Meten en in kaart brengen van patronen van bodemerosie en afzetting aan de bodem carbonaat concentraties onder beheer van de landbouw gerelateerde

De algemene doelen van deze studie zijn enerzijds het bieden van een efficiënte methode voor het kwantificeren en beschrijven van ruimtelijke patronen van bodemerosie en depositie op veldschaal en anderzijds het testen van een conceptueel model dat deze patronen relateert aan ondiepe bodemcarbonaten. Deze methoden geven ons een beter inzicht in de onderlinge relaties tussen oppervlakkige bodemcarbonaten en de landoppervlakprocessen van erosie en depositie. De belangrijkste voordelen van deze technieken zijn de nauwkeurige detectie van veranderingen in de hoogte van het bodemoppervlak in de loop van de tijd en de snelle analyse van bodemcarbonaten over een groot aantal bodemmonsters.

We kregen voor het eerst het idee voor dit onderzoek na het bijwerken van de digitale hoogtekaarten. Een kaart van de hoogteverschillen toonde duidelijke patronen van erosie en depositie, en we wilden onderzoeken hoe dit gerelateerd was aan de carbonaatconcentraties. Gebruik voor dit protocol veldsoftware om elke vijf minuten de RTK GPS-positiegegevens in het gehele onderzoeksgebied vast te leggen.

Begin met het uitvoeren van een locatiekalibratie op basis van lokale referentiepunten om de hoogste mate van nauwkeurigheid te waarborgen. Een lokale locatiekalibratie voor het te bepalen gebied biedt de noodzakelijke horizontale en verticale controle voor de GPS-methode. Dit garandeert de nauwkeurigheid op centimeterniveau die nodig is om kleine hoogteverschillen te detecteren.

Voor een efficiënte gegevensverzameling wordt een rover GPS-antenne op een vaste hoogte boven de grond op een voertuig gemonteerd. Importeer vervolgens het transect in punten in de GPS-datacollector en navigeer er tussen terwijl u rijdt en gegevens verzamelt bij een constante snelheid om intervallen van vijf meter in kaart te brengen. Gebruik daarnaast een op het voertuig gemonteerde hydraulische bodemboormachine en een bemonsteringsbuis met de gewenste diameter voor de bodemkern.

Om kernen te extraheren op locaties die zijn geïdentificeerd met RTK GPS-positiegegevens. Bodemmonsters worden genomen door een bodemkern te trekken met de bodemboor. Duw de bodemkern uit de bemonsteringsbuis en snijd deze in de gewenste diepte-intervallen.

Breng de bodemmonsters over naar vooraf gelabelde, afsluitbare plastic zakken. Bewaar de monsters vervolgens in koelboxen voor transport naar het laboratorium. Wanneer deze analyse wordt herhaald nadat er aanzienlijke bodemerosie en depositie heeft plaatsgevonden, keer dan terug naar dezelfde monsterlocaties met behulp van de GPS en neem nieuwe bodemkernen af.

Bereid de bodemmonsters in het laboratorium voor op analyse. Begin hiermee door ze gedurende één nacht te drogen in een oven van 60 °C. Maal de droge bodemmonsters de volgende dag door een zeef van twee millimeter, gebruikt u hiervoor een gemotoriseerde maler of maal ze handmatig met een vijzel en stamper.

De volgende stap vereist het opstellen van een gemodificeerde drukcalcimeter-apparatuur. Sluit eerst een druktransducer met 14 gauge draad aan op een spanningsbron. Voeg een bijbehorende digitale voltmeter toe om de output van de transducer te bewaken.

Plaats een partikelfilter van 0,6 micron om een gelijkmatige stroom te verkrijgen en zo de druktransducer te beschermen. Bevestig vervolgens een slangetje aan de basis van het partikelfilter en verbind het slangetje met een luer-lock hypodermische naald van 18 gauge. Bepaal daarna of de reactievaten serumflessen van 20 of 100 milliliter moeten zijn.

Maak een metalen eetlepel vochtig met water en schep ongeveer een theelepel grond op die mogelijk een hoge carbonaatconcentratie heeft. Pipetteer één milliliter 0,5 watervrije zwavelzuur op de grond en observeer de bruisvorming. Als de bruisvorming sterk is, ga er dan vanuit dat het calciumcarbonaatgehalte hoger is dan 15% en gebruik een vat van 100 milliliter.

Gebruik anders een serumfles van 20 milliliters. Weeg voor het bepalen van de carbonaatconcentratie één gram van het voorbereide bodemmonster in een gelabeld reactievat. Pipetteer vervolgens twee milliliters zuurreagens in een vial.

Plaats het flesje voorzichtig in het reactievat, zodat er niets morst, sluit het vat vervolgens zorgvuldig af met een grijze butylrubberen stop en bevestig deze met een aluminium sluitring. Schud het vat nu om het zuur over het bodemmonster te gieten en laat de reactie ten minste twee uur plaatsvinden. Maak tijdens het wachten een standaard gar met standaarden in een parallelle opstelling met dezelfde parameters.

Maak standaarden door 100% calciumcarbonaat te mengen met glaskralen of zand op basis van gewicht, niet op basis van volume. Bij het bepalen van een gar is het belangrijk om de spanning van nul calciumcarbonaat nauwkeurig te kennen, aangezien dit de detectielimiet van de methode definieert. Gewoonlijk meet ik het blanco drie keer samen met bekende standaardconcentraties om een gar af te leiden.

Nadat de reactie van het bodemmonster is voltooid, doorboort u het rubberen septum van het reactievat en registreert u de voltage-output van de druktransducer. Bereken vervolgens het percentage calciumcarbonaat in het monster aan de hand van de standaardcurve. Het in kaart brengen van de DEM-verschillen tussen 2001 en 2009 onthulde erosie en depositie over die periode van acht jaar.

Met hoogteverschillen op decimeterniveau over de meeste gebieden. Schaalbare erosie- en depositiepatronen die lijken op waterstroompaden kwamen voor in gebieden van topografische convergentie. Calciumcarbonaatmonsters werden genomen in 2001 en 2012, om te vergelijken met de erosie en depositie die in het studiegebied plaatsvonden en om het conceptuele model te testen.

Bij het vergelijken van bodemmonsters uit het oostelijke en westelijke blok van de beheerstroken werd een omgekeerde relatie gevonden tussen de verandering in calciumcarbonaat in de oppervlaktewas en de verandering in de hoogte van het landoppervlak. Een variantieanalyse laat zien dat de verandering in hoogte significant wordt beïnvloed door alle zijvariabelen. Veranderingen in calciumcarbonaat werden daarentegen het meest significant beïnvloed door de erosieklasse, de EDU of de in kaart gebrachte bodemunit.

Vijf bodemeenheden waren eerder vastgesteld via een bodemkaart van de locatie. Interpolaties van de resultaten van de puntmonsters laten zien dat de relatief kleine, geconcentreerde gebieden met een hoog en laag calciumcarbonaatgehalte in 2001 in 2012 niet meer zichtbaar waren. Het ruimtelijke patroon was minder complex geworden.

De gevoeligheid van de detectie van hoogteverschillen, verkregen via herhaalde RTK GPS-grondmetingen, blijkt optimaal voor het kwantificeren en beschrijven van erosie- en depositieprocessen op veldschaal. De gemodificeerde drukbenaderingsmethode is een uitstekende techniek voor het meten van carbonaten, waarmee we in korte tijd veel monsters kunnen verwerken. Veranderingen in de hoogte van het bodemoppervlak werden gemakkelijker gedetecteerd dan veranderingen in bodemcarbonaten, waarschijnlijk vanwege de bemonsteringsinterval van de boorkern, die in 2001 30 centimeter bedroeg.

Toekomstige bemonsteringsintervallen van 15 centimeter zouden onze detectie van bodemcarbonaten moeten verbeteren. Het conceptuele model en de hier beschreven methoden kunnen worden toegepast op andere locaties waar kalkhoudende lagen nabij het bodemoppervlak aanwezig zijn.