Artykuł metodologiczny

Laboratoryjny i terenowy protokół do szacowania szybkości erozji arkuszy na podstawie dendrogeomorfologii

DOI:

10.3791/57987

⸱

7 stycznia 2019

 ,  ,  , 
1University of Castilla-La Mancha (UCLM), 2Department of Earth Sciences, University of Geneva, 3Institute for Environmental Sciences, University of Geneva, 4Departamento de Sistemas y Recursos Naturales, Universidad Politécnica de Madrid, 5Departamento de Biodiversidad, Ecología y Evolución, Universidad Complutense de Madrid

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Charakteryzacja erozji na podstawie dendrogeomorfologii zazwyczaj skupiała się na dokładnym znalezieniu początkowego czasu ekspozycji korzeni, poprzez badanie makroskopowych lub zmian na poziomie komórki spowodowanych ekspozycją. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy opis różnych nowatorskich technik uzyskiwania bardziej precyzyjnych wskaźników erozji na podstawie bardzo dokładnych danych mikrotopograficznych.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Erozja warstwy jest jednym z kluczowych czynników powodujących degradację gleby. Erozja jest kontrolowana przez czynniki środowiskowe i działalność człowieka, które często prowadzą do poważnych skutków dla środowiska. Zrozumienie erozji arkuszy jest w związku z tym problemem ogólnoświatowym, który ma implikacje zarówno dla środowiska, jak i gospodarki. Jednak wiedza na temat ewolucji erozji w czasie i przestrzeni jest nadal ograniczona, a także jej wpływu na środowisko. Poniżej wyjaśniamy nowy protokół dendrogeomorfologiczny do wyznaczania zerodowanej grubości gleby (Ex) poprzez uzyskanie dokładnych danych mikrotopograficznych za pomocą zarówno naziemnego skaningu laserowego (TLS), jak i mikrotopograficznych mierników profilu. Dodatkowo, standardowe procedury dendrogeomorficzne, zależne od anatomicznych zmian w pierścieniach korzeniowych, są wykorzystywane do ustalenia czasu ekspozycji. Zarówno TLS, jak i mikrotopograficzne sprawdziany profili służą do uzyskiwania profili powierzchni gruntu, na podstawie których Ex jest szacowane po wyznaczeniu odległości progowej (TD), czyli odległości między korzeniem a punktem osadu, co pozwala na określenie obniżenia się powierzchni gruntu spowodowanego erozją arkusza. Dla każdego profilu zmierzyliśmy wysokość między górną stroną korzenia a wirtualną płaszczyzną styczną do powierzchni gruntu. W ten sposób chcieliśmy uniknąć niewielkich skutków deformacji gleby, które mogą być spowodowane naciskiem wywieranym przez system korzeniowy lub rozmieszczeniem odsłoniętych korzeni. Może to powodować niewielkie ilości osadzania się lub erozji gleby, w zależności od tego, jak fizycznie wpływają one na spływ powierzchniowy. Wykazaliśmy, że odpowiednia charakterystyka mikrotopograficzna odsłoniętych korzeni i związanej z nimi powierzchni gruntu jest bardzo cenna dla uzyskania dokładnych wskaźników erozji. Odkrycie to może zostać wykorzystane do opracowania najlepszych praktyk zarządzania, które ostatecznie zatrzymają lub być może przynajmniej zmniejszą erozję gleby, tak aby można było wprowadzić w życie bardziej zrównoważone polityki zarządzania.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zarówno ekonomiczny, jak i środowiskowy wpływ erozji arkuszy sprawia, że ten temat jest przedmiotem ogólnoświatowego zainteresowania1. Do obliczania szybkości erozji gleby w różnych skalach czasowych i przestrzennych stosuje się kilka metod, od technik bezpośrednich po podejścia fizyczne i empiryczne. Techniki bezpośrednie wykorzystują pomiary terenowe w warunkach naturalnych i opierają się głównie na wykorzystaniu koryt Gerlacha2, water collectors3, erosion pins4 i profilometers5. Co więcej, modele erozji gleby coraz częściej koncentrują się na szczegółowym odwzorowaniu rzeczywistych procesów fizycznych odpowiedzialnych za erozję6.

Dendrogeomorphology7 to poddział dendrochronologii8 że jest skuteczny w charakterystyce częstotliwości i wielkości procesów geomorficznych9,10,11,12,13,14,15,16,17. Jeśli chodzi o erozję arkuszy, dendrogeomorfologia jest zwykle stosowana w celu ulepszenia lub zastąpienia wyżej wymienionych metodologii, szczególnie na obszarach, gdzie wskaźniki erozji uzyskane za pomocą technik bezpośrednich są rzadkie lub niedostępne. Dendrogeomorfologia jest bardzo elastyczną metodą oceny erozji gleby i może być wykorzystana do kalibracji modeli fizycznych i empirycznych, a może jako źródło danych w celu zwiększenia wiarygodności technik bezpośredniego szacowania18,19. Dendrogeomorfologia umożliwia ustalenie erozji gleby na dużych obszarach, na których dostępne są odsłonięte korzenie. Te odsłonięte korzenie powinny wykazywać wyraźne granice słojów drzew i reagować na roczne wzorce wzrostu, aby można je było uznać za optymalne do zastosowania technik dendrogeomorfologicznych20. Ponadto odsłonięte korzenie, z których mają być pobierane próbki, powinny być umieszczone w jednorodnych jednostkach w oparciu o ich reakcję na erozję gleby21.

Konwencjonalny dendrogeomorficzny sposób szacowania erozji arkuszy opiera się na pomiarze in situ zerodowanej grubości gleby (Ex) od momentu pierwszego kontaktu z obecnym22,23,24. Stosunek między tymi dwiema zmiennymi jest wykorzystywany do obliczenia wartości erozji w mm∙yr1. Wiele z przeprowadzonych do tej pory badań koncentrowało się wyłącznie na skutecznej identyfikacji początkowego roku ekspozycji. W rezultacie modyfikacje w korzeniu spowodowane ekspozycją są analizowane na poziomie makroskopowym25 lub na poziomie tkankowym i komórkowym26,27,28. Główną zmianą anatomiczną zachodzącą w odsłoniętych korzeniach drzew iglastych jest zwiększenie grubości słojów wzrostu, co jest konsekwencją znacznej liczby komórek w obrębie earlywood (EW)26. Podobnie stwierdzono zmniejszenie w obszarze światła tracheidów EW wraz ze zwiększoną grubością struktury ściany komórkowej tracheidów z późnego drewna (LW)24,27,29. Modyfikacje te zostały opisane i określone ilościowo jako rozpoczynające się, gdy erozja obniża powierzchnię gruntu nad korzeniem do około trzech cm30. Mniej uwagi poświęcono odpowiedniemu określeniu parametru Ex. Wiek odsłoniętych korzeni był zazwyczaj związany z wysokością środkowej osi wzrostu korzenia nad powierzchnią gruntu31,32. Oszacowanie Ex zostało w związku z tym skorygowane, biorąc pod uwagę trwający wzrost wtórny30,33. Ostatnio te podejścia metodologiczne zintegrowały również charakterystykę mikrotopografii gleby w celu uzyskania wiarygodnych wskaźników erozji34,35,36.

Przedstawiamy protokół laboratoryjny i terenowy, aby oszacować dokładniejsze i bardziej wiarygodne tempo erozji arkuszy z dendrogeomorfologii. W tym konkretnym protokole badamy hipotezę, że pobieranie próbek wszystkich odsłoniętych korzeni, niezależnie od orientacji względem ścieżki spływu i w połączeniu z analizą mikrotopograficzną, umożliwia precyzyjną rekonstrukcję i ilościowe określenie szybkości erozji. Naszym celem jest zatem dostarczenie protokołu do oszacowania szybkości erozji na podstawie maksymalizacji wielkości próbki odsłoniętych korzeni, przy użyciu makroskopowych i mikroskopowych informacji znalezionych w słojach drzew, a także danych topograficznych o wysokiej rozdzielczości.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Strategia próbkowania

  1. Identyfikacja procesów geomorficznych
    1. Zaimplementuj podejście Hydrologic Response Units (HRU)21. W tym celu należy zidentyfikować jednorodne obszary w obrębie badanego obszaru, obejmujące litologię i osady powierzchniowe, pokrycie koronami drzew, pozostałości wegetatywne stykające się z powierzchnią gleby i nachylenie. Spośród wszystkich HRU wybierz te, w których dominuje proces erozji arkuszy.

figure-protocol-1
Rysunek 1: Przykład HRU związanych z piaszczystym wąwozem. W odniesieniu do proponowanego tutaj protokołu, pobieranie próbek odsłoniętych korzeni musi być przeprowadzone w HRU, w którym efektywnym procesem erozyjnym jest erozja arkuszy (na tym rysunku legenda odpowiada odsłoniętemu piasku o umiarkowanym nachyleniu). Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Bodoque et al.21. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Pobieranie próbek z odsłoniętych korzeni
    1. Zlokalizuj w badanym miejscu odsłonięte korzenie odpowiadające gatunkom drzew przydatnym do datowania słojów drzew (najlepiej iglastych)20.
    2. Należy przedstawić szczegółowy opis cech przestrzennych i morfologicznych otoczenia odsłoniętych korzeni, z których mają zostać pobrane próbki. Zbierz następujące informacje: położenie geograficzne (współrzędne UTM); wysokość; aspekt w stopniach sześćdziesiętnych, zarówno dla zbocza wzgórza, jak i dla konkretnego położenia korzenia (aspekt lokalny); odległość odcinka korzeniowego od pnia drzewa; nachylenie zbocza wzgórza i nachylenie określonego położenia korzenia (oba wyrażone w stopniach); orientacja odsłoniętego korzenia w stosunku do ścieżki odpływu.
    3. Weź jedną próbkę gleby o wadze około 1 kg z obszaru otaczającego każdy odsłonięty korzeń. Parametry, które należy scharakteryzować, to tekstura, procentowa zawartość materii organicznej i struktura gleby.
    4. Pomiar przewodności hydraulicznej in situ za pomocą infiltrometru z pojedynczym pierścieniem pod stałą głowicą.
      Uwaga: Należy wykonać kroki 1.2.2 i 1.2.3 w celu scharakteryzowania podatności gleby na erozję.
    5. Zlokalizuj odsłonięte korzenie, które znajdują się dalej niż 1,5 m od pnia. W mniejszych odległościach ekspozycja może być związana ze wzrostem drzew.
    6. Pokrój piłą ręczną co najmniej 30 odsłoniętych korzeni o średnicy większej niż 5 cm na odcinki o długości 15 cm. Następnie weź dwa plastry o grubości około 1,5 cm.
    7. Za pomocą kielni pomiarowej, piły ręcznej i taśmy mierniczej należy pobrać próbkę z podzbioru zakopanych korzeni (co najmniej jednej trzeciej wszystkich odsłoniętych korzeni, z których pobrano próbki) na różnych głębokościach gleby (maksymalnie 20 cm), aby ustalić minimalną grubość gleby, poniżej której korzenie zaczynają reagować anatomicznie w wyniku ekspozycji.

figure-protocol-2
Rysunek 2: Przykład sposobu przeprowadzania pobierania próbek w terenie. Wybiera się co najmniej 30 odsłoniętych korzeni, a następnie przycina piłą ręczną. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Charakterystyka mikrotopograficzna powierzchni gruntu i odsłoniętych korzeni w łatwo dostępnych miejscach

  1. Użyj naziemnego skanera laserowego, który może mierzyć do 50 000 punktów na sekundę z precyzją 1 mm przy odległości skanowania < 120 m.
  2. Rozważ co najmniej dwie różne konwencjonalne lokalizacje TLS, aby uniknąć stref cienia.
  3. Połącz różne lokalizacje, używając co najmniej czterech celów geodezyjnych o wysokiej rozdzielczości (HDS) rozmieszczonych tak, aby obejmowały cały obszar.
  4. Aby uzyskać bardzo dokładne dane topograficzne, należy zeskanować średni obszar 300cm2 z wybranych lokalizacji, korzystając z rozdzielczości przestrzennej 1 mm. Uwzględnij odsłonięte korzenie i otaczający obszar, który jest reprezentatywny dla powierzchni gruntu.

3. Charakterystyka mikrotopograficzna powierzchni gruntu i odsłoniętych korzeni, w miejscach o trudnym i stromym terenie (środowiska górskie)

  1. Umieścić miernik profilu mikrotopograficznego prostopadle do odsłoniętego korzenia, a następnie wypoziomować poziomo dla wszystkich pomiarów w taki sposób, aby można było porównać różne zestawy danych.
  2. Narysuj profil uzyskany w kroku 3.1 na papierze milimetrowym, aby móc wywnioskować ilość zerodowanej gleby wzdłuż profilu z dokładnością poniżej milimetra.

figure-protocol-3
Rysunek 3: Przykład charakterystyki mikrotopografii gruntu za pomocą mikrotopograficznego miernika profilu. (A) Ilustracja odsłoniętych korzeni obserwowanych wzdłuż szlaku turystycznego; B) pomiary mikrotopografii gleby przy użyciu miernika profilu mikrotopograficznego; (C) oszacowanie Ex poprzez uzyskanie profili mikrotopograficznych poprzez narysowanie ich na papierze milimetrowym, aby umożliwić wnioskowanie o ilości zerodowanej gleby wzdłuż profilu i z dokładnością poniżej milimetra. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Określenie czasu ekspozycji korzenia

  1. Analiza makroskopowa
    1. Suszyć na powietrzu skrawki uzyskane w kroku 1.2.6 przez 2 miesiące.
    2. Z początkowych części uzyskaj dwa plastry, z których każdy ma grubość około 2 cm.
    3. Przeszlifuj i wypoleruj plastry papierem ściernym (o ziarnistości do 400), aby ułatwić rozpoznanie słojów.
    4. Skanuj warstwy w rozdzielczości co najmniej 2 800 dpi, aby można je było dokładnie analizować nawet wtedy, gdy pierścienie są szczególnie cienkie.
    5. Wykorzystaj wzrost procentu późnego drewna i większą szerokość słojów jako wskaźniki stresu wywołanego ekspozycją.
    6. Zaznacz co najmniej 4-5 promieni wzdłuż średnic plastrów, które wykazują największą zmienność szerokości słojów.
    7. Użyj systemu analizy obrazu lub stołu pomiarowego, aby zmierzyć szerokość słojów drzewa.
    8. Zastosuj wizualne procedury datowania krzyżowego, porównując zmienność szerokości słojów wzrostu między różnymi promieniami, aby zarówno poprawić precyzję datowania w pierwszym roku narażenia na erozję gleby, jak i prawidłowo datować kolejne pierścienie i rozpoznać obecność wielu lub nieciągłych pierścieni.

figure-protocol-4
Rysunek 4: Przykład, w jaki sposób przygotować fragment odsłoniętego korzenia w celu przeprowadzenia dendrochronologicznego datowania serii pierścieni. W każdej sekcji zaznaczono cztery lub pięć promieni wzdłuż kierunków, które wykazują największą zmienność pod względem szerokości słojów drzew. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Analiza mikroskopowa
    1. Zarówno w przypadku odsłoniętych, jak i nieodsłoniętych próbek korzeniowych należy użyć przesuwnego mikrotomu, aby uzyskać promieniste przekroje o szerokości około 1 cm i grubości 20 mikronów.
    2. Zabarwić przekroje poprzeczne safraniną (tj. 1 g safraniny + 50 g wody + 50 g 96% etanolu) i odwodnić coraz bogatszym roztworem etanolu i wody o zawartości do 96% etanolu (np. 50% i 96% etanolu), aż etanol będzie klarowny. Namocz próbki w ksylolu lub środku czyszczącym z olejku cytrusowego (np. Histoclear).
    3. Zamontuj przekroje na szkiełkach powlekanych, nakryj szkiełkiem z utwardzającą się żywicą epoksydową (np. Eukitt, balsam kanadyjski i schnij w temperaturze otoczenia (tj. około 5-8 godzin dla Eukitt, co najmniej 24 h dla balsamu kanadyjskiego).
    4. Obserwuj (w powiększeniu 125x) i fotografuj próbki za pomocą cyfrowego systemu obrazowania pod mikroskopią optyczną.
    5. Porównaj pod mikroskopem optycznym anatomiczny ślad zarówno odsłoniętych, jak i nieodsłoniętych próbek korzeni (kroki 1.2.5 i 1.2.6).
    6. Wykonaj pomiary mikroskopowe za pomocą analizatora obrazu na zdjęciach cyfrowych następujących parametrów: a) szerokość pierścienia wzrostu; b) liczba komórek w pierścieniu; c) procentowa zawartość drewna późnego; oraz d) obszar światła w Earlywood.
    7. Przetestuj za pomocą analizatora obrazu (krok 4.2.6) występowanie kanałów żywicznych i wykonaj pomiary dla każdego pierścienia wzrostu.
    8. Przeprowadź jednoczynnikową analizę ANOVA z testami wielozakresowymi (metoda: 95% LSD – Najmniejsza Istotna Różnica) dla rozważanych zmiennych anatomicznych (krok 4.2.6), aby zweryfikować istnienie statystycznie istotnych różnic między dwiema grupami pomiarów (korzenie wstępnie naświetlone i narażone).

5. Oszacowanie grubości warstwy gleby zerodowanej od czasu początkowej ekspozycji (ex)

  1. Scenariusz 1: uwidocznione korzenie, które biegną równolegle do ścieżki odpływu.
    1. Na podstawie danych uzyskanych w kroku 2.4 użyj odwrotnego ważenia odległości jako metody interpolacji, aby uzyskać bardzo dokładne cyfrowe modele terenu (DEM) o rozdzielczości przestrzennej 3 mm.
    2. Za pomocą narzędzi GIS można wyodrębnić z DEM prostopadłe profile odsłoniętego korzenia z przybliżoną odległością 150 cm.
    3. Wykonaj kroki 5.1.1 i 5.1.2 w łatwo dostępnych miejscach (krok 2).
    4. Należy użyć prostopadłych profili odsłoniętego korzenia uzyskanych w kroku 3.2, gdy badany teren znajduje się na obszarach, gdzie teren jest trudny i stromy (środowiska górskie) (krok 3).
    5. W profilach uzyskanych w krokach 5.1.2 i 5.1.3 należy zastosować interpretację wizualną, aby określić odległość progową (TD), zdefiniowaną jako odległość między korzeniem a punktem zaczepienia na powierzchni gruntu. Powoduje to obniżenie powierzchni gruntu dla profili w wyniku erozji arkuszy.
    6. Oszacuj grubość warstwy gleby, która uległa erozji, mierząc wysokość między wierzchołkiem korzenia a punktem klinowym na powierzchni gruntu oszacowaną w kroku 5.1.5.
    7. Skorygować pomiar uzyskany w kroku 5.1.6, odejmując go od trwającego wzrostu wtórnego (tj. wzrostu korzenia od roku ekspozycji) i grubości kory na górnej/dolnej stronie korzenia. Zobacz Corona et al. 30, aby uzyskać szczegółowy opis.

figure-protocol-5
Rysunek 5: Przykład ilustruje, w jaki sposób umieścić TD, gdy odsłonięte korzenie, z których pobierane są próbki, są zorientowane zgodnie ze ścieżką spływu. Rysunek ten przedstawia wspólny mikrotopograficzny profil poprzeczny odkrytego korzenia i jego bezpośredniego sąsiedztwa. Ex1 jest lokalizacją stosowaną w tradycyjnym podejściu dendrogeomorficznym do określania grubości zerodowanej gleby; Ex2 należy do pozycji, w której należy ocenić ten parametr. TD przyjmuje się jako pozycję prowadzącą, od której powierzchnia gruntu jest zmieniana tylko przez erozję arkusza. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Bodoque et al.34 Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Scenariusz 2: odsłonięte korzenie, które biegną prostopadle do ścieżki odpływu
    1. Wykonaj kroki od 5.1.1 do 5.1.4, jak podano w kroku 5.1.
    2. Korzystając z kalkulatora rastrowego dostępnego w dowolnym oprogramowaniu Systemu Informacji Geograficznej (GIS), dla każdego profilu prostopadłego zmierz wysokość między wierzchołkiem podstawy a powierzchnią terenu, używając punktu zaczepienia na powierzchni terenu jako punktu odniesienia. W tym momencie na pomiary Ex nie ma wpływu sedymentacja i/lub erozja szorująca, a zatem możliwe jest zmierzenie erozji gleby.
    3. Skorygować pomiar uzyskany w kroku 5.2.2, stosując procedurę opisaną w kroku 5.1.7.

figure-protocol-6
Rysunek 6: Przykładowy rysunek przedstawiający sposób postępowania, gdy odsłonięte korzenie, z których pobierane są próbki, są zorientowane zgodnie ze ścieżką odpływu. Na rysunku przedstawiono schematyczny widok profilu powierzchni gruntu związanego z odsłoniętym prostopadłym korzeniem w odniesieniu do ścieżki spływu. Zerodowaną grubość gleby (Ex) określa się ilościowo w punkcie zbiegającym się z dominującymi procesami sedymentacji i erozji szorowania w pobliżu korzenia. Rysunek ten został zmodyfikowany na podstawie Ballesteros-Cánovas et al.35 Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

6. Szacowanie szybkości erozji arkuszy

  1. W zależności od charakterystyki mechanicznej gleby w badanym miejscu, należy zastosować równanie 1 (tj. hipotezę, że promieniowe ciśnienie wzrostu wywierane przez korzeń jest niższe niż wytrzymałość gleby na ścinanie) lub równanie 2 (tj. zakłada stabilność osi korzenia w czasie)30:
    figure-protocol-7(1)
    figure-protocol-8(2)
    gdzie:
    ER (mm∙yr-1) oznacza szybkość erozji arkusza, którą należy oszacować.
    EX (mm) oznacza grubość warstwy gleby ulegniętej erozji od momentu początkowej ekspozycji. W tym celu należy wykonać kroki od 5.1.1 do 5.2.3.
    Gr1 i Gr2 (mm) reprezentują wtórny (następczy) wzrost w górnej/dolnej części korzenia po ekspozycji. Uzyskuje się go po wykonaniu kroku 5.1.7.
    B1 i B2 (mm) to grubość kory w górnej/dolnej części korzenia. Uzyskuje się go za pomocą procedury opisanej w kroku 5.1.7.
    ε (mm) definiuje się jako minimalną głębokość gleby, poniżej której korzeń zaczyna zmieniać swoją anatomiczną konfigurację.
    NRex (yr) oznacza liczbę słojów drzew powstałych po roku ekspozycji. Uzyskuje się go za pomocą kroków od 4.1.1 do 4.2.8.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Próbki odsłoniętych korzeni ulegają poważnemu zniszczeniu kambium z powodu wpływu ekspozycji (np. zmiany temperatury, padania światła) oraz stresu fizycznego, spowodowanego deptaniem przez wędrowców lub pasącymi się zwierzętami i przeglądaniem, które korzenie są poddawane po ich wystawieniu. Ustalenie istnienia nieciągłych pierścieni, jak również dokładne datowanie pierwszego roku reakcji na ekspozycję, zostało przeprowadzone w laboratorium, tak jak w Protokole 4 (kroki 4.1.6 do ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zastosowany protokół pokazuje wartość szczegółowej i prawidłowej charakterystyki mikrotopografii powierzchni gruntu, ponieważ umożliwia pomiar wiarygodnych wskaźników erozji arkuszy na podstawie dendrogeomorfologii. Nasze podejście metodologiczne koncentruje się na znaczeniu scharakteryzowania mikrotopografii w otoczeniu korzeni ekspozycyjnych w celu poprawy oszacowania szybkości erozji. Czynnik ten został w dużej mierze zignorowany w poprzednich badaniach, co doprowadziło do błędnej interpretacji tempa erozji gleby wypr...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Projekty badawcze, które sfinansowały te badania, to: MARCoNI (CGL2013-42728-R); Dendro-Avenidas (CGL2007-62063); MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) z hiszpańskiego Ministerstwa Nauki i Technologii oraz projekt IDEA-GESPPNN (OAPN 163/2010), który został sfinansowany przez Ministerstwo Środowiska Hiszpanii.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Mapa topograficzna, mapa glebowa, mapaDo uzyskania od instytucji publicznych lub wygenerowania w pierwszej fazie badań
Jednopierścieniowy infiltometrTurf-Tec InternationalIN16-Whttp://www.turf-tec.com/IN16Lit.html
PiłaNie ma żadnych szczególnych cech, które należy wziąć pod uwagę w odniesieniu do modelu Taśma
mierniczaZ dokładnością do 1 mm
naziemny skaning laserowy (TLS)Leica-GeosystemsLeica ScanStation P16
https://leica-geosystems.com/products/laser-scanners/scanners/leica-scanstation-p16 Online Facom, 19https://www.classic-conservation.com/es/herramientas-para-talla-y-escultura-en-madera/511-galga-medidora-de-perfiles.html
Papiero ziarnistości od 80 do 400
SkanerEPSONPerfection V800 System analizy zdjęćhttps://www.epson.co.uk/products/scanners/consumer-scanners/perfection-v800-photo
obrazuRegent Instruments Inc.WinDENDROhttp://www.regentinstruments.com/assets/windendro_analysisprocess.html
Stół pomiarowyIMLhttps://www.iml-service.com/product/iml-measuringtable/
Mikrotom przesuwnyThermo Fisher SCIENTIFICMicrom HM 450-387760http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/910020
Mikroskop optycznyOLYMPUS MX63/MX63Lhttps://www.olympus-ims.com/en/microscope/mx63l/
Aparat cyfrowy do mikroskopuOLYMPUSDP74https://www.olympus-ims.com/en/microscope/dc/
SafraninaWzór empiryczny (notacja Hilla) C20H19ClN4 
AstrablueWzór empiryczny C47H52CuN14O6S3
AlkoholAlkohol objętościowo (50%, 75% i 100%)
WodaH2O
Środekdo usuwania olejków cytrusowychhttps://www.nationaldiagnostics.com/histology/product/histo-clear
Prowadnice powlekaneThermo Fisher SCIENTIFIC https://www.fishersci.com/us/en/products/I9C8JXMT/coated-glass-microscope-slides.html
Utwardzanie epoksydoweMERCKhttps://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/03989?lang=es®ion=ES
pokrycia terenu ręczna Mikrotopograficzny miernik profilu ścierny destylowana

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Montgomery, D. R. Soil erosion and agricultural sustainability. Proceedings of the National Academic of Sciences of the United States of America. 104 (33), 13268-13272 (2007).
  2. Novara, A., Gristina, L., Saladino, S. S., Santoro, A., Cerdà, A. Soil erosion assessment on tillage and alternative soil managements in a Sicilian vineyard. Soil & Tillage Research. 117, 140-147 (2011).
  3. Desir, G., Marín, C. Factors controlling the erosion rates in a semi-arid zone (Bardenas Reales, NE Spain). Catena. 71 (1), 31-40 (2007).
  4. Shi, Z., Wen, A., Zhang, X., Yan, D. Comparison of the soil losses from 7Be measurements and the monitoring data by erosion pins and runoff plots in the Three Gorges Reservoir region, China. Applied Radiation and Isotopes. 69 (10), 1343-1348 (2011).
  5. Sirvent, J., Desir, G., Gutierrez, M., Sancho, C., Benito, G. Erosion rates in badland areas recorded by collectors, erosion pins and profilometer techniques (Ebro Basin, NE-Spain). Geomorphology. 18 (2), 61-75 (1997).
  6. Flanagan, D., Ascough, J., Nearing, M., Laflen, J. The Water Erosion Prediction Project (WEPP) model. Landscape Erosion and Evolution Modelling. Harmon, R. S., Doe, W. W. III , Kluwer Academic. New York. 145-199 (2001).
  7. Alestalo, J. Dendrochronological interpretation of geomorphic processes. Fennia -International Journal of Geography. 105, 1-139 (1971).
  8. Cook, E. R., Kalriukstis, L. A. Methods of Dendrochronology. Methods of Dendrochronology. , 97-104 (1990).
  9. Pelfini, M. Dendrogeomorphological study of glacier fluctuations in the Italian Alps during the Little Ice Age. Annals of Glaciology. 28 (1639), 123-128 (1999).
  10. Malik, I., Matyja, M. Bank erosion history of a mountain stream determined by means of anatomical changes in exposed tree roots over the last 100 years (Bílá Opava River - Czech Republic). Geomorphology. 98 (1-2), 126-142 (2008).
  11. Stoffel, M., Bollschweiler, M., Butler, D., Luckman, B. Tree Rings and Natural Hazards: A State-of-the-art. , Springer. Berlin. (2010).
  12. Ballesteros, J. A., Bodoque, J. M., Díez-Herrero, A., Sanchez-Silva, M., Stoffel, M. Calibration of floodplain roughness and estimation of flood discharge based on tree-ring evidence and hydraulic modelling. Journal of Hydrology. 403 (1-2), 103-115 (2011).
  13. Procter, E., Stoffel, M., Schneuwly-Bollschweiler, M., Neumann, M. Exploring debris-flow history and process dynamics using an integrative approach on a dolomitic cone in western Austria. Earth Surface Processes and Landforms. 37 (9), 913-922 (2012).
  14. Corona, C., Saez, J. L., Stoffel, M., Rovéra, G., Edouard, J. L., Berger, F. Seven centuries of avalanche activity at Echalp (Queyras massif, southern French Alps) as inferred from tree rings. Holocene. 23 (2), 292-304 (2013).
  15. Ballesteros-Cánovas, J. A., et al. Can tree tilting be used for paleoflood discharge estimations? Journal of Hydrology. 529 (P2), 480-489 (2015).
  16. Šilhán, K. Dendrogeomorphic chronologies of landslides: Dating of true slide movements. Earth Surface Processes and Landforms. 42 (13), 2109-2118 (2017).
  17. Ballesteros Cánovas, J. A., et al. Gully evolution and geomorphic adjustments of badlands to reforestation. Scientific Reports. , (2017).
  18. Ballesteros-Cánovas, J. A., et al. Dendrogeomorphology in badlands: Methods, case studies and prospects. Catena. 106, 113-122 (2013).
  19. Stoffel, M., Corona, C., Ballesteros-Cánovas, J. A., Bodoque, J. M. Dating and quantification of erosion processes based on exposed roots. Earth-Science Reviews. 123, 18-34 (2013).
  20. Grissino-Mayer, H. D. An updated list of species used in tree-ring research. Tree-Ring Bulletin. 53, 17-43 (1993).
  21. Bodoque, J. M., Lucía, A., Ballesteros, J. A., Martín-Duque, J. F., Rubiales, J. M., Genova, M. Measuring medium-term sheet erosion in gullies from trees: A case study using dendrogeomorphological analysis of exposed pine roots in central Iberia. Geomorphology. 134 (3-4), 417-425 (2011).
  22. LaMarche, V. Rate of slope erosion in the White Mountains, California. Geological Scociety of America Bulletin. 72 (10), 1579-1580 (1961).
  23. LaMarche, V. C. Rates of Slope Degradation as Determined from Botanical Evidence White Mountains California Rates of Slope Degradation as Determined from Botanical Evidence White Mountains California. U.S. Geological Survey Professional Paper. 352 (1), 354-376 (1968).
  24. Bodoque, J. M., Dies-Herrero, A., Martin-Duque, J. F., Rubiales, J. M., Godfrey, A., Pedraza, J., Carrasco, R. M., Sanz, M. A. Sheet erosion rates determined by using dendrogeomorphological analysis of exposed tree roots: Two examples from Central Spain. Catena. 64 (1), 81-102 (2005).
  25. Carrara, P. E., Carroll, T. R. The determination of erosion rates from exposed tree roots in the piceance basin, colorado. Earth Surface Processes and Landforms. 4 (4), 307-317 (1979).
  26. Fayle, D. Radial Growth in Tree Roots - Distribution, Timing, Anatomy. , Toronto. (1968).
  27. Gärtner, H., Schweingruber, F., Dikau, R. Determination of erosion rates by analyzing structural changes in the growth pattern of ex- posed roots. Dendrochronologia. 19, 81-91 (2001).
  28. Hitz, O. M., Gärtner, H., Heinrich, I., Monbaron, M. Application of ash (Fraxinus excelsior L.) roots to determine erosion rates in mountain torrents. Catena. 72 (2), 248-258 (2008).
  29. Rubiales, J. M., Bodoque, J. M., Ballesteros, J. A., Diez-Herrero, A. Response of Pinus sylvestris roots to sheet-erosion exposure: An anatomical approach. Natural Hazards and Earth System Science. 8 (2), 223-231 (2008).
  30. Corona, C., Lopez Saez, J., Rovéra, G., Stoffel, M., Astrade, L., Berger, F. High resolution, quantitative reconstruction of erosion rates based on anatomical changes in exposed roots at Draix, Alpes de Haute-Provence - critical review of existing approaches and independent quality control of results. Geomorphology. 125 (3), 433-444 (2011).
  31. McAuliffe, J. R., Scuderi, L. A., McFadden, L. D. Tree-ring record of hillslope erosion and valley floor dynamics: Landscape responses to climate variation during the last 400 yr in the Colorado Plateau, northeastern Arizona. Global and Planetary Change. 50 (3-4), 184-201 (2006).
  32. Danzer, S. Rates of slope erosion determined from exposedroots of ponderosa pine at Rose Canyon Lake, Arizona. Tree Rings, Environment, and Humanity. Dean, J., Meko, D. M., Sewtnam, T. W. , Department of Geosciences, The University of Arizona, Tucson. 671-678 (1996).
  33. Gärtner, H. Tree roots - Methodological review and new development in dating and quantifying erosive processes. Geomorphology. 86 (3-4), 243-251 (2007).
  34. Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Lucía, A., Díez-Herrero, A., Martín-Duque, J. F. Source of error and uncertainty in sheet erosion rates estimated from dendrogeomorphology. Earth Surface Processes and Landforms. 40 (9), 1146-1157 (2015).
  35. Ballesteros-Cánovas, J. A., Corona, C., Stoffel, M., Lucia-Vela, A., Bodoque, J. M. Combining terrestrial laser scanning and root exposure to estimate erosion rates. Plant and Soil. 394 (1-2), 127-137 (2015).
  36. Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Rubiales, J. M., Perucha, M. Á, Nadal-Romero, E., Stoffel, M. Quantifying Soil Erosion from Hiking Trail in a Protected Natural Area in the Spanish Pyrenees. Land Degradation & Development. 28, 2255-2267 (2017).
  37. Misra, R., Dexter, A., Alston, A. Maximum axial and radial growth pressures of plant-roots. Plant and Soil. 95 (3), 315-326 (1996).
  38. Clark, L. J., Bengough, A. G., Whalley, W. R., Dexter, A. R., Barraclough, P. B. Maximum axial root growth pressure in pea seedlings: Effects of measurement techniques and cultivars. Plant and Soil. 209 (1), 101-109 (1999).
  39. Gärtner, H., Cherubini, P., Fonti, P., von Arx, G., Schneider, L., Nievergelt, D., Verstege, A., Bast, A., Schweingruber, F. H., Büntgen, U. A. A Technical Perspective in Modern Tree-ring Research - How to Overcome Dendroecological and Wood Anatomical Challenges. Journal of Visualized Experiments. (97), 1-10 (2015).
  40. Antonova, G., Stasova, V. Effects of environmental factors on wood formation in Scots pine stems. Trees. 7 (4), 214-219 (1993).
  41. Saez, J. L., Corona, C., Stoffe, M., Rovéra, G., Astrade, L., Berger, F. Mapping of erosion rates in marly badlands based on a coupling of anatomical changes in exposed roots with slope maps derived from LiDAR data. Earth Surface Processes and Landforms. 36 (9), 1162-1171 (2011).
  42. Zimmermann, M. Xylem Structure and the Ascent of Sap. , Springer Verlag. New York. (1983).
  43. Tyree, M., Sperry, J. Characterization and propagation of acoustic emission signals in woody plants: towards an improved acoustic emission counter. Plant, Cell and Environment. 12, 371-382 (1989).
  44. Zheng, M., Chen, X. Statistical determination of rainfall-runoff erosivity indices for single storms in the Chinese Loess Plateau. PLoS One. 10 (3), 1-18 (2015).
  45. Morgan, R. P., Quiton, J. N., Smith, R. E., Govers, G., Poesen, J. W., Auerswald, K., Chisci, G., Torri, D., Stycaen, M. E. The European Soil Erosion Model (Eurosem): a Dynamic Approach for Predicting Sediment Transport From. Earth Surface Processes and Landforms. 23, 527-544 (1998).
  46. Ciampalini, R., Follain, S., Le Bissonnais, Y. LandSoil: A model for analysing the impact of erosion on agricultural landscape evolution. Geomorphology. 175, 25-37 (2012).
  47. Hammitt, W., Cole, D. Wildland recreation: ecology and management. , Wiley. New York. (1998).
  48. Marion, J. L., Leung, Y. F., Nepal, S. K. Monitoring trail conditions: new methodological considerations. George Wright Society Forum. 23 (2), 36-49 (2006).
  49. Tomczyk, A. M., Ewertowski, M. W. Recreational trails in Poprad Landscape Park , Poland the spatial pattern of trail impacts and use-related, environmental and managerial factors. Journal of Maps. 12, 1227-1235 (2015).
  50. Jewell, M. C., Hammitt, W. E. Assessing soil erosion on trails: A comparison of techniques. Proceedings: Wilderness Science in a time of change Conference Volume 5: Wilderness Ecosystems, Threats, and Management (Proceedings RMRS-P-15-VOL-5). Cole, D. N., McCool, S. F., Borrie, W. T., O'Loughlin, J. , USDA FS, Rocky Mountain Research Station. Ogden. 133-140 (2000).
  51. Krause, C., Eckstein, D. Dendrochronology of roots. Dendrochronologia. 11, 9-23 (1993).
  52. Krause, C., Morin, H. Root growth and absent rings in mature black spruce and balsam fir, Quebec, Canada. Dendrochronologia. 16, 21-35 (1999).
  53. Poesen, J. Gully erosion and environmental change: importance and research needs. Catena. 50 (2-4), 91-133 (2003).
  54. Favis-Mortlock, D., Boardman, J. Nonlinear responses of soil erosion to climate change: a modelling study on the UK South Downs. Catena. 25 (1-4), 365-387 (1995).
  55. Boardman, J., Favis-mortlock, D. Frequency-magnitude distributions for soil erosion, runoff and rainfall - a comparative analysis. Zeitschrift für Geomorphologie. 115, 51-70 (1999).
  56. Haubrock, S. N., Kuhnert, M., Chabrillat, S., Güntner, A., Kaufmann, H. Spatiotemporal variations of soil surface roughness from in situ laser scanning. Catena. 79 (2), 128-139 (2009).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Naziemne skanowanie laserowemikrotopograficzny profilometrczas ods oni cia korzenianaliza s o j w drzewmikrotopografia powierzchni gruntutempo erozji glebypobieranie pr bek ods oni tych korzenisystem analizy obrazu

Powiązane artykuły