繰り返し土壌のサンプリングは、最近数年と数十年にわたる森林土壌の変化を監視するための効果的な方法であることが示されています。その使用をサポートするために、プロトコルが成功した土壌のモニタリングプログラムの設計と実装を支援するための土壌のリサンプリング方法の最新情報を合成し、その提示されています。
この記事について
サマリー
要約
最近の土壌研究は、重要な化学的土壌特性が10年以内に変化する可能性があることを示しました。これは、多くの場合、広範な環境変化の結果です。森林土壌のこれらの変化を監視するためにサンプリングを繰り返すことは、文献には十分に文書化されておらず、科学界で広く受け入れられたのはごく最近の比較的新しい方法です。 したがって、このプロトコルの目的は、土壌モニタリングプログラムの設計と実装に使用できる形式で、土壌リサンプリングの方法に関する最新情報を合成することです。 森林土壌のモニタリングを成功させるには、反復サンプリング場所で特徴付けることができる森林地帯の領域内に研究ユニットを定義する必要があります。5 年間のリサンプリング間隔が推奨されますが、特定の環境ドライバーを評価するために監視を行う場合は、そのドライバーで予想される変化率を考慮する必要があります。ここでは、プロファイルのサンプリングは、境界を明確に識別でき、地平線が上下の地平線から汚染することなく土壌を除去するのに十分な厚さである地平線によって実行できることを示しています。それ以外の場合は、深度間隔でサンプリングを行うことができます。将来の再分析のためにサンプルをアーカイブすることは、分析バイアスを回避し、新たな問題が発生した場合に追加の分析の機会を提供するための重要なステップです。
概要
土壌の開発は、従来、千年の時間スケール1に百周年にわたって行わプロセスの観点で見てきました。農業などの集中的な用途によって乱されていない土壌のモニタリングは、典型的には、数十年に年の時間スケール上のポリシーや管理の懸念のために重要であると考えられていませんでした。しかし、近年の土壌調査は重要な化学土壌の特性は、以下の十年で、このような大気汚染や気候変動2などの人間活動の影響によって駆動幅広い環境変化の多くの場合、結果を変えることができることを示しています。北米東部では、繰り返し土壌サンプリングは森林設定の土壌変化のレコードを酸性沈着の影響に関する貴重な情報を提供しています。この作業を支援し、コーディネートするための努力では、協同組合（NESMCを）監視北東部の土壌は、2007年3内に形成された。本稿では、プロにNESMCの継続的な努力の一環です私たちの環境の変化を監視するための貴重なツールとして森林土壌の繰り返し土壌サンプリングの使用を進める見よ情報。
繰り返しサンプリングは、実験操作からの変更を評価するために使用されてきたが、環境ドライバに応じて、森林土壌の長期的なモニタリングは、文献に十分に記載されていませんし、ごく最近になって広く科学界に受け入れてきた比較的新しい習慣です。過去の懐疑論は、土壌の変化率は、（水平および垂直）森林土壌の典型的な高空間変動の存在下で検出することが遅すぎたとの見方に大部分によるものでした。土壌のコレクションは破壊的であるので、リサンプリングは、元のサンプリング位置の近くに行うことができます。したがって、サンプルが収集され、そこから3次元空間内の空間的変動は、実際の変更を検出し、収集方法のアーティファクトである結果を防ぐため、適切に定量化でなければなりません。また、土壌のサンプリングと化学分析のプロセスが変更をマスク又はバイアスが4をもたらすことができ、測定の不安定性の潜在的な源を作成します。測定の不安定性を完全に除去することはできないが、十分に最小限の不確実性を有する結果を生成するために適切なプロトコルを用いて制御することができます。
土壌モニタリング調査の設計
土壌モニタリングは、土壌サンプルは研究者によって定義された時間間隔で繰り返し採取されている必要があります。短い時間間隔は、統計的な変化を検出するのに必要な時間の長さを減少させるが、より長い間隔が土壌変化が4を発生するためのより多くの機会を提供します。 5年のリサンプリング間隔は、これらの2つの要因のバランスを取ることが推奨されますが、監視が特定のドライバを評価するために行われている場合、間隔はそのドライバ2に予想される変化率に基づいて設定する必要があります。森林土壌の成功の監視も必要試験装置は、土壌のモニタリングのために選択された森林地の領域内に定義されることです。試験装置内の複数の位置で繰り返されるサンプリングが、その特定の試験ユニットの土壌を経時的に変化したかどうかを決定するために使用されます。追加の調査単位を選択することができるが、それぞれ統計的に土壌の変更が発生したかどうかを評価するために別々に分析されます。ローレンスらに示されているように、複数の試験ユニットの統計結果は、地域の分析のためにグループ化することができる。5。研究ユニットの種類とサイズが求められている監視質問と以下の研究の設計上の考慮事項に依存します。試験ユニット内の土壌サンプリングは、サンプリングをバイアス4なしで試験ユニットの面積変動性を特徴付けるために十分な場所で行われている限り、複製サンプルを得るために、ランダムな位置で、またはグリッド上で行うことができます。機能のSUCに関して、単一の景観型内に配置された研究ユニットスロープ、hillslope位置、態様、植物、母材と排水などの時間は、複数のランドスケープタイプにまたがる研究部より少ない面積の変動を有する傾向があります。各コレクションでサンプリングバイアスを回避することは、前と今後のコレクションで得られた値と比較して、統計的になるようにいずれかのコレクションにサンプリングピットからの値を有効にするために必要とされています。試験装置のサイズが大きくなるように、試験装置内の面積の変動はまた、植物又は傾斜の変化などの要因から増加させることができます。なるこのような変動の潜在的な原因は、研究ユニット内に包含される場合は、追加のサンプリング位置が発生することがあり土壌中の可能な変動性を特徴づけるために必要とされるであろう。従って、試験装置の大きさは考慮されている領域と、サンプリング及び再サンプリング作業のために利用可能なプロジェクトのリソースの変動に基づいて、調査者によって決定される必要があります。
考慮すべき重要な基準研究ユニットの位置を内edは将来の望ましくないサイト障害の可能性です。現場の状況は数十年以上のために定義された監視の目的に適したままであることの保証のいくつかのレベルがあるはずです。例えば、監視気候変動の影響の単一目的とした研究ユニットは、ロギングが予見可能な将来に発生しません領域に配置する必要があります。
本明細書中に記載の方法論は、個々の研究ユニットのサンプリングをカバーしています。研究ユニットは、風景の種類や勉強のユニット内で複製することができる研究は実験操作を伴うかどうかなど、研究の目的と範囲に応じて追加の風景のタイプを特徴づけるために追加することができます。土壌監視設計の例が図1に示されている。関心領域（西部アディロンダック領域）内では、6研究ユニットが配置されています。この場合には、各試験ユニット25は同じサイズにグリッドれますプロット。各プロットは、ピットの掘削に適した空間を提供するのに十分な大きさである必要があります。米国北東部とカナダ東部の森林高地地形では、1.2メートルの深さにピットを掘削するための適切なスペースは、一般的に10メートルの面積で10メートル以内にあります。したがって、この例では、試験装置の総面積1.0ヘクタール等しいです。調査単位がサンプリングされるたびに、プロットの選択された数は、ランダムサンプリングのために選択されます。 5複製プロットをランダム5年の間隔でサンプリングのために選択されている場合、試験装置は、25年間のために監視することができます。 1ピットを掘削し、サンプルするのに必要な面積は、風景の中で変化し、サンプリング設計で考慮しなければなりません。
研究ユニット内の複製の程度や研究ユニットの特性に応じて変わる繰り返しサンプリングの頻度、質問がと予想される外乱の性質れています。持っている土壌リサンプリング研究に基づいて一般的に森林土壌で使用される測定値変化を検出し、5年のリサンプリング間隔と、各研究ユニット内の5の反復サンプリング位置の最小値が推奨されています。リサンプリングの頻度を減少させ、サンプリング複製を増加させる変化を検出する能力を強化します。
図1：例の研究デザインの一般リサンプリング研究デザイン。研究ユニットは、2ストリームチャネルの水辺エリアを回避するために配置されていることに注意してください。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
土壌サンプルコレクション - 背景情報
土壌試料の採取は、ほとんどの場合で発生する土壌が乾燥する傾向がある季節、中に行われるべきです成長期の後半。この時点でリサンプリングすることにより、一貫性はまた、植物季節、土壌の化学的条件に可能な影響に関して達成されます。サンプリング中または直後に大雨の後や汚れが非常に湿っているときに避けるべきです。研究ユニット内の少なくとも1つの位置を説明し、米国外で使用される土壌分類システム以下の本明細書に提供されるフィールドのプロトコルは、以下の場合は土壌6、または他の適切なプロトコルを記述するための米国農務省の自然資源保全サービス（NRCS）フィールドブックを以下の文書化する必要があります米国の分類システムとフィールド内の土壌を記述するためのNRCSフィールドブックのコピーが必要です。サンプラーは訓練と経験を記述し、土壌モニタリングプロトコルを実装する前に、監視されている土壌の種類をサンプリングしている必要があります。
土壌のコレクションは、様々な方法で行うことができるが、反復手法を使用することは重要です土壌の変化を監視します。フィールドの方法論は、標準作業手順（SOP）に記録されるべきです。サンプリング間収集手順の変更は避ける必要がありますが、これが不可能な場合は、すべての詳細が文書化されなければなりません。
テストはまた、手順の変更によって引き起こされるバイアスの可能性を評価するために行われる必要があります。サンプリングは、（1）境界が明確フィールドで識別することができ、水平線によって行うことができる（2）視野は、上記または下記の視野からの汚染することなく汚れを除去するのに十分な厚さです。これらの基準が満たされない場合には、深さ間隔によるサンプリングを行うことができます。任意のサンプリングでは、特に注意が最上位のミネラル地平線（通常はBまたはE）で表面有機物に富む地平線（通常はOまたはA）から土壌を混合しないように注意する必要があります。他の土壌に色の変化がディを反映し、最小限のようにテクスチャー変更することができ、一方、いくつかの土壌で、質感や色の変化は、有機ミネラルインタフェースを介して容易に表示されます有機炭素（C）濃度のfferencesは、インターフェイスの場所を特定するために依拠しなければなりません。テクスチャーの変化から、このインタフェースを決定することはあっても、経験豊富な土壌科学者のために、困難な場合があります。有機ミネラルインターフェースの検証は、炭素濃度（有機地平線有機炭素濃度によって定義される> 20％7）の実験室での分析を行うことができます。いくつかの土壌では、Oの地平線は1cm未満の厚さとすることができるとサンプルにはあまりにも薄くてもよいです。同じ土壌断面内の地平線と深さの両方によるサンプリングは、そのプロファイル内の地平の厚さの明瞭の変動に対処する上で有効であることができます。サンプリングする地平または深さはまた、監視プログラムの目的に依存することになります。表面に近い層における土壌の変化は、より一般的に深い地平や結果の不確実性を低減するのに有用である情報を提供することができる深さ間隔など、より深い層に比べて識別され、されているが、。たとえば、最初のサンプリングで、重く酸性沈着によって浸出氷河土壌は、その後、深さとともに増加上位Bの地平線に最小となるベースの飽和を示しました。繰り返しサンプリングでは、このパターンはまた、個々の層の濃度が変化した場合でも発生します。異なるパターンが繰り返しサンプリングで観察されている場合、2つのサンプリングが比較土壌で行われていなかった可能性が高いです。理想的には、サンプルは完全な水平線の厚さにわたって収集されるべきです。しかし、厚すぎる地平に垂直にサンプル収集を統合することは、全体の厚さにわたって困難な場合があります。この状況では、等量のサンプルが地平線の下から上に等間隔で収集することができます。サンプリングは完全な水平線の厚さを介して行われていない場合は、その水平線内のサンプリング深さ間隔を記録します。
土壌サンプル処理および解析 - 背景情報
Pプロファイルから土壌サンプルを除去するrocessは、根を切断し、そのような温度、湿度、酸素および他のガス濃度などの要因の変化を引き起こすことによって、そのサンプルを変更します。そのため、一部の測定値は、彼らが困難な長期モニタリングプログラムで使用すること、サンプルを保持する能力なしに迅速に行われなければなりません。しかし、収集、分析の前に化学反応を安定化させるために比較的一貫した方法を提供した後に、そのような質感、かさ密度、総Cおよび窒素（N）、及び合計と交換金属の濃度として最も一般的な物理的および化学的測定用のサンプルを空気乾燥。ほとんどの場合、土壌測定は操作上、その場の土壌条件、および使用サンプル収集、調製及び分析の結果の両方を反映して、定義されています。アーティファクトは、時間をかけて方法論におけるプログラムの目標、および一貫性のための最善の方法を選択することにより最小化されます。乾燥し、さらにCに一度土壌試料中のhangesが最小化されており、ほとんどの水分を除去した、サンプルは土塊を破壊し、石や根断片を除去するためにふるいにかけすることができます。これらの手順は、サンプルが化学分析のためにサブサンプリングする前に均質化することを可能にします。サンプル収集および処理方法の一貫性が経時的に維持されなければならないように、化学分析からの潜在的なバイアスも制御しなければなりません。化学分析のための標準操作手順（SOP）のドキュメントは、サンプルが収集され、分析されるたびに必須であり、理想的には、同一のSOPはすべてのサンプル収集のために使用される使用しました。化学分析の成功は、内部基準試料と相互研究所交換サンプル、ならびに標準的な内部品質管理手順の使用を含む品質保証プログラムで確認する必要があります。一般的に使用される化学分析方法の比較についてはRossらを参照してください。8。
10年ごとに5を介して行われるリサンプリングするとntentは ">、いくつかの変更は、SOP、実験用計測器、実験者、または分析を行う実験室としての化学分析の一つ以上の側面に発生する可能性があります。これらの要因分析的バイアスを制御するために。コレクションの間の分析のバイアスの可能性を作成し、各コレクションからのサンプルの未使用部分は、将来の使用のためにアーカイブする必要があります。以前のコレクションからのサンプルは、新たに収集されたサンプルを用いて分析することができ、データを比較することにより、分析バイアスの可能性は、この方法は、化学変化は、貯蔵期間中にアーカイブされたサンプルには存在しないという仮定に基づいている。対処することができる。上で点火ロスと交換塩基の濃度は、交換可能なアルミニウム、総C、総N 30年9〜11まで延長している様々な研究において安定であることが示されている。しかしながら、空気乾燥土壌の貯蔵は、土壌のpHを低下させることが示されていますプロトコル
1.研究ユニットの選択と説明
- 監視のために所望の特性を有する森林面積を見つけます。 （1）試験装置を監視対象領域の代表であること、及び（2）面積が計画サンプリング及びリサンプリングを収容するのに十分に大きいが、それほど大きくないことを確認して、この領域内の試験ユニットの境界を確立します複製ピットの過剰量はユニット内の変動を表すために必要とされていること。
- 全地球測位システム（GPS）ユニットで試験ユニットの位置を記録します。研究ユニットが円形である場合の研究ユニットは、矩形、または中央および垂直直径の両端である場合、中心とコーナーを記録します。レコードに記述されたサイトは、GPSユニットに電子的にそれらを格納することに加えて、フィールドのフォーム上の座標。許容する場合は、このような鉄の棒のような永久的なモニュメントとキー位置をマーク。
- 目のLEVEで低迷またはいくつかの他のマーカーをぶら下げによって斜面を記録研究ユニットセンターでと調査地の最低標高エッジにおけるリットル。最低エッジ（スロープダウン）に研究ユニットセンターから研究ユニットセンター（スロープまで）への研究ユニットの（1）最高標高エッジから傾斜計と傾斜を測定し、（2）。研究ユニットの最高標高エッジから優勢な下り坂の方向（傾斜側面）に沿ってコンパスの読みを記録します。
- 研究ユニットは、低救済の領域にある場合は調査地域はhillslope、またはフラットプレーン上にある場合サミット、肩、上り法、footslopeまたはtoeslopeなどの傾斜位置を記録します。 Shoeneberger内のページ1-7と1-10 らを参照してください。6斜面位置の識別を検証します。
- 垂直地層によって支配的な植生種を特定します。例えば、（キャノピーでトップOに到達するものを1メートル以下の低木で支配的なハーブの種、1メートルより背が高いが、林冠に達していない支配的な苗木種、および支配的な樹種を記録キャノピーf）に。どのように森林の種類に依存する階層を定義する作業中。上り坂を見て研究ユニットの最低標高エッジからと下り坂を探して、最高標高エッジから低木のデジタル写真を撮影します。
- 土地の選択研究ユニット内のあまり重要である表面、したがって、研究ユニットのない代表を避け、ピットのための場所を選択します。また、時や木の表面または過度の密度の近くに土地のサンプリング方法が原因で多年生湿りのために可能ではない面、過度の岩を避けるため、または土壌モニタリングプロジェクトの目的に反している状態の。
2.発掘およびプロファイルの説明
- ピットが出土する場所に隣接する防水シート（12フィートまたは3.7メートルによって3.1メートルで約10フィート）をレイアウトします。ピットdiggi中に踏みつけや汚染から保護するために計画されたピット（上り勾配側可能であれば）の一方の側を選択します。ngのプラスチックごみ袋または類似したもの（ 図2）で覆うことにより。この側面は、プロファイルの説明およびサンプリングのために使用されます。
図2：。。 完成ピット掘削土壌ピット掘削がピンはピット面上の視野をマーキングとともに、サイトの乱れを最小限に抑えるために防水シートで除去鉱質土壌と無傷の林床を示す。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
- シャベルで林床（Oホライズン）を除去することにより、ピットを掘削開始します。可能な場合は、無傷の林床を維持し、それがピットから削除されて鉱質土壌と混合されることはありませんどこに置きます。可能な最小のフットプリント（通常、約0.5トンでピットを掘削モニタリング設計により決定される所望の深さに到達するまで、O 1メートル2）。
- 軽く掘削に起因するいかなる緩い汚れを除去するために手ゴテで下向きにこすることによって説明し、サンプリングのための垂直ピットの顔を準備します。必要に応じて手snippersと根を剪定。
注：過度の岩や根が説明し、サンプリングのためにピット面のクリアを排除した場合、または所望の深さに到達し、ピットが幾分拡大する必要があるかもしれません。 - ピット顔やピットの底から穴にしみ出した水の任意の観察（フィールドノートブックや電子記録デバイス内）を記録。
- 視覚色、テクスチャおよび構造の違いのために上から下にピット面を評価します。異なる土壌の少量を削除し、 図3に示すように、水平線の境界を特定するのを助けるために（そのようなフィールド形式の裏側など）紙の白片に並べて配置します。
図 3：ピット面から汚れを除去するために使用されるサンプルの除去技術手法。また示さ地平線の境界を識別するのを助けるために整列ピット面から取り除か異なる色のサンプルが、ある。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4： 地平線の表現の例突然のか、明確でスムーズまたは波状である地形の明瞭なクラスを持っている地平線の境界で土壌断面このfiguの拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。再。
図5： 地平線の表現の例波状または不規則であるクリアまたは緩やかと地形の明瞭なクラスを持っている地平線の境界で土壌断面。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
- ページNRCSフィールドブック6の2-5に2-2以下の地平線の名称を記録します。
- T字型ピンまたは類似のオブジェクトのマーク水平境界（ 図2、図4、5）。地平線マーカーとスケールを示す所定の位置にテープでプロフィールのデジタル写真を撮影します。
- 測定し、大気と土壌表面との間のインタフェースにメトリックテープ相対で、各水平線の上下の深さを記録。
- ページNRCSフィールドブック6の2-7に2-6次の各水平線の境界のための明瞭クラスと地形コードを記録します。
- ページ2-8 NRCSフィールドブック6の2月11日に以下のマンセル土壌カラーブックを使用して、各水平線の色を記録します。
- 各水平線について、（のようなテクスチャクラス（ページ2-37に2-36）、構造型（ページ2-52 2-54へ）を記録し、視覚的に岩の量の概算を作るためにピットの顔を検査NRCSフィールドブック6の指示に従って体積％）。また、各水平線のため、細根（<2ミリメートルの直径）は、豊富な共通の、いくつかまたはnoneであるかどうかを示します。
3.サンプル採取
- 研究設計や要件に基づいてサンプリングする地平および/または深さを選択します。
注：（1）境界がはっきりフィールドで識別することができ、（2）視野はとても除去するのに十分な厚さ：場合地平線によって収集上または下の地平からの汚染なしにIL。 （1）水平線の境界がサンプリングする薄すぎる、または（2）水平線の境界が不規則で、または壊れている次の場合、深さ間隔によって収集します。 - 選択した地平または深さ間隔、最も深いサンプルから始まり、上向きに働くから土壌を採取してください。ピット面からサンプルを削除するには、サンプリングされている層の底部近くの園芸こてを挿入します。そして、それは底こて（ 図3）を用いて除去することができるように、土壌を緩めガーデニングこて上記フラットこてを挿入します。
注：採取した土壌の質量は、計画された化学物質によって必要とされる総質量は、アーカイブのために必要な質量（少なくとも4つの追加の完全な分析）プラス分析等しくなければなりません。 - 密閉式のビニール袋と二重袋のサンプルに入れサンプル土壌は石であれば。地平線と深さの両方のサンプリングのために、水平線（ すなわちをサンプリングすることができるピット面の幅全体に土壌を採取、地平線）がサンプリングすると、岩や根が発生しない十分な厚さです。
- 研究ユニット、日付、ピット識別、水平線または深さ間隔、およびサンプラー名でサンプルバッグにラベルを付けます。
- サンプリングが完了すると、鉱質土壌と粗い断片とピットを埋め戻します。できるだけそのままのような有機材料を保ち、鉱物土壌の上に林床に置きます。研究ユニットの記念碑（距離やアスペクト）に対するピットの位置を記録します。
- サンプリングデザインにするよう求めたレプリケーションを提供するために、研究ユニット内の追加のピットを掘削。各ピットでは、2.1 2.8を介して、次の手順を実行し、プロファイル記述は、すべてのピットで必要とされている場合、また、2月11日まで手順2-9に従ってください。そして、ステップ3.5を介して3.1以下のサンプルを収集。
4.サンプル処理
- コレクションの24時間以内に、サンプルの空気乾燥を促進するパンにビニール袋の外にサンプルを注ぎます。エア-Dゴミ等の空気中の汚染物質から保護されて安全な場所にほぼ室温でRY。濡れに応じて、数日おきにパンにサンプルを混ぜます。空気乾燥が終了近くにあるかどうかを判断するための乾燥の視覚と触覚の証拠のために、各サンプルを検査します。
- いくつかのサンプル（3以上）からサブサンプル（約5グラム）を計量することにより、空気乾燥の完了を確認してください。その後、24時間（60℃での有機質土壌; 105℃での鉱質土壌）のために、これらのサブサンプルをオーブン乾燥し、再び秤量。乾燥前の総質量（土壌プラス水分）のパーセントとして乾燥によって失われた水分の質量を計算します。
- 2日後、ステップ4.2を繰り返し、第二乾燥炉で失われたことに、最初のオーブン乾燥から失われた水分を比較します。各オーブン乾燥中に失われた水分は、2％以内である場合には、土壌を風乾しと考えることができます。空気乾燥は、できるだけ多くの空気を排出した後に密封することができるプラスチック製の袋に場所サンプル、完了したら可能。
- 粗い断片と根を削除するには、収集したすべての土をふるいです。約4〜6ミリメートルの開口部を有するふるいを通して、有機サンプルを渡します。 2ミリメートルの開口部を有するふるいを通して、鉱物土壌サンプルを渡します。小さい開口部から追加のふるいは、特定の化学分析のために必要とすることができます。リサンプリングのために、ふるい分け手順は前回のサンプリングのものと一致することを確認してください。
注意：篩い分けをしている人々は、ほこりを吸い込むことのいずれかから排気フードで篩い分けまたはN95微粒子フィルター面体レスピレーターを承認米国立労働安全衛生研究所（NIOSH）を身に着けていることによって保護する必要があります。
5.化学分析
- このようなRossらのものと同様の森林土壌、で使用されているものと一致している化学的分析方法を選択します。8。米国環境保護庁土壌方法マニュアル14はまた、方法の大要を提供しますそれは、一般的に森林土壌の分析のために使用され続けています。偏差が必要な場合は、データの比較可能性を確認する必要があります。 SOPは完全に各分析のために文書化されていることを確認してください。
- 品質管理を維持するために、すべての分析バッチで監視プログラムで採取した土壌サンプルと同様の特性を有する基準土壌サンプルを含めます。また、他の研究室とのデータの比較可能性を決定するために、インターラボ交換8からのサンプルを含みます。
6.アーカイブ土壌サンプル
- 化学は、将来の使用のために分析した後に残った土をアーカイブします。 （1）測定の完全なスイートのために使用されたどのくらいの土壌に基づいて保存する土の塊を選択し、（2）回のサンプルの予想される数は、将来的に再分析され、および（3）利用可能な長期長期保存スペース。
- 永久的なマーカーで、BAに取り付けられた適切なサイズのスズネクタイ（twistableワイヤ上の次の情報を書き込みます（3）日収集、（2）篩サイズ、水平線または深さの増分を含む（1）試料の識別情報、及びそのようなサンプルのシリアル番号など（4）必要な検査情報：封止用g）のポリ紙袋に並びます。
- 計量し、各サンプルのためにアーカイブされている土壌の質量を記録し、スズネクタイ袋に入れます。適切なサイズのビニール袋（ 図6）に錫ネクタイ袋を置きます。
図6： アーカイブ用にパッケージ化された土壌サンプルアーカイブされた土壌サンプルの内部実装この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
- 例えば、Fに示す方法として利用可能な棚に構成された段ボールの貯蔵容器（内袋に保管してくださいigure 7。効率的に配置されるようにサンプルを有効にするには、内部に含まれるサンプルに関する情報をボックスにラベルを付けます。安定した温度でのアーカイブの部屋にしてください。
図7：アーカイブされた土壌サンプルのExamplingまたはアーカイブされた棚スペース効率に優れた棚。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
- 日常的にバックアップされたデジタルデータベースの各アーカイブのサンプル上の店舗情報。 （1）サンプル識別、サンプルを分析したこと、（2）それぞれの日、サンプルを分析した（3）実験室、（4）の分析は、それぞれの日に行われ、（5）試料の質量が残り（更新を含みますこの試料の一部が分析のために除去されるたびに）、及び（6）アーカイブされたサンプルのための保管責任を持つ機関名。
7.時間にわたり化学分析の整合性の確認
- 新しく収集されたサンプルの分析とともに、各水平線や深さの増分から12アーカイブされたサンプルの最小値を再分析。
- （データ正常性を反証されている場合にはマンホイットニーの順位和検定）化学分析の結果は、前回の分析と現在の再分析の間（P <0.10）有意に異なるかどうかを決定するために2つの両側t検定を実行します。
注：有意差（または統計的に有意ではないクリアバイアス）が観察された場合、元のデータと再解析データとの関係が評価されるべきです。変動性（R 2> 0.9）の大部分は、この関係によって説明することができる場合は、バイアスを除去するためにデータを調整するために使用することができます。ただし、R 2 <0.9、アーカイブされたサンプルsの残りの部分houldは、新たに採取したサンプルから得られた以前のサンプリング結果と結果のデータを比較解析的バイアスが存在しないことを確実にするために再実行します。
結果
ローレンスらの研究で収集されたデータ。9は、東部ME赤トウヒ（ トウヒルーベンス ）、フォレスト内の12ピットからOaの地平線サンプルの変化を検出するための統計的検出力にサンプリング複製の効果を実証するために使用することができます。 （コシュートと呼ばれる）この研究サイトの詳細については、ローレンスらに提供されています。9。 （ポドゾル性土壌として分類）土壌は、突然の境界とEの地平線を重ね比較的薄いのOA地平線を（平均厚さはそれぞれ、1992年から1993年と2004年に2.5センチメートル3.7センチ等しかった）がありました。 12のサンプルサイズで、1992から1993年および2004年に採取した試料の間で有意な変化（P <0.05）のpH、有機C、及び交換可能なカルシウム（Ca）、ナトリウム（Na）及びアルミニウム（Al）の測定で検出されました、変化は、交換マグネシウム（Mg）（ 表1）について観察されませんでした。 12サンプルの8がランダム、統計分析のために選択した、significアリの違い（P <0.001）が、交換のNaとAlのために観察し、ランダムに選択された4〜12のサンプルでは、有機CのP <0.10レベルでは、有意差は唯一のP≤0.05レベルで交換可能なアルおよびNaを観察しました。
表1： サンプルサイズ効果土壌試料の化学的測定において有意差を検出する12、8、4のサンプルサイズを使用した統計結果は、10〜11年離れて収集しました。統計的に有意であると考え、P値は赤イタリック体で示されています。
OA地平線とバッククリーク（ニューヨークの西部アディロンダック地域）の北と南支流の流域で採取したB地平線の上10センチからのデータが時comparin不確実削減にアーカイブされた土壌の値の例を提供します異なる期間からのGデータ。収集分析し、1997-2000にアーカイブ55サンプルのうち、15は、ランダムに2013から14に再分析のために選択しました。両方の期間における分析は、同じSOP以下、米国地質調査所ニューヨークウォーター科学センター、ニューヨーク州トロイの実験室で行われました。オリジナルと15 Oaの地平線サンプルの再分析で交換可能なのCaの値は、交換のCa濃度（ 図8a）には差（P> 0.10）を示しませんでした。 1に対してプロット：1行もほとんど、あるいは全く偏りを示し、R 2値は、少し説明のつかない変化を示しました。保存後の再解析から元のデータとデータの間の差の欠如は、14から16年の間にどちらの分析バイアスも記憶効果は、Caデータ内の誤った相違を引き起こしたことを示しています。これに基づいて、交換可能なカルシウム濃度を1997から98に収集追加の40のOAサンプルの再分析が不要であると決定されました。
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図8：CA の再解析結果のOA地平線で交換可能なのCaの測定値との関係（a）は 、上部10のBの地平線のCM（b）は 、1997年から2000年（元の分析）で作られ、アーカイブされたサンプルの測定2013-2014（再解析）に再測定します。 1：1のラインは、プロットに示されています。式は線形回帰によって決定最良適合線を表す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
アーカイブされた土壌は、同じSOPを使用して、Bの視野（ 図8b）に交換CAの再分析した場合、異なる結果が得られました。有意差（P <0.10）が、O間で得られましたriginal解析及び再解析（平均= 0.33 CMOLのC / kg）の（= 0.40 CMOL C / kgの平均）を、線形回帰は、2つのデータセット（P <0.001; = 150 R 2）との間に非常に有意な直線関係を示したが。この強力な関係で、回帰モデルではなく、新たに収集され、分析された試料に対してバイアスを除去するために再分析40サンプルの元の値を調整するために使用しました。
交換のAl濃度を決定するためのSOPの変化は、Alを滴定15とAlをブルームら次誘導結合プラズマ（ICP）により測定した再分析によって測定された元の分析の間に異なる結果をもたらした。14。元の値との間に15 Oaの地平線サンプル（ 図9a）の交換可能なアル測定値の比較は= 7.8 CMOL cと再分析（平均値（= 11.5 CMOL C / kgを意味します） 2 = 0.96）と有意なバイアス（P <0.05）; B> / kg）は強い直線関係（P <0.001を示しました。 B地平線のCa濃度について行われたように、回帰モデルは、分析のバイアスを除去するために再分析しない40サンプルの元の値を調整するために使用しました。
図9： アルのための再解析結果のOA地平線で交換可能なアルの測定値の間の関係（a）は 、上部10のBの地平線のCM（b）は 、1997年から2000年（元の分析）で作られ、アーカイブされたサンプルの測定。 2013-2014（再解析）に再測定します。 1：1のラインは、プロットに示されています。式は線形回帰によって決定最良適合線を表す。 より大きな輸出自主規制を表示するには、こちらをクリックしてください。この図のイオン。
元Bの水平線に交換可能のAlのデータを再分析も有意（P <0.001）異なって線形回帰された2つのデータセット（P <0.10）との有意な関係を示しました。 Oaの地平線アルデータとは対照的に、関係は弱かった（ 図9B）及び変動性（R 2 = 0.23）のごく一部のみを占める可能性が回帰モデル。モデルは、バイアスを除去するために使用することができなかったので、1997から2000年に収集し、分析した試料のすべては、最近収集されたサンプルで再分析する必要がありました。
テストデータは公平であることを確認するために行われなければならないので、分析方法の変更は、データの偏りが生じることがあります。たとえば、アーカイブされた鉱物土壌の結果は、1986年にトルコ湖流域、オンタリオ、カナダ、で収集し、2005年10 <で再分析します/ SUP>は、 図10に示されている。分析は、2つの方法が少し原因不明の変動（ 図10）との公正なデータを生成したことを示しました。元の分析は、ウォークリーブラックウェット消化法を用いて行われ、アーカイブされたサンプルは、燃焼分析器で分析しました。この場合には、アーカイブされたサンプルの元の分析及び分析結果の間の比較は、2つの方法によって生成されたデータを直接比較できることを実証しました。
図8-10に示した例は、一貫性のある分析方法の使用は、公平なデータの可能性を排除しないことを示しているだけでなく、方法の変更がバイアスに必要な結果がないことを示しています。これらの結論は、分析バイアスを制御することによって、結果の不確実性を減らすためにアーカイブされたサンプルの重要性を強調する。
図10： 再解析は、Cのために 1986（元の分析）で行われた鉱物土壌の有機Cの測定値との関係をもたらし 、2005年に分析し、アーカイブのサンプルの測定値、点線は1：1のライン;実線は初期およびアーカイブされた分析との間の関係を記述した線形回帰である。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
個々のサイトまたは流域における土壌の変化を検出する土壌モニタリングの値を示した研究が成長している、最近、土壌のモニタリングは、大きな地域の研究14に減少酸性沈着の効果を評価するために適用されています。これらのサイトのすべてでは、酸性沈着は、過去30年間にわたって減少していました、酸性沈着レベルとサイト間で変化させ減少率であるが。変化の多くは、様々なリサンプリング設計した（ 表2）を使用して、異なる期間にわたって、大規模な研究の領域を横切って概して一致していたという研究において同定されました。複数のリサンプリング調査をリンクすることにより、主要な環境ドライバの変化に森林土壌の応答は、広範な地域（ 図11）を介して同定されました。ローレンスらの研究5は 、異なるデザインの土壌リサンプリング研究の結果は、広い地域の問題に対処するために集約することができることを実証しました。
表2： リサンプリング結果の例平均値（初期-最終）最初と最後の測定値fとの違いのためとテストの結果（T-テストやマンホイットニー検定）。またはO、および米国北東部とカナダ東部の土壌調査の上限B地平は、（位置は図11に示します）。 P値が> 0.10は、NS（有意ではない）として示されています。 P <0.1での分析は、米国北東部とカナダ東部の向かいに位置サイトのため、これらの測定で観察された有意差を示すために、黄色で示されています。破線のボックスはデータがないことを示します。 BBはベアブルック、MEを表し、 TMTは2 SO 4年間の実験的な追加を受けたBBサイト（NH 4）の略です。 REFはBBで未処理の部位を指します。一部のサイトでは、森林のタイプに基づいて、異なる研究ユニットを持っていました。 CFは、北部の針葉樹林の略です。 HW北部の広葉樹林。 MFは、混合針葉樹、広葉樹林の略です。 この表の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図11：リサンプリングサイトの地図東部カナダと米国北東部における土壌リサンプリング調査の位置は、表2に示す。この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ディスカッション
サンプリングする地平または深さの増分の選択は、監視の目的によって導かれるが、土壌の特性に最終的に依存します。プロフィールをサンプリングする場所と方法の決定は、したがって、土壌モニタリングにおける重要なステップです。例えば、 図12に示すポドゾル性土壌は大江（適度に分解有機物）とOA（黒加湿有機物）それは突然であり、2つの地平がそれらを可能にするのに十分な厚さを別々にサンプリングすることがあるとの間の境界で林床を持っています。このプロファイルはまた、ミネラルEの地平線からの有機のOA地平線を分離突然の境界で明確に定義されたEの地平線を持っています。急激な境界を有するこれらのカラフルな地平は、これらの地平に土壌モニタリングのための優れた候補を作り、一貫して繰り返されなければ、同じ水平線材の収集を可能にします。ミネラルと有機層の間の境界が明瞭に見えるかrelat緩やかでされていない場合、地平線の厚さに直接このインターフェイス上および下の層の繰り返しサンプリングをアイブおそらく隣接する層からの土壌の様々な量が含まれます。この特性は、制御されない変動が追加されますので、繰り返しサンプリングのためのこれらの視野はあまり望ましくなるだろう。
いくつかの例では、深さ間隔によるサンプリングは、この混合が監視されている土壌の一貫した特徴がある場合、特定の地平は、混合するか、または混在している土壌中の一貫性のあるサンプリング手法を提供することができます。 図12において、B地平線の上10センチはEの地平線との急激な境界を持っていますが、色の変化が混在しているBhのとBHS地平の存在を示唆しています。この状況では、Bの水平線の上10センチをサンプリングすることは、ほとんどの再現性収集方法であろう。 図12 7に示すように、このアプローチは、Spodosolsにおける成功が証明されています。
図12：Bの地平線から林床（OAと大江地平線）を分離独特Eの地平線を示すニューヨークのアディロンダック地域からポドゾル性土壌プロファイル Aポドゾル性土壌の地平線。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
完全プロフィールの記述は、サンプリングバイアスの可能性を低減し、データを解釈する上で極めて有用であるが、この情報を収集することは、時間がかかり、プロジェクトのリソースと利用可能なフィールド時間に応じて、利用可能なサンプリング複製に使用可能な時間を制限することができます。完全プロフィールに代わる各ピットの説明はワットに沿って水平線の厚さの測定に複製ピットの説明を制限した後、（写真付き）一次ピットの完全な説明を行うことであろうプロフィール写真番目。この情報は、リサンプリングがサンプリング前と一致する方法で、同じ土壌で行われたことを確認するのに十分であろう。高品質の画像が経時的化学変化を決定するためのプロファイルをリサンプリングするときのサンプリングの一貫性を維持するために非常に貴重です。
サンプリングの不整合からの潜在的なバイアスの評価は、地平の中での測定値の比較により評価することができます。例えば、有機炭素のより低い濃度は、10から12年前の9行われ、初期のサンプリングに比べて第2のサンプリングでのOA地平線で観察されました。これは最初のサンプリングに比べて第2のサンプリングで収集されている可能性があり、サンプリングバイアスより根本的なミネラルEの地平線のに起因している可能性があります。これは、有機炭素濃度を下げ、土壌中のE地平線のCa濃度が検討されているのでそうmagnitの少なくとも順だった交換性Ca濃度を下げることになりますUDEのOA地平線よりも下側。本研究で観察されたE-地平線のCa濃度の減少の欠如は、2回目のサンプリングにおける下層の有機C濃度は、サンプリングバイアスの結果ではなかったという解釈を支持する証拠を提供します。視野間の比較このタイプのサンプリングの一貫性を評価するための貴重な情報を提供します。したがって、具体的プロジェクトの目的のために必要とされていない追加の視野をサンプリングすると、結果には不確実性を軽減するために保証されています。
アーカイブされた土壌サンプルの再分析は、不確実性を減らすのに重要な練習です。しかし、土壌のアーカイブは、永続的に取得することは困難であるアーカイブおよびストレージ・スペースを管理するためのリソースを必要とします。したがって、アーカイブされた土壌の質量は慎重に使用する必要があります。特定のリサンプリング研究のために、すべてのアーカイブ土壌試料を再分析することは、一般化学分析の不確実性を減らすための最も効果的なアプローチが、選択的な再解析Oでありますfは、将来の使用のためのかけがえのない土壌を節約するのに役立ちます可能なサンプルを、アーカイブ。アーカイブされたすべてのサンプルの再分析が必要な場合以外は行うべきではありません。土壌をアーカイブするための様々な方法は、現在使用されていると効果的であることが示されています。この記事で推奨される方法および材料は、この非常にスペース効率パッケージデザインは安定である割れない、耐水性、簡単にラベルされた材料、内のサンプルを保護することを発見したニューヨーク州立博物館の学芸員の経験に基づいています何十年。
それはまた、まだ開発されていない方法で将来の分析のための機会を提供し、サンプリング間の分析の一貫性を可能にするだけでなくので、アーカイブされた土壌サンプルを保護することは、土壌のモニタリングの重要なステップです。また、アーカイブされたサンプルは、彼らは間違いなく将来に起きるように新たな疑問に対処するための情報を提供することができます。より以前の土壌サンプルをアーカイブしていましたCID雨が利用され、土壌にこの外乱の影響は、年間ではなく、その発見後十年以内に確認されているだろう。私たちは今、酸性雨のレベルの低下から、土壌の回復を監視するようにする代わりに、事前に酸性雨の土壌の化学的性質は不明のまま。
土壌モニタリングは多少変化を検出することができる上に、時間枠（一般的に5年以上）によって制限され、そして破壊的なサンプリングへの依存、時間をかけて監視が増加するために必要なサンプリング領域とされています。それにもかかわらず、土壌モニタリングすることなく、土壌の変化は、このようなchronosequences（時間交代のスペース）、流域物質収支、dendrochemistry、短期的な操作やモデリングなどの間接的なアプローチ、から推測する必要があります。これらのアプローチは、土壌の変化の粗い推定値を提供し、すべてが最高の時間を通して、土壌の直接測定によって減少させることができる不確実性を増加させる前提条件が必要です。繰り返し土壌サンプリングの手順もapplieすることができます12年以上16以上50年2持続カルホーン、SC、長期の土壌実験を持続するようなハバードブルック実験林における流域のCa添加実験として、長期制御された操作実験、にD、NH、。
開示事項
著者らは、ニューヨーク州エネルギー研究開発局、北東部州研究協同組合、バーモント州長期土壌モニタリングプロジェクトの支援に感謝しています。また、USDA森林局のM.B.アダムス氏の原稿レビューに感謝します。
謝辞
著者は何も開示していません。
材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 現場で必要な機器 | |||
| 全地球測位システム | 林業サプライヤー | GPSシステムのさまざまなメーカーとモデルが適しています。 | |
| 防水紙 | 林業サプライヤー49450 | 屋外サプライヤー | |
| 棒(約3フィートの長さ) | 利用可能任意の金物店 | ||
| ビニールフラグ | 屋外サプライヤーを通じて利用可能 | ||
| 計 | 適した。 | ||
| プラスチック製の防水シート | 任意の金物店 | ||
| 丸い先のとがったシャベルまたはシャープシューター 掘るためのシャベル | 任意の金物店 | ||
| 小さな根を切るための手剪定ばさみ | 任意の金物店 | ||
| Lesche掘削ツール | 林業サプライヤー | 33488 | |
| ガーデニングこて | 金物店や園芸店で入手できるさまざまな手こてが適しています。 | ||
| Tピン | 林業 | サプライヤー53851 | |
| 「土壌を記述するためのフィールドブック」のコピー | 、オンラインでのみ入手可能です:http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_052523.pdf;国立資源保護局による再版は2026年10月を予定しています。 | ||
| マンセル土壌カラーブック | 林業 | サプライヤー77321 | |
| デジタルカメラ | 広く利用可能 | と最小解像度8メガピクセル | |
| テープ、長さ3〜5メートル | 林業サプライヤー | ||
| ラベリング用の非透明パネルを備えた密封可能なビニール袋 | どの食料品店でも利用可能 | ||
| バッグラベリング用の消えないフェルトマーカーとフィールドレコーディングフォーム用の鉛筆 | 広く入手可能 | ||
| 実験室でのサンプルの処理とアーカイブに必要な材料 | |||
| テストふるい | Duel Manufacturing Co., Inc. | 2 mm: 200MM-2MM 4 mm: 200MM-4MM 6 mm: 200MM-6.3MM | |
| 国立労働安全衛生研究所 (NIOSH) 承認 N95 微粒子フィルター フェイスピース レスピレーター | MSA Safety Works、モデル番号 10102483 | 複数のサプライヤー | |
| クラフト錫タイバッグ ポリライナー付き | Papermart | 7410100 | |
| 2 ml マチ付きポリ袋 | 関連バッグ | 64-4-53 | |
| 200ポンドクラフト文学メー | ラーUline | s-2517 | |
| *注:著者の何人かは政府の科学者であるため、民間企業の製品を推奨することは許可されていません。 |
参考文献
- Walker, T. W., Syers, J. K. The fate of phosphorus during pedogenesis. Geoderma. 15, 1-19 (1976).
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