Name: Metingen van de bodemkoolstof door Neutron-Gamma analyse in statische en modi scannen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 51 s
Description: Leer bodemkoolstof meten met neutron-gammatechniek in statische en scanmodus. Deze niet-destructieve in-situ methode analyseert gammastraling voor koolstofbepaling in de bovenste 10 cm bodemlaag.

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

De auteurs zijn dank verschuldigd aan Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch en Marlin Siegford voor technische bijstand in experimentele metingen, en Jim Clark en Dexter LaGrand voor hulp bij computersimulaties. Wij danken XIA LLC voor het toestaan van het gebruik van hun elektronica en detectoren in dit project. Dit werk werd gesteund door NIFA ALA onderzoek Contract nr ALA061-4-15014 "Precisie georuimtelijke mapping van het koolstofgehalte van de bodem voor agrarische productiviteit en lifecycle management".

1. bouw van het systeem van INS <ol><li>gebruik van de algemene INS systeem geometrie afgebeeld in Figuur 1.</li></ol>
 <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig1.jpg" /> Figuur 1. INS systeem geometrie. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig1large.jpg" target="_blank"> Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="2"> <li>gebruiken de INS systeemontwerp afgebeeld in Figuur 2. 10</li></ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig2.jpg" /> Figuur 2. Overzicht van het systeem van INS. 
A) eerste blok bevat neutron generator, neutron detector en power systeem; B) tweede blok bevat drie NaI (Tl) detectoren; C) derde blok bevat apparatuur voor de werking van het systeem; D) algemeen beeld van het eerste blok weergegeven: afzonderlijke onderdelen; en E) close-up weergave van de gamma-detectoren. 10 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig2large.jpg" target="_blank"> Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="3"> <li>drie blokken in het systeem van INS gebruiken (zie aanhangsel).
	<ol><li>Voor het eerste blok (A), gebruikt u een neutron generator (NG) en power systeem ( figuur 2A en 2D). Gepulseerde neutron output van deze generator zullen 10 7 - 10 8 z met neutron energie van 14 MeV. De macht systeem bestaat uit vier batterijen (12 V, 105 Ah), een DC-AC omvormer, en een lader. Dit blok bevat ook ijzer (10 x 20 cm x 30 cm) en boorzuur (5 x 20 cm x 30 cm) afscherming ter bescherming van de gamma-detector van neutron bestraling. 
		Opmerking: Een neutron detector is ook opgenomen in dit blok voor de controle die de NG functioneert.</li>
		<li>Gebruiken voor het tweede blok (B), de gamma-ray meetapparatuur ( figuur 2B en 2E). Dit blok bevat drie 12,7 x 12,7 cm x 15.2 cm Scintillatie NaI(Tl) detectoren met bijbehorende elektronica. De exterieur grootte van de detectoren met elektronica meet 15,2 x 15,2 cm x 46 cm.</li>
		<li>Voor het derde blok (C), gebruikt u een laptopcomputer waarmee de neutron generator (met DNC-software), detectoren en data-acquisitiesysteem ( figuur 2C).</li>
	</ol></li></ol> 2. Voorzichtigheid en persoonlijke wensen <ol><li>hebben van elke gebruiker van de INS systeem pass radiologische opleiding.</li>
	<li>Zorg ervoor dat elke persoon die de NG een controle van de straling voert badge. Gedurende de metingen moet de beperkt toegankelijke zone-grens (&#62; ìSv/20u) rond de NG zal hebben het symbool van de straling met de woorden &#34; voorzichtigheid, straling gebied. &#34; alle randen van het beperkte gebied zullen niet minder dan 4 m van de NG.</li>
	<li>In noodgevallen onmiddellijk duwen de &#34; Emergency onderbreken &#34; knop op de NG, verwijderen van de sleutel van de NG en haal de NG uit het stopcontact.</li>
</ol> 3. Voorbereiding van het INS-systeem voor meting <ol><li>Check het elektriciteitssysteem. De macht niveau-indicator op de lader zullen groen, of meer dan 3 rode lampen moeten verlichten. Zo niet, sluit de lader aan op een stopcontact en wacht totdat de batterijen volledig worden opgeladen (groen lampje zal verlichten) of tot een aanvaardbaar niveau is bereikt (&#8805; 3 rode lampen zal verlichten).</li>
	<li>De omvormer (groen lampje verlicht) en de laptop inschakelen.</li>
	De data acquisitie programma draaien <li>op de laptop te bedienen van de gamma-detectoren en controleren van de vereiste parameters voor elke detector. De waarden van deze parameters zal worden gedefinieerd en eerder opgenomen in het INS systeem testen.
	<ol><li>Plaats een Cs-137 Besturingselementbron (elk type) binnen 5 tot 15 cm van de detectoren.</li>
		<li>Start spectra overname voor 1-3 min.; Controleer de centroids van de 662 keV Cs-137 piek voor alle detectoren. Ze moeten zich op hetzelfde kanaal. Zo niet, gebruik de energie coëfficiënt schaal van thedata acquisitie programma door de waarde te wijzigen om te passen de 662 keV piek centroids.</li>
	</ol></li> <li>De NG inschakelen met behulp van de speciale sleutel. De waarschuwingslamp op de NG groen en geel zal verlichten.</li>
</ol> 4. Kalibratie van het systeem van INS <ol><li>bereiden 4 pits formaat 1.5 m x 1.5 m x 0.6 m met homogene mengsels van de zand-koolstof ( Figuur 3). Koolstofgehalte is 0, 2.5, 5 en 10 w %. 
	Opmerking: Een betonmixer wordt gebruikt om synthetische bodem samengesteld voor bouw zand en kokos shell (100% koolstofgehalte, gemiddelde granulaire diameter &#60; 0,5 mm). Homogeniteit van deze mengsels wordt bepaald visueel.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56270/56270fig3.jpg" /> Figuur 3. Weergave van Pit met zand en Pit met 10% zand-koolstof-mengsel van Cw. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56270/56270fig3large.jpg" target="_blank"> Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<ol start="2"> <li>nemen metingen over de pits met behulp van de volgende stappen uit.
	<ol><li>Plaatst u het INS-systeem op de put handmatig of door een caravan met een geschikt voertuig. Plaats de INS-systeem zodanig dat de projectie van de neutron bron wordt gecentreerd op de put.</li>
		<li>Voer de DNC-software op de laptop die de NG generator werkt. In de kolom fouten aan de rechterkant van het scherm DNC programma zal alle lampen verlichten groen; Als dat niet het geval is, klikt u op de knop wissen. Invoegen van de volgende parameters: voor Pulse Parameters - frequentie 5 kHz, duty cycle 25%, vertragen 0 µs, uitbreiding 2 µs; voor Beam - hoogspanning 50 kV, lichtbundel huidige 50 µA (merk op dat deze parameters verschillen naargelang de specifieke INS systeeminstellingen en de taak kunnen).
		<ol><li>De schakelaar op de DNC programma scherm activeren en wacht tot de NG invoeren van het regime van de werken waar de hoogspanning en de Beam huidige zal komen tot stabiele waarden die overeenkomen met de ingevoerde waarden; Reservoir huidige komt ook op een stabiele waarde.</li>
		</ol></li> <li>De data acquisitie software draaien op de laptop te bedienen van de gamma-detectoren. Start spectra overname door het data acquisitie programma voor 1 h. De twee spectra overname processen (INS &#38; TNC en TNC) op het scherm worden weergegeven.</li>
		<li>Na 1 h, stoppen de spectra verwerving en spectra op de harde schijf opslaan (bestand | MCA gegevens opslaan | Kies de map en geef de bestandsnaam. 
		Opmerking: Er worden twee opgeslagen spectra (TNC en INS) met bestandsnaam-extensies .mca en _gated.mca, respectievelijk).</li>
		<li>Selecteer tweede detector (Klik op de pijl in de linker bovenhoek) en sla de spectra voor deze detector. Doe hetzelfde voor derde detector.</li>
		<li>Klik op bestand | Afslag naar de software sluiten.</li>
		<li>De DNC-software uitschakelen door de schakelaar op de DNC programma scherm uitschakelen.</li>
		<li>Herhaal stap 4.2.1 - 4.2.7 voor de andere pits.</li>
		<li>De NG met behulp van de speciale sleutel uitschakelen. De waarschuwingslamp op de NG zal dim.</li>
	</ol></li> <li>Bepalen de INS systeem achtergrond spectra door het hele systeem van INS verheffen tot op een afstand groter is dan 4 m boven het grondoppervlak en uit de buurt van alle grote objecten en Herhaaldestappen data acquisitie 4.2.2 - 4.2.9.</li>
	<li>Verwerking van de gegevens <ol><li>gebruiken een spreadsheetprogramma te openen van gegevensbestanden opgeslagen in stap 4.2.4. Vinden van waarden voor uitvoer en invoer van graaf tarieven (OCR en ICR) en in real time (RT) in rijen 28, 27 en 30, respectievelijk.</li>
		<li>Berekenen de levensduur (LT) voor INS &#38; TNC TNC spectra bij alle metingen als en de LT ik = OCR ik / ICR ik ·RT ik (1), waar OCR ik en ICR ik de tarieven van de output en input tellen voor de meting van de i-th en RT ik is echt tijd van de meting van de i-th.</li>
		<li>Berekenen van de gamma-spectra in tellingen per seconde (cps) door te delen van de spectra (rijen 33-2080 in het werkblad) door de overeenkomstige LT.</li>
		<li>Bereken de netto INS spectra van de overeenkomstige metingen voor elke put als 
		Netto-INS Spectrum = (INS &#38; TNC - TNC) Pit - (INS &#38; TNC - TNC) Bkg (2)</li> <li>Zoeken de gamma pieken 1,78 MeV (28 Si) en 4,44 MeV (12 C) in het spectrum van de netto INS voor elk pit en berekenen van de piek gebieden (4,44 MeV C piek gebied, 1,78 MeV Si piekoppervlakte) IGOR softwarematig.
		<ol><li>Open de software door te dubbelklikken op het pictogram. Eerste netto INS Spectrum in de tabel invoegen.</li>
			<li>Klik op Windows | Nieuwe grafiek | Van doel | &#34; bestandsnaam &#34; | Doe het. Het Spectrum in de Graph-venster wordt weergegeven. Klik op grafiek | Toon Info. De Vensters met A en B markeringen wordt weergegeven onder het grafiekvenster.</li>
			<li>Plaats de muisaanwijzer op teken A, druk de linker muisknop en sleep de cursor naar het spectrum aan linker kant van de piek 1,78 MeV. Plaats de muisaanwijzer op het bord B, druk de linker muisknop en sleep de cursor naar het spectrum aan de rechterkant van de piek 1,78 MeV.</li>
			<li>Klik op analyse | Multi piek Fit | Start nieuwe multi piek Fit | Van doel | Blijven. In het pop-upvenster gemarkeerd gebruik grafiek Cursor | Basislijn lineaire | Auto-zoek pieken nu | Doen | Piek resultaten. Het gebied van de piek in het pop-upvenster weergegeven.</li>
			<li>Herhalen van dezelfde operaties voor 4,44 MeV piek.</li>
			<li>Herhaal alle eerdere operaties met de resterende netto INS Spectra.</li>
		</ol></li> <li>Zoeken de netto koolstof pieken elke put door de vergelijking netto C piek gebied ik = 4,44 MeV C piek gebied ik - 0,058 · 1,78 MeV Si piek gebied ik (3)</li> <li>bouwen de kalibratie-lijn voor de INS-systeem als een directe prop ortional afhankelijkheid van de netto koolstof piekoppervlakte vs. koolstofconcentratie uitgedrukt in procent van het gewicht.
		<ol><li>Open de nieuwe tabel in IGOR software: Klik op venster | Nieuwe tabel. Pit kooldioxide concentratie waarden invoeren in de eerste kolom en de corresponderende netto C piekoppervlakte in de tweede kolom.</li>
			<li>Plot de netto C piek gebied vs pit koolstofconcentratie: klikt u op Windows | Nieuwe grafiek. Kies netto C piekoppervlakte als YWave en koolstof concentraties als XWave. Klik op doen. De punten op de grafiek worden weergegeven.</li>
			<li>Bouwen de kalibratie-lijn: Klik op analyse | Montage van de kromme | Functie - lijn | Van doel | Doe het. De kalibratie-lijn en de kalibratiecoëfficiënt (k) in het venster worden weergegeven.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 5. Uitvoeren van bodem veldmetingen in statische modus <ol><li>de INS-systeem voorbereiden meting volgens stap 3.</li>
	<li>Plaatst het systeem op de site waarvoor bodem koolstof inhoudsanalyse handmatig of door slepen met behulp van geschikte voertuig. Plaats van het INS-systeem zodanig dat de projectie van de neutron bron is gecentreerd over de site te meten.</li>
	<li>Acties als volgt 4.2.2 - 4.2.9 en 4.4.1 - 4.4.6 voor de bepaling van de netto C piek gebieden voor de studieplaatsen.</li>
	<li>Berekenen de koolstofconcentratie in gewichtspercenten met behulp van de kalibratiecoëfficiënt als 
	<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56270/56270eq1.jpg" /></li></ol> 6. veld bodem-metingen uitvoeren in de modus scannen <ol><li>schatten van het pad dat het INS-systeem over het veld terwijl reizen zal administratieve verwerking van reizen snelheid (&#8804; 5 km/h), veld grootte, INS systeem voetafdruk (radius ~ 1 m) en de tijd van de meting (1 h) zodanig dat de bewegende baan uiteindelijk bestrijkt het gehele gebied. Voor het gemak zet plaats vlaggen op punten langs de omtrek veld.</li>
	<li>Stel het INS-systeem voor meting volgens stap 3.</li>
	<li>Acties als volgt 4.2.2 - 4.2.3.</li>
	<li>Volg het pad van de vooraf bepaalde reizen voor 1 h.</li>
	<li>Acties als volgt 4.2.4 - 4.2.9 en 4.4.1 - 4.4.6 voor de bepaling van de netto C piek gebieden voor het bestudeerde gebied.</li>
	<li>Berekenen de koolstofconcentratie in gewichtspercenten met behulp van de kalibratiecoëfficiënt door vergelijking 4.</li>
</ol>

<ol><li>Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://www.jswconline.org/content/56/3/233.abstract">Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils.</a> J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).</li>
<li>Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. <a target="_blank" href="http://www.jswconline.org/content/59/1/1.abstract">Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration.</a> J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).</li>
<li>Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStolbovoy%2C+V+%22Soil+sampling+protocol+to+certify+the+changes+of+organic+carbon+stock+in+mineral+soil+of+the+European+Union.+Version+2%22">Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2</a>. , Office for Official Publications of the European Communities. Luxembourg. ISBN: 978-92-79-05379-5 (2007).</li>
<li>Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/60100500/csr/ResearchPubs/prior/prior_12i.pdf">Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system.</a> Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).</li>
<li>Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H. Quantification of soil quality. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSeybold%2C+CA+%22Soil+processes+and+the+carbon+cycle%22">Soil processes and the carbon cycle</a>. Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. , CRC Press. Boca Raton, FL. 387-404 (1997).</li>
<li>Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNelson%2C+DW+%22Methods+of+Soil+Analysis.%2C+Part+3%2C+Chemical+Methods%22">Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods</a>. Sparks, D. L. , SSSA and ASA. Madison, WI. 961-1010 (1996).</li>
<li>Wielopolski, L. Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil. <a target="_blank" href="https://www.intechopen.com/books/planet-earth-2011-global-warming-challenges-and-opportunities-for-policy-and-practice">Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice</a>. Carayannis, E. , ISBN: 978-953-307-733-8 (2011).</li>
<li>Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. <a target="_blank" href="http://scholars.unh.edu/ersc/14/">Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy.</a> Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).</li>
<li>Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/4089173/">Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses.</a> Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).</li>
<li>Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. <a target="_blank" href="http://journals.lww.com/soilsci/Abstract/2014/12000/Field_Testing_a_Mobile_Inelastic_Neutron.1.aspx?trendmd-shared=%25SPONSORED%25">Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon.</a> Soil Sci. 179, 529-535 (2014).</li>
<li>Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. <a target="_blank" href="http://vzj.geoscienceworld.org/content/15/2/vzj2015.04.0056">Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method.</a> Vadose Zone J. 15 (2), (2016).</li>
<li>Knoll, G. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKnoll%2C+GF+%22Radiation+Detection+and+Measurement%22">Radiation Detection and Measurement</a>. , 3rd, Inc. John Willey & Sons. New York. (2000).</li>
<li>Mitra, S., Dioszegi, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900212008315">Unexploded Ordnance identification - A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation.</a> Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Voortbouwend op de Stichting opgericht door eerdere onderzoekers, het NSDL personeel vragen kritisch naar de praktische en succesvol gebruik van deze technologie in de echte wereld Veldinstellingen gericht. Aanvankelijk, NSDL onderzoekers aangetoond de noodzaak ter verantwoording voor het INS systeem achtergrond signaal bij het bepalen van de netto CO2 piek gebieden. 11 een poging bleek dat de netto koolstof piekoppervlakte de gemiddelde koolstof gewicht procent in de bovenste 10 cm bodemlaag (ong...

Kennis van bodem koolstofgehalte is vereist voor optimalisatie van bodem productiviteit en rentabiliteit, het begrip van het effect van landbouwgrond gebruik praktijken op bodem middelen en het evalueren van strategieën voor carbon sequestration1, 2,3,4. Bodemkoolstof is een universele indicator van bodem kwaliteit5. Verschillende methoden zijn ontwikkeld voor de bodem koolstof metingen. Droge verbranding (DC) is de meest gebruikte methode voor jaar6; Deze methode is gebaseerd op het veld sample collectie en laboratorium verwerking en waardering die is destructief, arbeid intensief en tijdrovend. Twee nieuwere methoden zijn laser-geïnduceerde verdeling spectroscopie en nabij en midden infrarood spectroscopie7. Deze methoden zijn ook destructieve en alleen analyseren de bodemlaag van zeer nabij-oppervlak (0.1 - 1 cm bodem diepte). Bovendien, deze methoden alleen opbrengst punt metingen van koolstofgehalte voor kleine steekproef volumes (~ 60 cm,3 voor DC methode en 0,01-10 cm3 voor infrarood spectroscopie methoden). Deze punt-metingen maken het moeilijk om te extrapoleren van de resultaten naar veld of liggend schalen. Aangezien deze methoden destructieve zijn, zijn periodieke metingen ook niet onmogelijk.
Eerdere onderzoekers van de Brookhaven National Laboratory voorgesteld neutron technologie voor bodem koolstof analyse (INS methode)7,8,9toe te passen. Deze eerste poging ontwikkelde de theorie en de praktijk van het gebruik van neutron gamma analyse voor bodem koolstof meting. Beginnen in 2013, werd deze inspanning op de USDA-ARS nationale bodem Dynamics Laboratory (NSDL) voortgezet. De uitbreiding van deze technologische toepassing in de afgelopen 10 jaar is toe te schrijven aan twee hoofdfactoren: de beschikbaarheid van generatoren van de relatief goedkope commerciële neutron, gamma detectoren en bijbehorende elektronica met software; en stand van de techniek neutron-kernen interactie referentie databases. Deze methode heeft verschillende voordelen ten opzichte van anderen. Een INS-systeem, geplaatst op een platform, kan op elk type veld waarvoor metingen worden gemanoeuvreerd. Deze methode van niet-destructieve in-situ kunt analyseren grote bodems volumes (~ 300 kg) die aan een hele agrarische veld met behulp van slechts een paar metingen kunnen worden geïnterpoleerd. Dit systeem van INS is ook kunnen functioneren in een scanmodus die de gemiddelde koolstofgehalte van een ruimte die is gebaseerd bepaalt op het scannen over een raster van de predetermine van het veld of landschap.

<table><tbody><tr><td>Neutron Generator</td><td>Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO DNC software</td><td>MP320</td><td></td></tr><tr><td>Gamma-detector:</td><td></td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>- NaI(Tl) kristal</td><td>Scionix USA, Orlando, FL</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- Elektronica</td><td>XIA LLC, Hayward, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- Software</td><td>ProSpect</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Batterij</td><td>Fullriver Battery USA, Camarillo, CA</td><td>DC105-12</td><td></td></tr><tr><td>Omvormer</td><td>Nova Electric, Bergenfield, NJ</td><td>CGL 600W-serie</td><td></td></tr><tr><td>Oplader</td><td>PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN</td><td>PS4</td><td></td></tr><tr><td>IJzerblok</td><td>Willekeurig</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Boorzuur</td><td>Willekeurig</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Willekeurig</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Mu-metaal</td><td>Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL</td><td>&nbsp;MU010-12</td><td></td></tr><tr><td>Bouwweer</td><td>Willekeurig</td><td>na</td><td></td></tr><tr><td>Kokosnootschaal</td><td>General Carbon Corp., Patterson, NJ</td><td>GC 8 X 30S</td><td></td></tr><tr><td>Referentie Cs-137 bron</td><td>Willekeurig</td><td>na</td><td></td></tr></tbody></table>

metingen van de bodemkoolstof door neutron-gamma analyse in statische en modi scannen

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

De hierin beschreven toepassingvan de inelastisch neutronen verstrooiing (INS) methode voor bodem koolstof analyse is gebaseerd op de registratie en analyse van gammastralen gemaakt wanneer neutronen met de elementen van de bodem interageren. De voornaamste onderdelen van het INS-systeem zijn een gepulseerde neutron generator, NaI(Tl) gamma detectoren, splitsen elektronica te scheiden van de gamma spectra als gevolg van INS en thermo-neutron capture (TNC) processen en software voor gamma spectra acquisitie en verwerking van gegevens. Deze methode heeft verschillende voordelen ten opzichte van andere methoden in dat het is een niet-destructieve in situ -methode, die de gemiddelde koolstof meet inhoud in grote bodem hoeveelheden verwaarloosbaar wordt beïnvloed door lokale scherpe veranderingen in de bodemkoolstof en kan worden gebruikt in stationaire of het scannen van modi. Het resultaat van de INS-methode is het koolstofgehalte van een site met een voetafdruk van ~2.5 - 3 m2 in het stationaire regime, of de gemiddelde koolstofgehalte van het desbetreffende gebied in het scannen regime. Het meetbereik van de huidige INS-systeem is &#62; 1,5 gewichtspercenten van de koolstof (standaarddeviatie ± 0,3 w %) in de bovenste 10 cm bodemlaag voor een 1 hmeasurement.

Bodem INS &#38; TNC en TNC gamma spectra
Een algemeen beeld van de gemeten bodem gamma spectra wordt weergegeven in Figuur 4. De spectra bestaan uit een set van pieken op een continue achtergrond. De belangrijkste bergtoppen van belang hebben centroids op 4,44 MeV en 1,78 MeV in de modules &#38; TNC spectra. De tweede piek kan worden toegeschreven aan silicium kernen die zijn opgenomen in de bodem, en de eerste pie...

Hier presenteren we het protocol voor in situ meting van de bodemkoolstof met behulp van het neutron-gamma techniek voor aanspreekpunt metingen (statische modus) of veld gemiddelden (scanmodus). Ook beschrijven we de bouw van het systeem en gegevens behandeling procedures uit te werken.

Metingen van de bodemkoolstof door Neutron-Gamma analyse in statische en modi scannen

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Het algemene doel van deze procedure is het meten van bodemkoolstof op specifieke locaties of over een heel veld. Deze methode is gebaseerd op de toepassing van inelastische neutronenverstrooiing voor de analyse van bodemkoolstof. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een niet-destructieve in situ methode is voor het meten van bodemkoolstof in grote volumes grond.De analyse van gammastraling, die ontstaat wanneer neutronen reageren met bodemelementen, stelt ons in staat om het koolstofgehalte in de bovenste 10 centimeter van de bodemlagen te meten. Deze methode kan worden gebruikt in stationaire modus op één punt in het veld, vergelijkbaar met een traditionele bodemmonstername, of in scanmodus, waarbij het gemiddelde koolstofgehalte van het gehele veld wordt gemeten. Verzamel vóór het werken met het INS-systeem de materialen om een beperkt gebied rond de neutronengenerator af te bakenen.Controleer of de noodstopknop van de neutronengenerator onbelemmerd is. Controleer de indicatie van het vermogensniveau op de batterijlader. Laad de batterijen op als er minder dan drie rode lampjes branden.Zodra het vermogensniveau acceptabel is, schakelt u de stroomomvormer en de laptop van het systeem in. Open het programma voor gegevensverwerving. Controleer voor elke detector of de DAC-hoogspanning, de DAC-offset en de energiecoëfficiënt van het trage filter overeenkomen met de eerder gedefinieerde waarden.Het is essentieel voor de functionaliteit van het volledige INS-systeem dat alle detectoren in optimale werkomstandigheden verkeren. Plaats vervolgens een Caesium-137 bron op een afstand van vijf tot 15 centimeter van alle systeemdetectoren. Begin met het verzamelen van spectra en controleer de positie van het centroid van de 662 kiloelectron volt Caesium-137 piek op elke detector.Als de centroïden zich niet in hetzelfde kanaal bevinden, pas dan de energiecoëfficiënt van het trage filter aan om de centroïden naar hetzelfde kanaal te brengen. De spectra van alle drie de detectoren worden samengevat nadat de spectra zijn verkregen. Daarom is het belangrijk dat de relevante pieken op dezelfde kanalen zijn ingesteld.Zodra het systeem klaar is voor kalibratie, dient de Caesium-137-bron te worden opgeborgen. Om te beginnen met de kalibratie met behulp van putten met homogene zand-koolmengsels met bekende koolstofgehaltes, positioneert u het INS-systeem boven de eerste kalibratieput, zodat de projectie van de neutronenbron in het midden van de put komt te liggen. Markeer het afgesperrede gebied duidelijk, met randen die niet minder dan vier meter verwijderd zijn van de neutronengenerator.Plaats waarschuwingsbordens voor stralingsgevaar bij de omtrek van dit gebied. Gebruik de sleutel om de neutronengenerator in te schakelen. Controleer of het indicatielampje groen is.Open de bedieningssoftware van de neutronengenerator en wis eventuele foutmeldingen. Stel de polsfrequentie, duty cycle, vertragingstijd en verlengtijd in. Vul vervolgens de spanning en stroom van de neutronenbundel in.Activeer de neutronengenerator en wacht tot de voltage- en stroommetingen zijn gestabiliseerd. Start vervolgens de acquisitie van spectra in de software voor gegevensverwerving. Verzamel gedurende één uur gegevens en stop daarna de acquisitie.Sla het verkregen spectrum voor elke detector op en sluit beide programma's. Schakel de neutronengenerator uit met de sleutel en controleer of het indicatorlampje dooft. Herhaal dit proces voor elke kalibratiekuil.Importeer vervolgens de verkregen gegevens in een spreadsheetprogramma. Zoek de rijen met de output-telvoeten, de input-telvoeten en de reële tijd. Bereken op basis hiervan de levensduren voor alle metingen.Zet de gamma-metingen om in tellingen per seconde met behulp van de meettijden. Herhaal dit proces voor elke kalibratieput. Bereken vervolgens het netto INS-spectrum voor elke put.Visualiseer het eerste netto INS-spectrum met behulp van analysesoftware. Klik met de rechtermuisknop op de gegenereerde grafiek en klik op 'Show Info' om vensters met A- en B-markeringen weer te geven. Gebruik de markeringen om de piek van 1,78 megaelectron volt te selecteren.Open de functie voor multipiek-fitting en stel de basislijn in als lineair en de grenzen als de cursors van de grafiek. Gebruik de tool om de pieken automatisch te selecteren en de piekoppervlakte te bepalen. Selecteer vervolgens de 4.44 megaelectron volt piek en bepaal op dezelfde wijze de piekoppervlakte.Herhaal dit proces voor elk net INS-spectrum. Bereken op basis van deze waarden de netto koolstofpiekoppervlakte voor elk kalibratiegat. Zet de netto koolstofpiekoppervlaktes uit tegen het koolstofgehalte van het gat.Pas een lineaire fit toe om de kalibratiecoëfficiënt voor het INS-systeem te genereren. Om veldmetingen van de bodem in statische modus uit te voeren, past u dezelfde techniek toe als bij de kalibratieputten. Om veldmetingen van de bodem in scanmodus uit te voeren, ontwerpt u eerst een pad zodat het systeem het gehele interessegebied binnen een uur kan scannen.Plaats vlaggen bij elk draaipunt langs het pad. Start de gegevensverwerving en verplaats het INS-systeem langs het vooraf bepaalde pad met de juiste snelheid. Schakel het systeem uit nadat de gegevensverwerving is voltooid, zoals eerder beschreven.Analyseer de gegevens en bereken de bodemkoolstof voor het gescande gebied met behulp van de kalibratiecoëfficiënt. Koolstof in de bovenste bodemlaag werd gemeten met een traditionele droge verbrandingsmethode en met het INS-systeem in statische modus. De resultaten stemden goed overeen en de koolstofdistributiekaarten van het bemonsterde veld waren zeer vergelijkbaar voor de twee methoden.Het duurde ongeveer twee maanden om de droge verbrandingsmetingen voor de veldlocatie af te ronden, terwijl de INS-metingen in statische modus in twee dagen werden voltooid. INS-metingen in scanmodus werden vergeleken met metingen in statische modus die langs het scanpad waren uitgevoerd. Het netto INS-spectrum in scanmodus kwam overeen met de spectra in statische modus binnen de grenzen van de experimentele fout.Verder werden de gegevens in de scanmodus binnen één uur verkregen, terwijl het vijf uur duurde om de vijf sets gegevens in de statische modus te verzamelen. Deze INS-techniek zou het vermogen van onderzoekers om bodemkoolstof in het veld te meten aanzienlijk moeten verbeteren, wat bodemwetenschappers zal helpen bij het bedenken van strategieën voor koolstofvastlegging en het ontwikkelen van beheersmethoden die de bodemproductiviteit optimaliseren. Het belang van een inelastische neutronenverstrooiingsmethode ten opzichte van een traditionele bodembemonstermethode is de toename in de snelheid van het bepalen van de bodemkoolstof en de verbeterde nauwkeurigheid van de analyse op basis van een volledig veld.Er wordt onderzoek verricht om deze techniek uit te breiden naar het meten van andere bodemelementen en bodemvochtigheid.

measurements-soil-carbon-neutron-gamma-analysis-static-scanning

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Er is vooruitgang geboekt bij het gebruik van spin-echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) als neutronenverstrooiingstechniek om de lengteschalen in onregelmatige monsters te onderzoeken. Kristallieten van [6,6]-fenyl-C61-boterzuurmethylester zijn onderzocht met behulp van de SERGIS-techniek en de resultaten bevestigd door optische en atoomkrachtmicroscopie.

Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering gebruiken om organische zonnecelmaterialen te onderzoeken

Dit artikel toont de statische kamergebaseerde methode voor het meten van broeikasgasflux uit bodembronnen. Met relatief bescheiden investeringen in infrastructuur kunnen metingen worden verkregen uit meerdere behandelingen/locaties en over tijdsbestekken variërend van uren tot jaren.

Meting van Greenhouse Gas Flux uit landbouwgrond met statisch Chambers

Een protocol wordt beschreven waarbij CO2 gemineraliseerd uit organische verontreiniging (afkomstig van aardolie grondstoffen) biodegradatie wordt opgevangen, gekwantificeerd en geanalyseerd op 14C inhoud. Een model wordt ontwikkeld om de ruimtelijke omvang van de CO2 vangstzone te bepalen. Ruimtelijke en temporele metingen maken het mogelijk om mineralisatiepercentages van verontreinigingen te integreren voor het voorspellen van de remedieringsomvang en -tijd.

Het meten van koolstof gebaseerde Verontreinigende Mineralisering gebruik van gecombineerde CO<sub&gt; 2</sub&gt; Flux en Radiokoolstofdatering Analyses

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.

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

SOM ten grondslag ligt aan veel bodemfuncties en processen, maar haar karakterisering met FTIR Infraroodspectroscopie wordt vaak uitgedaagd door minerale storingen. De beschreven methode kunt vergroten het nut van SOM analyse door FTIR spectroscopie door storingen van de mineralen in de bodem spectra met behulp van empirisch verkregen minerale referentie spectra af te trekken.

Verbetering van infrarood spectroscopie karakterisering van organisch bodemmateriaal met spectrale aftrekken

Landschap processen zijn kritieke onderdelen van bodemvorming en spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de bodemeigenschappen en ruimtelijke structuur in landschappen. Wij stellen voor een nieuwe aanpak met stapsgewijze belangrijkste component regressie te voorspellen van herverdeling van de bodem en organische koolstof van de bodem op verschillende ruimtelijke schalen.

Gebruik van Principal Components voor schaalvergroting van modellen van de topografische kaart van herverdeling van de bodem en bodemverontreiniging organische koolstof

Dit protocol presenteert een workflow voor sub-mm 2D visualisatie van meerdere labiele anorganische nutriënten- en verontreinigingsolute soorten met behulp van diffusieve gradiënten in dunne films (DGT) in combinatie met massaspectrometrie beeldvorming. Solutebemonstering en chemische analyse in hoge resolutie worden in detail beschreven voor het kwantitatief in kaart brengen van soluten in de rhizosfeer van terrestrische planten.

Tweedimensionale visualisatie en kwantificering van labiele, anorganische plantennutriënten en verontreinigingen in de bodem

Dit manuscript beschrijft een protocol voor neutronenradiografie en computertomografie van biologische monsters met behulp van een High Flux Isotope Reactor (HFIR) CG-1D-bundellijn om een metalen implantaat in een rattendijbeen, een muizenlong en een kruidachtig plantenwortel / bodemsysteem te meten.

Neutronenradiografie en computertomografie van biologische systemen in de hogefluxisotoopreactor van het Oak Ridge National Laboratory

De hier beschreven verificatiemethode is aanpasbaar voor het monitoren van pedogene anorganische koolstofvastlegging in verschillende landbouwgronden, gewijzigd met alkalische aardmetaalsilicaathoudende gesteenten, zoals wollastoniet, basalt en olivijn. Dit type validatie is essentieel voor koolstofkredietprogramma's, die ten goede kunnen komen aan boeren die koolstof in hun velden in beslag neemt.

Monitoring pedogene anorganische koolstofaccumulatie als gevolg van verwering van gewijzigde silicaatmineralen in landbouwgronden.

Bodemdichtheidsfractionering scheidt organisch materiaal in de bodem in verschillende pools met verschillende stabilisatiemechanismen, chemie en omlooptijden. Natriumpolytungstate-oplossingen met specifieke dichtheden maken de scheiding van vrij zwevend organisch materiaal en mineraal-geassocieerd organisch materiaal mogelijk, wat resulteert in organische stoffracties die geschikt zijn voor het beschrijven van de bodemreactie op beheer en klimaatverandering.

Fractionering van de bodemdichtheid gebruiken om verschillende koolstofreservoirs in de bodem te scheiden

Leer bodemkoolstof meten met neutron-gammatechniek in statische en scanmodus. Deze niet-destructieve in-situ methode analyseert gammastraling voor koolstofbepaling in de bovenste 10 cm bodemlaag.

Metingen van de bodemkoolstof door Neutron-Gamma analyse in statische en modi scannen

Meer video's verkennen