Meten en in kaart brengen van patronen van bodemerosie en afzetting aan de bodem carbonaat concentraties onder beheer van de landbouw gerelateerde
12 september 2017
Ruimtelijke patronen van bodemerosie en depositie kunnen van verschillen in hoogte van de grond toegewezen op tijdig stappen worden afgeleid. Dergelijke wijzigingen in de hoogte hebben betrekking op wijzigingen in in de buurt van-oppervlakte bodem carbonaten. Herhaalbare methoden voor veld en laboratorium metingen van deze hoeveelheden en data analysemethoden worden hier beschreven.
De algemene doelen van deze studie zijn ten eerste om een efficiënte methode te bieden voor het kwantificeren en beschrijven van ruimtelijke patronen van bodemerosie en -afzetting op veldschaal en ten tweede om een conceptueel model te testen dat deze patronen relateert aan bodemcarbonaten in de nabije oppervlakte. Deze methoden geven ons een beter begrip van de onderlinge relaties tussen oppervlakte bodemcarbonaten en de landoppervlakteprocessen van erosie en afzetting. De belangrijkste voordelen van deze technieken zijn de nauwkeurige detectie van veranderingen in de bodemoppervlaktehoogte in de loop van de tijd en de snelle analyse van bodemcarbonaten over veel bodemmonsters.
We kregen het idee voor dit onderzoek nadat we de digitale hoogtekaarten hadden bijgewerkt. Een kaart van de hoogteverschillen toonde duidelijke patronen van erosie en afzetting en we wilden kijken hoe dat verband hield met carbonatonconcentraties. Voor dit protocol gebruikt u veldsoftware om de RTK GPS-positiegegevens om de vijf minuten in het hele onderzoeksgebied te registreren.
Begin met het uitvoeren van een calibratie op de locatie om lokale benchmarks te gebruiken om de hoogste mate van nauwkeurigheid te garanderen. Een lokale calibratie voor het te onderzoeken gebied, biedt de nodige horizontale en verticale controle voor de GPS-methode. Dit zorgt voor een nauwkeurigheid op centimeterniveau die nodig is om kleine hoogteverschillen te detecteren.
Voor efficiënte gegevensverzameling monteert u een rover GPS-antenne op een vaste hoogte boven de grond op een voertuig. Importeer vervolgens de transect in punten in de GPS-gegevensverzamelaar en navigeer tussen deze punten terwijl u rijdt en gegevens verzamelt met een constante snelheid om vijf meter intervallen in kaart te brengen. Gebruik bovendien een voertuig gemonteerde hydraulische bodemkernmachine en gebruik een monsterbuis met de gewenste bodemkerndiameter.
Om kernen te extraheren op locaties geïdentificeerd met RTK GPS-positiegegevens. Bodemmonsters worden genomen door een bodemkern te trekken met de bodemkernmachine. Duw de bodemkern uit de monsterbuis en snijd deze in gewenste dieptelammen.
Breng de bodemmonsters over in vooraf gelabelde verzegelbare plastic zakken. Bewaar de monsters vervolgens in koelboxen om ze naar het laboratorium te vervoeren. Wanneer u deze analyse herhaalt na significante bodemerosie- en afzettingsgebeurtenissen, keer dan terug naar dezelfde monsterlocaties met behulp van de GPS en verzamel nieuwe bodemkernen.
In het laboratorium bereidt u de bodemmonsters voor voor analyse. Om te beginnen, droogt u ze 's nachts in een oven op 60 graden Celsius. De volgende dag maalt u de droge bodemmonsters door een zeef met een opening van twee millimeter, met behulp van een gemotoriseerde maalmachine of handmatig met een mortel en pestel.
De volgende stap vereist het opzetten van een gemodificeerde drukcalcimeter-apparaat. Verbind eerst een druktransducer met een voeding met 14 gauge draad. Voeg een bijgevoegde digitale voltmeter toe om de uitvoer van de transducer te controleren.
Neem een 0,6 micron deeltjesfilter op om een gelijkmatige flux te verzamelen en zo de druktransducer te beschermen. Bevestig vervolgens slangen aan de basis van het deeltjesfilter en verbind de slangen met een 18 gauge luer lock hypodermische naald. Bepaal vervolgens of de reactievaten op 20 of 100 milliliter serumfles moeten staan.
Bevochtig een metalen eetlepel met water en schep er ongeveer een theelepel bodem mee op die mogelijk een hoge carbonatonconcentratie heeft. Pipetteer een milliliter 0,5 anhydrisch zwavelzuur op de bodem en observeer effervescentie. Als de effervescentie hoog is, neem dan aan dat calciumcarbonaat groter is dan 15% en gebruik een 100 milliliter fles.
Gebruik anders een fles met 20 milliliters serum. Om de carbonatonconcentratie te bepalen, weegt u één gram voorbereid bodemmonster in een gelabeld reactievat. Pipetteer vervolgens twee milliliter zuurreagens in een flesje.
Plaats het flesje voorzichtig in het reactievat, zodat het niet morst, en verzegel vervolgens het vat voorzichtig met een grijze butyldrukrubberdop en klem het vast met een aluminium afdichtring. Schud nu het vat om het zuur op het bodemmonster te morsen en laat de reactie minimaal twee uur voortduren. Terwijl u wacht, maakt u een standaardcurve met standaarden in een parallelle opstelling met dezelfde parameters.
Maak standaarden door 100% calciumcarbonaat te mengen met glazen kralen of zand op basis van gewicht, niet op volume. Bij het bepalen van een standaardcurve is het belangrijk om de spanning van het nul calciumcarbonaat nauwkeurig te kennen, aangezien dit de detectielimiet van de methode definieert. Ik meet de blanco doorgaans drie keer samen met een bekende standaardconcentraties om een curve af te leiden.
Nadat de bodemmonsterreactie voltooid is, prikt u het rubberen septum van het reactievat door en registreert u de spanningsuitvoer door de druktransducer. Later, los het percentage calciumcarbonaat in het monster op met behulp van de standaardcurve. Het kaarten van DEM-verschillen van 2001 en 2009, onthulde erosie en afzetting over die achtjarige periode.
Met decimeter niveau veranderingen in hoogte over de meeste gebieden. Vind schaalverschijnselen van erosionele en depositiele patronen die lijken op waterstromingen die plaatsvonden in gebieden met topografische convergentie. Calciumcarbonaatmonsters werden genomen in 2001 en 2012, om te vergelijken met de erosie en afzetting die plaatsvond in het onderzoeksgebied en om het conceptuele model te testen.
Bij het vergelijken van bodemmonsters van de oostelijke en westelijke blokken beheerstrips, werd een omgekeerde relatie gevonden tussen de verandering in oppervlakte bodemcalciumcarbonaat en de verandering in landoppervlaktehoogte. Een variantenanalyse toont aan dat verandering in hoogte significant wordt beïnvloed door alle zijvariabelen. Terwijl veranderingen in calciumcarbonaat het meest significant werden beïnvloed door erosionele klasse of EDU of in kaart gebrachte bodemeenheid.
Vijf bodemeenheden werden eerder bepaald door een bodemonderzoek van de locatie.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert methoden voor het kwantificeren van ruimtelijke patronen van bodemerosie en depositie, waarbij deze worden gekoppeld aan ondiepe bodelcarbonaten. Door veranderingen in de grondhoogte in de loop van de tijd te analyseren, kunnen onderzoekers landoppervlakprocessen beter begrijpen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Bodemkunde
- Milieuwetenschappen
- Georuimtelijke Analyse
Achtergrond
- Bodemerosie en depositie zijn kritieke processen die het landgebruik en de ecologie beïnvloeden.
- Carbonaten in de bovenlaag van de bodem spelen een rol bij deze processen.
- Digitale hoogtekaarten kunnen patronen van bodembeweging onthullen.
- Inzicht in deze patronen kan bijdragen aan landbeheerpraktijken.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van efficiënte methoden voor het meten van bodemerosie en -depositie.
- Het testen van een model dat bodemcarbonaten verbindt met processen aan het landoppervlak.
- Het verbeteren van het begrip van bodemdynamiek in relatie tot hoogteveranderingen.
Gebruikte methoden
- Veldsoftware voor het registreren van RTK GPS-positiedata.
- Analyse van hoogteverschillen in de loop van de tijd.
- Snelle analyse van bodemcarbonaatconcentraties.
- Veld- en laboratoriummetingen om bevindingen te valideren.
Belangrijkste resultaten
- Duidelijke patronen van erosie en depositie werden geïdentificeerd.
- Veranderingen in de hoogte van het bodemoppervlak correleerden met de carbonaatconcentraties.
- De methoden leverden nauwkeurige en reproduceerbare resultaten op.
- Er werd inzicht verkregen in de relatie tussen bodelcarbonaten en erosieprocessen.
Conclusies
- De studie biedt een robuust kader voor het analyseren van bodemdynamiek.
- De bevindingen kunnen helpen bij het begrijpen van landoppervlakprocessen.
- Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op deze methoden voor bredere toepassingen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Kwantitatieve mapping van bodemerosie en depositie, gekoppeld aan carbonaatconcentraties in de oppervlakkige bodem, maakt een nauwkeurige milieurisicobeoordeling voor het beheer van landbouwgrond mogelijk. Nauwkeurige detectie van ruimtelijke en temporele veranderingen in bodemeigenschappen ondersteunt voorspellende modellering van landoppervlakprocessen, wat bijdraagt aan duurzaam hulpbronnenbeheer en mechanische risicoreductie in agro-milieugerichte R&D. Deze mogelijkheden zijn cruciaal voor het optimaliseren van interventiestrategieën en het verminderen van onzekerheid in pipelines voor het monitoren van de bodemgezondheid.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt hypothesetoetsing mogelijk over de relatie tussen bodemcarbonaatdynamiek en veranderingen aan het landoppervlak.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door causale verbanden tussen erosie, depositie en bodemschemie te verduidelijken.
- Verhoogt het voorspellende vertrouwen in modellen voor milieu-impact die relevant zijn voor portefeuilles in de agrarische biotechnologie.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare veld- en laboratoriumprotocollen voor de kwantitatieve meting van bodemeigenschappen.
- Levert high-throughput, schaalbare workflows voor het in kaart brengen en analyseren van bodemcarbonaatconcentraties.
- Maakt robuuste assay-ontwikkeling mogelijk voor milieumonitoren en de beoordeling van interventies.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt metingen op veldschaal in lijn met translationele modellen van bodemprocesdynamiek.
- Ondersteunt de continuïteit van de ontdekking van veranderingen in bodemeigenschappen tot de preklinische validatie van beheersinterventies.
- Informeert de risico-gecorrigeerde vooruitgang van initiatieven voor bodemgezondheid en duurzaamheid.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert alles vanaf de vroege ontdekking van mechanismen in bodemprocessen, via de screening van milieuinterventies, tot aan translationeel onderzoek naar resultaten van landbeheer.
- Discovery Biology: Kwantitatieve in kaart brengen van hoogteverschillen en carbonaatveranderingen ondersteunt hypothese-gestuurd onderzoek naar mechanismen van bodemprocessen.
- Screening: Gestandaardiseerde protocollen maken reproduceerbare high-throughput meting van bodemeigenschappen over verschillende tijdstippen en locaties mogelijk.
- Analytics: Statistische analyse van puntgegevens en ruimtelijke mapping leveren bruikbare resultaten op voor het vergelijken van beheersstrategieën.
- Translational Research: Continuïteit van gegevens op veldschaal ondersteunt de preklinische evaluatie van de effectiviteit van interventies en de milieu-impact.
- Enterprise Reuse: Het protocol is aanpasbaar voor diverse locaties met kalkrijke bodems, wat brede portfolio-toepassingen ondersteunt.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanische ambiguïteit in bodemprocesmodellering.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, schaalbare en reproduceerbare meetworkflows voor milieuteams in R&D.
- Strategische waarde: Maakt datagestuurde go/no-go beslissingen mogelijk voor landbeheer en duurzaamheidsinitiatieven.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van landbouw- en milieu-interventieprogramma's.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in geospatial veldgegevensverzameling en laboratoriumanalyse van carbonaten.
- Toegang tot RTK GPS-instrumentatie en analytische infrastructuur voor drukcalcimetrie is noodzakelijk.
- Vereist standaardisatie van bemonsteringsintervallen en gegevensverwerkingsprotocollen over teams heen.
- Aanpasbaar aan diverse bodemtypen en beheersystemen met kalkhoudende oppervlaktelagen.
- De detectiegevoeligheid kan beperkt worden door de grootte van het bemonsteringsincrement en locatiegebonden variabiliteit.
