הפרוטוקול בהקשר זה יש יתרון זה יכול, ובכך גם להפחית את העלות של הדגימה.
מגבלה חשוב של שיטה זו הוא כי מספר דגימות. אדמה נדרש דיוק מסוימים יהיה תלוי רמת מגרש CV נקבע על ידי קבוצה של 24-30 דגימות אדמה בדגימה אדמת פיילוט. מגרש הטרוגנית מאוד, דוגמאות 30 או פחות, יכולים לייצר קורות חיים גדול יותר מאשר זה מבוסס על מספר רב יותר של דוגמאות (> 30). כתוצאה מכך, מספר דגימות. אדמה לחשב את הדיוק זהה יהיה גדול. כלומר, מספר דגימות. אדמה הנדרש על הדיוק זהה טיפשה או בחלקה. מגרש מאוד הומוגנית, מספר קטן יותר של דוגמאות יהיה לייצר מגרש רמת קורות חיים דומה דגימות 30, לפיכך, וכתוצאה מכך הערכה מופרזת של צורך משאבים. לכן, עבור חלקות אלה מאוד הטרוגניות או הומוגניות, קרקע מדגם מספר (קרי, 30 או פחות) הציע בעיצוב דגימה פיילוט עלול לגרום השקעות מיותרות בשלב הדגימה פיילוט או בדגימה בעתיד.
נדגים יתרונות משמעותיים של האסטרטגיה דיגום קרקע באשכולות. הוא מספק דיגום קרקע אמינה ובמחיר אסטרטגיה להשגת הטרוגניות מרחבי אדמה ומציע דרך כמותיים כדי להפיק מספר דגימות. אדמה הדרושות הדיוק הרצויה מסוימים. למרות רצועת אינטנסיבית או דגימה מרובדת עשוי לספק תיאור טוב יותר של וריאציה המרחבי, העלות של ביצוע דיגום כזה הוא גבוה מדי עבור רוב המחקרים קרקע. דגימה המסורתית היא שרירותית, חסר כל בסיס כמותי דגימה דיוק. בפרוטוקול הנוכחי הוא עליון עקב שלה פחות אינטנסיבי דגימה דרישה, נוחות בהפעלתה בשטח, כוח כדי לחשוף דפוסים מרחבית באמצעות שיטות ניתוח קפדני geostatistical והקיבולת באופן כמותי לקבוע גודל המדגם נתן למישהו הדיוק הרצויה. הידע של גודל המדגם נדרש דיוק דגימה מסוים יאפשר חוקרים לתכנונים ההשקעה שלהם במאמצים דיגום קרקע.
העסקת את הליך יעיל דגימה באשכולות מאפשר בדיקות קפדניות של הטרוגניות המרחבי קרקע ומשפר את היכולת המדענים לבצע דיגום קרקע עם דיוק. הטבע פחות אינטנסיבית, תפוקה של האסטרטגיה דיגום קרקע יאפשר היישום שלה רחב בקהילות מחקר קרקע. בהתחשב הטרוגניות המרחבי של אדמה סביר להניח מסולף תחת שינויים כלליים מהירה, הדרישה דגימת קרקע דיוק דגימה באותו מגרש המחקר עשוי להשתנות במשך הזמן. מספר הצעת מדגם בעיצוב דגימה טייס עשוי להשתנות עם מערכות אקולוגיות ובעונות שונות. יישומים עתידיים יכול העולות מהעבודה הזו כוללים קביעת המספר מדגם ספציפי קרקעות או מערכות אקולוגיות. לפיכך, בהמשך עבודה אמפירית נחוץ על היישום, זיהוי של השיטה קרקעות שונים, מערכות אקולוגיות. יישומים לטווח ארוך ורחב עשוי לעזור לזהות דרישה גודל דגימת כלליים עבור מערכות אקולוגיות ספציפיים, אשר ניתן להמליץ על אדמת חוקרים.

קרקעות הם מאוד הטרוגנית biomaterials1,2. דיגום קרקע מבוצע כדי לאסוף דגימות קנאס ולאפיין את המצב התזונתי של שדה במדויק ובזול ככל האפשר. השתנות בקרקע טמון קרקע הטרוגניות המרחבי והדיוק של כימות. כאשר וריאציה המרחבי בקרקע לא נלקחת בחשבון, דיגום קרקע טיפוסי יכול לגרום סטייה משמעותית הערך הממוצע האמיתי של הקרקע משתנה, גם אם עכירות עצמו הוא מאוד מדויקת3. מגרש מחקר הטרוגנית, השתנות זו לעתים קרובות יותר חשוב ממה אומר3; כלומר, עיצוב דגימה יכול למדוד את שניהם השתנות במדויק, מתכוון יהיה מועדף.
כאשר וריאציה מרחבי אדמה נוספת משתנה בשל קרקע ניהול שיטות4,5,6, קשה יותר לנהל את אדמת דגימה באופן מדויק. עם זאת, גם עולה חשש לגבי הווריאציות גדול במשתני מפתח קרקע (למשל, SOC, MBC)7 זה מופצים לגרום המסכן אילוצים של פרמטרים מפתח מודל אשר הם קריטיים עבור דגם אדמה הגלובלית לטווח ארוך תחזיות תחת אקלים לשנות8,9,10. כמו העלות של דיגום קרקע כדי לאפיין את השתנות השדה הוא בעיה מפתח, מתבקשת אסטרטגיה דיגום קרקע פשוט, אמין ויעיל.
ישנן גישות שונות רבות באיסוף דגימות. אדמה נציג בחלקה מחקר, יתרונות וחסרונות מסוכמים בטבלה1. ב מדגם אדמה מסורתי (קרי, דגימה אקראית ופשוט), אוסף מקרי של כמה כדי דגימות אדמה יותר מעשרה מתבצע על מגרש מחקר. בפרט, מספר דוגמאות בעיצוב דיגום קרקע מסורתיות של תמיד נקבע באופן שרירותי, השגיאה המשויכים דגימה (קרי, דיוק) אינו ידוע.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>עיצוב דגימה</td>
			<td>יתרון</td>
			<td>חיסרון</td>
		</tr>
<tr>
<td>דגימה אקראית ופשוט</td>
			<td>העלות האפקטיבית, מהירה, זולה, אומץ באופן נרחב, קל המבצע, מיטבית באתר הומוגנית</td>
			<td>נמוכה וריאציה גבוהה, ודיוק < דגימות 5</td>
		</tr>
<tr>
<td>דגימה שיטתית</td>
			<td>רמת דיוק גבוהה, וריאציה ידועה, מיטבית באתר הטרוגנית בקנה מידה גדול</td>
			<td>עלה מספר הדגימה יעילות, בחור גדול</td>
		</tr>
<tr>
<td>דגימה מרובדת</td>
			<td>אומדן מדויק מרושע, הפעלה קלה יחסית, אופטימלית עבור אזור באשכולות, מרובדת</td>
			<td>עלה מספר הדגימה יעילות, גדול (בדרך כלל פחות דגימה שיטתית/רשת)</td>
		</tr>
<tr>
<td>קומפוזיציה</td>
			<td>אומדן רשע העלות האפקטיבית, מדויק, הפעלה קלה, מיטבית באתר הטרוגניות</td>
			<td>וריאציה שדה לא ידוע, > 3 דוגמאות עבור הפרדות צבע</td>
		</tr>
</tbody></table>טבלה 1: היתרונות והחסרונות של הקרקע הגדולות דגימה עיצובים אימצה את קהילת המחקר אדמה. הטבלה יש כבר מסוכמים של טאן. et al. 3, ג'ונס12ו סוונסון. et al. 11
לעומת דגימה אקראית ופשוט או קומפוזיציה, דגימה מרובדת ושיטתית עיצובים ניתן להשיג באמצעים עם רמת דיוק גבוהה יחד עם השתנות המשויך (טבלה 1). עם זאת, הם ידרשו דיגום קרקע אינטנסיביים (למשל, כמה דוגמאות 100). למרות הדיוק, ועל ביטחון, מגביר רמת הבדיקה אדמה עם דגימות קרקע נוספות שנאספו לכל מגרש11, הדרישה מספר גדול של דגימות. אדמה היא בדרך כלל רק ישימה עבור המחקר בקנה מידה גדול5,11 ; זה הרבה מעבר סבירים במיוחד של רוב הקרקע מחקרים שנערכו קנה המידה של חלקות השדה בשל אילוצי משאבים. עיצוב דיגום הוא העדיף כדי לאזן את יתרונות וחסרונות של שיטות שונות אלה.
סוגיה מרכזית עבור עיצוב דיגום קרקע היא לקבוע את מספר דגימות. אדמה נדרש ודיוק המשויך נתן את שאלות המחקר ואת תנאי המגרש. למשל, צמצום מספר דגימות. אדמה אפשרית ב פחות מופרע אתרים תוך השגת עדיין את אותה רמת דיוק6, רומז צורך לכמת באופן מפורש של הטרוגניות המרחבי (קרי, טבע, מופע של ראש המנזר קרקע דגימה3השתנות אדמה). למעשה, אין דגימה נסיוני כזה מומלץ רוב העיצובים דיגום קרקע. מדענים שדה לעתים קרובות נכשלים לזהות את החשיבות בהערכת עוצמה סטטיסטית, כאשר הם תכנון ניסויים.
כדי לשפר את הקשיחות ניסיוני בדגימה אדמה, מוצגת שיטה פשוטה ויעילה הדגימה במחקר זה. העיצוב החדש יהיה לא רק לאפשר אפיון מדויק אדמה מזין רמות ולשינויים אלא גם, על ידי הנהלת חשבונות עבור הטרוגניות מרחבי אדמה, לספק דרך כמותיים כדי ליידע את מספר דגימות. אדמה ואת הדיוק דגימה המשויך למחקר עתידי. העיצוב החדש של דיגום קרקע צריך לעזור לחוקרים לזהות אסטרטגיות אופציונלי שמתאימים לצרכים שלהם דגימה ומחקר. המטרה הכוללת של שיטה זו היא לספק קרקע biogeochemists אקולוגים עם גישה כמותית ומניפולטיבי לייעל אסטרטגיות דיגום קרקע בהקשר של עבודת שדה.

<table><tbody><tr><td>מקדחת אדמה</td><td>AMS</td><td>350.05</td><td>לאיסוף אדמה</td></tr><tr><td>מברג</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>19-313-447</td><td>לאיסוף אדמה</td></tr><tr><td>חבל</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>19-313-429</td><td>לתיחום אזור הדגימה</td></tr><tr><td>FatMax 35 רגל סרט מדידה</td><td>הום דיפו</td> <td>#215880</td><td>למדידת מרחקים</td></tr><tr><td>סימון דגל</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>S99537</td><td>לסימון מיקומי דגימה</td></tr><tr><td>פלסטיק רוכסן חותם שקית אחסון</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>09-800-16</td><td>לאיסוף קרקע</td></tr><tr><td>שארפי</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>50-111-3135</td><td>לאיסוף אדמה</td></tr><tr><td>עיפרון סימון</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>50-294-45</td><td>לרישום נתונים בשדה</td></tr><tr><td>מחברת מעבדה</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>11-903&nbsp;</td><td>לרישום נתונים בשטח</td></tr><tr><td>ArcGis 10.3</td><td>ESRI</td><td></td><td>להפקת מפת קריגינג</td></tr><tr><td>מסננת</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>04-881G&nbsp;</td><td>לסינון דגימת אדמה</td></tr></tbody></table>

קרקעות הדגימה במחקר הטרוגנית מגרש

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

קרקעות הם מאוד הטרוגנית. באופן כללי, מספר דגימות. אדמה הנדרשים למחקר אדמה תמיד נקבע באופן שרירותי, דיוק המשויכת אינה ידועה. כאן, אנו מציגים עבור קרקע באשכולות ויעילה דגימה בחלקה מחקר ועיבוד, בהסתמך על מדגם פיילוט באמצעות עיצוב זה, הוכחת הטרוגניות מרחבי אדמה ולהודיע גודל מדגם סביר ודיוק המשויך עבור פרוטוקול מפורט מחקר עתידית. הפרוטוקול בעיקר כוללת ארבעה שלבים: דגימה עיצוב, שדה, עכירות, וניתוחו geostatistical. התהליך צעד אחר צעד משתנה על פי פרסומים לשעבר. שתי דוגמאות יוצגו להפגין מנוגדים הפצות המרחבי של פחמן אורגני אדמה (SOC) פחמן ביומסה מיקרוביאלית בקרקע (MBC) תחת לשיטות ניהול שונים. בנוסף, אנו מציגים אסטרטגיה כדי לקבוע את הדרישה גודל המדגם (הסובייטית) נתון רמה מסוימת של דיוק המבוסס על ערך מקדם עלילה ברמת וריאציה (CV). פרוטוקול דגימה שדה, קביעת גודל המדגם כמותיים יסייעו חוקרים המבקשים דגימה ריאלי אסטרטגיות כדי לענות על הצרכים המחקר ואת זמינות המשאבים.

הגישה שלעיל ננקטה חקרי מקרה שני, אחד באזור כפרי דרום אמריקאי והשני התיכון טנסי.
באזור הכפרי בדרום פיימונטה, נבחרו שלושה סוגי השימוש בקרקע, לרבות עץ אלון-היקורי 1) בלתי מעובדות יערות, שדות מעובדים 2) שבו חרישה קונבנציונאלי, הפריה משמשים בשנה כדי לייצר חיטה, סורגום, תירס, ו- 3). יערות האורנים old-field כי הם כל אחד 50 שנה בעידן מאז טיפוח השנים האחרונות4. שלושה מגרשים משוכפלות באופן עצמאי 30 x 30 מ' אותרו מהאזור לשימוש בכל הארץ. כל מגרש, היה מוחל עיצוב דיגום קרקע אשכול (איור 1). כל אזור מעגלית היה במרחק רדיאלי 5 מ' כל centroid. עשרים ושבע ליבות נאספו מכל אחת החלקות תשעה ליבות 81 לכל שימושי קרקע, 243 ליבות בסה. SOC הייתה לכמת על ידי מנתח CHN. הממצא העיקרי היה כי אדמות מעובדות באופן משמעותי homogenizes של הטרוגניות המרחבי של SOC, אחרים משתנים4. הסובייטית שונה בין ייעודי קרקע עם עולה בדרך כלל כמו יער old-field > מחדש יער אורנים > מעובדים cropland (איור 2). היוצאים מן הכלל הם כי מגרש אחד של יער עץ הסובייטית של קטן כמו העלילה מעובדים, והיה אחד אורן מגרש של הסובייטית גדול כמו העלילה עץ (איור 2). לוקח וγ = 0.1 או 10% כדוגמה, הסובייטית היה 4, 10, ו 30 (cropland מעובד), 80, 85, ו 300 (יער האורנים), 25, 200 ו- 350 (עץ). אם רק שלוש דוגמיות נאספו ב כל המגרשים, השגיאה היחסית היה ~ 10% - 30% (מעובד cropland) ~ 50% - 80% (יער האורנים), ~ 28% - 100% (עץ).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig1.jpg"> איור 1 : המחשה של עיצוב דגימה אקראית באשכולות בתוך מגרש 30 x 30 מ' מחקר נסיוני יער קלהון, SC, ארה ב4- החוגים המלאים מייצגים centroids (n = 9). המעגל מקווקו גדול מייצג אזור הדגימה centroid אחד (radius = 5 מ'). Xs לייצג מיקומי הדגימה מחילופי נבחר באופן אקראי כיוונים ומרחקים מ centroid. איור זה שונה מ- Li. et al. 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig2.jpg"> איור 2 : מגרש של דרישה גודל המדגם (הסובייטית), השגיאה היחסית (γ) SOC של עץ יער, יער אורנים מעובדים cropland. קנה המידה של יומן הוחל על שני הצירים. הקווים המנוקדים מייצגים קרקעות מעובדות, את קרקעות יער אורנים קווים אפורים, את קרקעות יער עץ קווים כהים. שלושה קווים שונים עבור כל שימוש קרקע תואמות שלושה מגרשים שכפל. איור זה שונה מ- Li. et al. 4 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
למחקר חקלאי של הקמפוס הראשי אוניברסיטת מדינת טנסי (TSU), הרחבת מרכז (אלק) ב נאשוויל, טנסי, ארה ב (36.12° N, 36.98° W, גובה: מ' 127.6) בשנת 2011, שדה ניסויים switchgrass הוקמה עם שלושה הפריה חנקן (N) טיפולים בתוך גוש אקראי עיצוב5. הסוג החיתוך הוא של "איש הנצח" מגוון "אלמו" מזרח switchgrass (virgatum ושכנותיה ל'). הטיפולים N שלוש הכלולות לא N דשן קלט (NN), נמוך N דשן קלט (בתוך: 84 ק ג של N ha-1 באוריאה), גבוה N דשן קלט (HN: 168 ק ג של N ha-1 באוריאה). בתוך כל חלקה, אזור מלבני של אזור 2.75 x 5.5 מ' היה מזוהה, בהמשך מחולקים שמונה מחותם 1.375 x 1.375 מ'. בתוך כל אזור מעגלית, centroid זוהה ולאחר שלוש ליבות נאספו עם כיוון אקראי, מרחק ביחס לכל centroid (איור 3). בסך הכל 24 ליבות וכך נאספו מכל 12 מגרשים, מניב 288 אדמה ליבות. MBC כל הליבה הייתה לכמת מאת כלורופורם ההדברה-K2SO4 החילוץ ודרכי עיכול אשלגן persulfate. הממצא העיקרי היה כי ההפריה N בדרך כלל משופרת של הטרוגניות המרחבי של MBC, cropland switchgrass. הסובייטית היה בדרך כלל גדול יותר עם דישון (איור 4). יוצאת דופן היא כי הסובייטית מגרש HN היה נמוך מזה של העלילה NN (איור 4). לוקח וγ = 0.1 או 10% כדוגמה, הסובייטית היה 10 ו 20 מגרשים משוכפל שני (נ), 30, 50 (LN), ו- 15 ו- 70 (ח נ). אם רק שלוש דוגמיות נאספו ב כל המגרשים, השגיאה היחסית היה ~ 20% - 25% (NN) ~ 26% - 35% (בתוך), ~ 20% - 40% (עץ).
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig3.jpg"> איור 3 : איור של עיצוב דגימה אקראית באשכולות בתוך מגרש 2.75 x 5.5 מ' אתר נסיוני ההפריה במרכז המחקר החקלאי אוניברסיטת מדינת טנסי (TSU) נאשוויל, טנסי, ארה ב. החוגים המלאים מייצגים centroids (n = 8) ואת כל חלקה כללה שמונה centroids ברשת כל מרובע (של 1.375 x 1.375 ז). ב כל מהעלילה המשנית, אזור מעגלית נקבע לדיגום קרקע. Xs לייצג מיקומי הדגימה מחילופי אקראי כיוונים ומרחקים בין centroid בתוך כל אזור הדגימה מעגלית (עיגול מקווקו). איור זה שונה מ- Li. et al. 5 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58519/58519fig4.jpg"> איור 4 : מגרש של דרישה גודל המדגם (הסובייטית), השגיאה היחסית (γ) עבור MBC תחת שלושה טיפולי הפריה- קנה המידה של יומן הוחל על שני הצירים. הקווים המנוקדים מייצגים קרקעות מעובדות, את קרקעות יער אורנים קווים אפורים, את קרקעות יער עץ קווים כהים. NN = שום דשן N קלט; LN = נמוך דשן N קלט; ו ח נ = גבוה N דשן קלט. שני קווים שונים עבור כל שימוש קרקע מקבילים שני מגרשים שכפל. איור זה שונה מ- Li. et al. 5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58519/58519fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

הנוהל אדמת-דיגום המסורתית קובעת את מספר דגימות. אדמה באופן שרירותי. כאן, אנו מספקים פשוט אך יעיל מקובצים באשכולות עיצוב דיגום קרקע להדגים הטרוגניות מרחבי אדמה ולקבוע באופן כמותי מספר דגימות. אדמה נדרש דיוק דגימה המשויך.

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...

שיטה זו יכולה לסייע בשיפור ההקפדה הניסיונית בהליך דגימת קרקע. כגון, גודל המדגם הנדרש לדגימת קרקע ודיוק משויך. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מספקת דרך כמותית לדגום קרקעות ושתיים, כדי לאזן את צרכי המחקר ואת זמינות המשאבים.ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על חלקות מחקר וצורות, אזורים ומיקומים שונים משום ששיטת ניתוח הכוח הסטטיסטית נותרה זהה. הדגימה להליך תהיה סיאנג ג'יאן, סטודנטית לתואר שני מהמעבדה שלי. זהה אזורי דגימה בתוך חלקת מחקר.לאחר מכן, קבע את מספר הרשתות המרובעות באורך שווה. בהתבסס על הגודל והצורה של חלקת המחקר, מספר היעד של רשתות מרובעות צפוי להיות בין 6 ל -10. כך שהמספר הכולל של דגימות הקרקע נשלט מתחת ל-30 בתוך חלקה.סמן את מרכז כל רשת מרובעת, או centroid, וליצור אזור דגימה עגול בקוטר שווה לאורך הצד של הרשת הריבועית. לעמוד על המרכז באזור המעגלי בעיניים עצומות ולזרוק אבן קטנה בכיוון אקראי ומרחק מן המרכז. אם האבן נפלה מחוץ לאזור המעגלי, עשה זאת שוב עד למיקום הדגימה הראשון.שים דגל על מיקום הדגימה ותמספר את הדגל. חזור על שלב זה עד שהושגו 3 מיקומי דגימה אקראיים באזור המעגלי. לאחר מכן, חזור על שלבים אלה בכל אזורי הדגימה המעגליים האחרים עד שכל המיקומים ייקבעו וי ממוספרים בסדר רציף.בחר נקודת פינה אחת וזהה אותה כמקור לאזור הדגימה בעלילה. למדוד מרחקים אופקיים ואנכיים של כל מיקום דגל ביחס למקור. לאחר מכן, רשום את המרחקים במחברת שדה כנקודות ציון x ו- y.השתמש auger אדמה לקחת ליבת אדמה מכל מיקום מסומן ולתייג את התיק בהתבסס על מספר הדגל. חזור על שלב זה עד ליבות הקרקע נלקחים בכל המיקומים המסומנים בדגל. כדי למזער את השפעת הדגימה, יש לוודא כי השקיות המכילות את דגימות הקרקע נשארות בתוך הדגל שלהן עד סוף האוסף, כאשר יש להרכיב בבת אחת את כל השקיות בחלקה.להעביר את דגימות הקרקע במקרר למעבדה ולעבד כל ליבת אדמה באותו יום. פעם אחת במעבדה, להסיר שורשים מכל ליבה ולמסנון את הליבה דרך מסמר קרקע 2 מ"מ. המשך הומוגניזציה יסודית כל דגימת ליבה לפני כל ניתוח.כדי לקבוע את תכולת לחות הקרקע בכל דגימה, תנור ראשון יבש תת דגימות במשך 24 שעות ב 105 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, לקרקע את דגימות תת הקרקע מיובשת האוויר לאבקה דקה לניתוח פחמן הכולל. כדי להשיג את הקרקע פחמן אורגני, או SOC, לשקול כל דגימת תת אדמה בכלי פתוח באמצעות מיקרו איזון.לאחר מכן, לטעון את הכלי הפתוח במנתח יסודי. כדי לכמת את הקרקע מיקרוביאלית ביומסה פחמן, או MBC, הראשון לשקול דגימות קרקע חיטוי טריים ולא fumigated אדמה. לאחר מכן, להוסיף 1 מ"ל של כלורופורם לדגימה אדמה fumigated בלבד.כמו כן, מוסיפים 25 מ"ל של אשלגן גופרתי לדגימה תת הקרקע שאינם fumigated. לאחר 24 שעות, מוסיפים 25 מ"ל של אשלגן גופרתי לדגימות חיטוי. לאחר טלטול כל צינור במשך חצי שעה, לאסוף את תמצית הקרקע על ידי העברת הפתרון באמצעות נייר מסנן Whatman מספר 4.עכשיו, להוסיף 5 מ"ל של תמצית אדמה ו 5 מ"ל של reageant שכנוע לשני צינורות תרבות גבוהה. מכסים את הצינורות בחוזקה ומניחים אותם בתנור הייבוש ב 85-90 צלזיוס לפחות 18 שעות, אבל לא יותר מ 24 שעות. מוציאים את הצינורות מהתנור בזהירות, ומצננים לטמפרטורת החדר לפני הניתוח.שלב את ערכת הנתונים SOC ו- MBC עם קואורדינטות x ו- y בהתבסס על מספרי הדגלים בהתוויה. לבסוף, השג את וריאציית המקדם וצור את העלילה בהתבסס על משוואה זו. תוצאות מייצגות של SOS ו- MBC מוצגות כאן.בסך הכל נקבעות 9 centroids ו 27 נקודות דגימה עבור SOC. על מנת להשיג את אותו דיוק דגימה, דרישות גודל המדגם עבור SOC הם בדרך כלל גבוהים יותר בקרקעות עץ הקשה ויער אורן, בהשוואה לקרקעות מעובדות. מוצגת כאן דרישת גודל המדגם בכל סוג קרקע כדי להשיג שגיאת דגימה מתחת ל- 10%A בסך הכל נקבעות 8 centroids ו- 24 נקודות דגימה עבור MBC.על מנת להשיג את אותו דיוק דגימה, דרישות גודל המדגם עבור MBC הן בדרך כלל גבוהות יותר בקרקעות מופרות, מאשר בקרקעות לא מופרות. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור ליישם חלקות אלה כדי לענות על הדגימה העתידית כפי שהוא מאפשר לך להפיק את מספר דגימות הקרקע כדי לענות על צרכי המחקר שלך ואת דיוק הדגימה הרצוי. לאחר התפתחותה, טכניקה זו סוללת את הדרך לחוקרים בתחום אקולוגיית הקרקע לחקור מאפיינים מרחביים בחומרים מזינים אחרים באדמה ועל תכונות כימיות חדשות.

sampling-soils-in-a-heterogeneous-research-plot

Research

JoVE Journal

Environment

סביבה

סרטון זה מדגים את הטכניקה לאיסוף דגימת קרקע לניתוח תכונות הידראוליות. אזור הדגימה מנוקה, והקרום העליון מפונה. לאחר מכן מניחים את טבעת הדגימה באדמה כדי לאסוף את הדגימה. לאחר מכן מנקים את הטבעת עם הדגימה, מתויגים, נארזים ומועברים ללא הפרעה לניתוח.

איסוף דגימות ליבת קרקע לניתוח נכסי אגירת מים

הבנת התפקיד של הטרוגניות סביבתית בקיום מין יש בדרך כלל מתמקד בסוגים של הטרוגניות שהם חיצוניים להרכב המינים של הקהילה. אנו מספקים שיטות מפורטות רומן ליצירת טיפולי ההטרוגניות אדמה באמצעות קרקעות כפופות לאוויר צמח אדמת משוב, או הטרוגניות מהותית בהרכב הקהילה.

פרוטוקול ניסוי להטרוגניות קרקע מושרה צמח מניפולציה

lysimetry שדה ודגימת porewater מאפשרים לחוקרים להעריך את גורלם של חומרים כימיים מוחלים על קרקעות וצמחייה שהוקמה. המטרה של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להתקין מכשור הנדרש ולאסוף דגימות לאנליזה כימית בlysimetry שדה המשולב וניסויים דגימת porewater.

משולב שדה Lysimetry וPorewater דגימה להערכת כימית ניידות בקרקעות וצמחייה הוקמה

מודגמת שיטה מפורטת למיצוי והרכבה של ליזימטרים שלמים של ליבת קרקע והשימוש בהם לחקר תשטיף ואובדן נלווה של חומרים מזינים מפסולת עופות המיושמת על פני השטח.

פרוטוקול Lysimeters Core קרקע איסוף הבנייה

מחקר זה מציג שיטה החפירה לחקירת הידרולוגיים מתחת לפני הקרקע, גיאוכימיים, וההטרוגניות מיקרוביולוגיות של lysimeter אדמה. Lysimeter מדמה hillslope המלאכותי שהיה בתחילה בתנאי הומוגניות היה נתון כ -5,000 מ"מ של מים במשך שמונה מחזורים של השקיה ב תקופה של 18 חודשים.

חפירה באדמה Lysimeter עבור ההידרולוגי מצמידים, גיאוכימיות, וחקירות מיקרוביולוגיות

דגימת אדמה חוזרת לאחרונה הוכחה להיות דרך יעילה לפקח שינוי אדמת יער במשך שנים ועשורים. כדי לתמוך השימוש שלה, פרוטוקול מוצג כי מסנתז את המידע העדכני ביותר על שיטות דגימה מחדש באדמה כדי לסייע בתכנון והיישום של תוכניות ניטור אדמה מוצלחות.

שיטות Resampling הקרקע לעקוב אחר שינויים בריכוזיים הכימית של קרקעות יער

כאן אנו מציגים מתודולוגיה אשר תואם את גודל דגימה אדמה ומכשיר מדידת מוליכות הידראולית כדי למנוע זרימת ה"קיר לאורך בתוך המיכל אדמה להיכלל בטעות במדידות זרימת מים. השימוש בו הוא הפגין עם הדגימות שנאספו מתוך אתר השקיה בשפכים.

שפכים השפעות השקיה על אדמת מוליכות הידראולית: מצמידים שדה דגימה ונחישות מעבדה של רוויה מוליכות הידראולית

עיצוב מיקרועלילה למשך 15N מחקר המחקר מתואר כדי להכיל מספר רב של העונה באירועים המפעל הקרקע. הליכי איסוף ועיבוד של הקרקע והצומח, כולל פרוטוקולים לטחינת ושקילה, עבור הניתוח של 15N מושם.

מיקרועלילה עיצוב וצמח הכנה לדגימת קרקע עבור 15ניתוח חנקן

שיטת האימות המתוארת כאן ניתנת להתאמה לניטור בידוד פחמן אנאורגני פדופילי בקרקעות חקלאיות שונות המתוקנות בסלעים המכילים סיליקט מתכתי אלקליין, כגון וולסטונייט, בזלת ואוליבין. סוג זה של אימות חיוני עבור תוכניות אשראי פחמן, אשר יכול להועיל לחקלאים לבודד פחמן בתחומם.

ניטור הצטברות פחמן אנאורגנית פדוגנית עקב בליה של מינרלים סיליקט מתוקן בקרקעות חקלאיות.

קביעת תכולת מי הקרקע היא דרישת משימה קריטית עבור סוכנויות מדינתיות ופדרליות רבות. פרוטוקול זה מסנתז מאמצים רב-סוכנותיים למדידת תכולת מי הקרקע באמצעות חיישנים קבורים באתרם .

ב Situ חיישני לחות קרקע בקרקעות ללא הפרעה

למדו שיטת דגימת קרקעות מקובצת לקביעה כמותית של מספר הדגימות הנדרש במחקר אקולוגיית קרקע. השיטה מאזנת בין צרכי המחקר לזמינות משאבים ומיושמת ביערות ובקרקעות מעובדות.

קרקעות הדגימה במחקר הטרוגנית מגרש

גלה סרטונים נוספים