測定と土壌侵食と堆積土炭酸濃度農業経営に関連のパターンのマッピング

この研究の全体的な目標は、まず、フィールドスケールでの土壌侵食と堆積の空間パターンを定量化および記述するための効率的な方法を提供すること、次に、これらのパターンを地表近くの土壌炭酸塩に関連付ける概念モデルをテストすることです。これらの方法により、表層土壌の炭酸塩と侵食および堆積の地表プロセスとの間の相互関係をよりよく理解することができます。これらの技術の主な利点は、時間の経過に伴う土壌表面の標高の変化を正確に検出することと、多くの土壌サンプルにわたる土壌炭酸塩の迅速な分析です。

この研究のアイデアは、デジタル標高地図を更新した後で最初に思いつきました。標高差のマップは、侵食と堆積の明確なパターンを示しており、それが炭酸塩濃度とどのように関連しているかを調べたいと思いました。このプロトコルでは、フィールドソフトウェアを使用して、調査エリア全体で5分ごとにRTK GPS位置データを記録します。

まず、最高レベルの精度を確保するために、ローカルベンチマークに対してサイトキャリブレーションを実行します。調査対象のエリアのローカルサイトキャリブレーションは、GPSメソッドに必要な水平および垂直制御を提供します。これにより、小さな標高変化を検出するために必要なセンチメートル単位の精度が保証されます。

効率的なデータ収集のために、ローバーのGPSアンテナを車両の地上から一定の高さに取り付けます。次に、トランセクトをポイント単位でGPSデータコレクターにインポートし、運転しながらそれらの間を移動し、一定の速度でデータを収集して5メートル間隔でマッピングします。また、車両搭載型の油圧式土芯抜き機を用意し、所望の土芯径のサンプリング管を使用してください。

RTK GPS位置データで特定された位置のコアを抽出するため。土壌サンプリングは、土壌コアリングマシンで土壌コアを引っ張ることによって行われます。土壌コアをサンプリングチューブから押し出し、希望の深さに切ります。

土壌サンプルを事前にラベル付けされた密封可能なビニール袋に移します。その後、サンプルをクーラーに保管して、ラボに輸送します。重大な土壌侵食と堆積イベントが発生した後にこれらの分析を繰り返す場合は、GPSを使用して同じサンプル位置に戻り、新しい土壌コアを収集します。

ラボでは、分析用の土壌サンプルを準備します。まず、摂氏60度のオーブンで一晩乾かします。翌日、電動グラインダーを使用するか、乳鉢と乳棒で手動で挽くかして、乾燥した土壌サンプルを2ミリメートルのふるいで粉砕します。

次のステップでは、改造された圧力カルシメータ装置をセットアップする必要があります。まず、圧力トランスデューサを14ゲージのワイヤで電源に接続します。トランスデューサーからの出力を監視するためのデジタル電圧計が取り付けられています。

0.6ミクロンの粒子フィルターを含めて均一な磁束を収集し、圧力トランスデューサを保護します。次に、粒子フィルターの基部にチューブを取り付け、チューブを18ゲージのルアーロック皮下注射針に接続します。次に、反応容器が20ミリリットルまたは100ミリリットルの血清ボトルにある必要があるかどうかを判断します。

金属製の大さじを水で濡らし、炭酸塩濃度が高い可能性のある小さじ1杯の土をすくい上げます。0.5無水硫酸1ミリリットルを土壌にピペットで移し、発泡を観察します。発泡性が高い場合は、炭酸カルシウムが15%より大きいと仮定し、100ミリリットルの容器を使用します。

それ以外の場合は、20ミリリットルの美容液ボトルを使用してください。炭酸塩濃度を測定するには、調製した土壌サンプル1グラムを標識反応容器に秤量します。次に、2ミリリットルの酸性試薬をバイアルにピペットで入れます。

バイアルを反応容器にそっと入れてこぼさないようにし、灰色のブチルゴムストッパーを使用して容器を慎重に密封し、アルミニウム製のシールリングでクリップします。次に、容器を振って酸を土壌サンプルにこぼし、反応を少なくとも2時間進行させます。待機中に、同じパラメータで並列セットアップの標準を使用して標準ガーを作成します。

100%炭酸カルシウムをガラスビーズまたは砂に混ぜて、体積ではなく重量に基づいて基準を作成します。標準ガーを決定する際には、ゼロ炭酸カルシウムの電圧を正確に知ることが重要です。これは、これがメソッドの検出限界を定義するためです。私は通常、ガーを導き出すために、既知の標準濃度とともにブランクを3回測定します。

土壌試料の反応が完了したら、反応容器のゴムセプタムに穴を開け、圧力変換器から出力される電圧を記録します。その後、標準曲線を使用してサンプル中の炭酸カルシウムの割合を解きます。2001年と2009年のDEMの違いをマッピングすると、その8年間の侵食と堆積が明らかになりました。

ほとんどの地域で標高がデシメートルレベルに変化します。地形収束のエリアで発生した水流路に似た縮尺の侵食パターンと堆積パターンを見つけます。2001年と2012年に炭酸カルシウムのサンプルを採取し、調査地域で発生した侵食と堆積と比較し、概念モデルをテストしました。

管理帯の東ブロックと西ブロックの土壌試料を比較したところ、表層土壌の炭酸カルシウムの変化と地表標高の変化との間には逆相関の関係が見られた。バリアントの解析では、標高の変化はすべてのサイド変数の影響を大きく受けることが示されています。一方、炭酸カルシウムの変化は、侵食クラスまたはEDU、またはマッピングされた土壌単位によって最も大きな影響を受けました。

5つの土壌単位は、以前にサイトの土壌調査によって決定されました。ポイントサンプルの結果の補間は、2001年に高炭酸カルシウムと低炭酸カルシウムの比較的小さな集中領域が2012年には明らかではなかったことを示しています。空間パターンはそれほど複雑ではなくなりました。

繰り返しのRTK GPS地上調査によって提供される標高変化検出の感度は、フィールドスケールの侵食および堆積プロセスを定量化および記述する上で最適であるように思われます。修正圧力近接法は、炭酸塩を測定するための優れた技術であり、短時間で多くのサンプルを処理できます。土壌表面の隆起は、土壌の炭酸塩の変化よりも容易に検出されましたが、これはおそらく2001年にコアのサンプリングの増加が30センチメートルだったためです。

将来的には、サンプリングを15cmずつ増やすことで、土壌炭酸塩の検出が改善されるはずです。ここで説明した概念モデルと方法は、土壌表面近くに石灰質層が存在する他の側面にも適用できます。