Pobieranie próbek gleb na niejednorodnej powierzchni badawczej

Podsumowanie

Tradycyjna procedura pobierania próbek gleby arbitralnie określa liczbę próbek gleby. W tym przypadku zapewniamy prosty, ale wydajny projekt grupowego pobierania próbek gleby, aby zademonstrować niejednorodność przestrzenną gleby i ilościowo określić wymaganą liczbę próbek gleby i związaną z tym dokładność pobierania próbek.

Streszczenie

Gleby są bardzo niejednorodne. Ogólnie rzecz biorąc, liczba próbek gleby wymaganych do badań gleby zawsze była określana arbitralnie, a związana z tym dokładność jest nieznana. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy protokół wydajnego i grupowego pobierania próbek gleby na powierzchni badawczej oraz, w oparciu o próbkę pilotażową z wykorzystaniem tego projektu, w celu wykazania niejednorodności przestrzennej gleby i informowania o rozsądnych rozmiarach próbek i związanej z tym dokładności dla przyszłych badań. Protokół składa się głównie z czterech etapów: projektowania próbek, zbierania próbek w terenie, analizy gleby i analizy geostatystycznej. Procedura krok po kroku jest modyfikowana zgodnie z wcześniejszymi publikacjami. Przedstawione zostaną dwa przykłady, aby zademonstrować kontrastujące rozkłady przestrzenne węgla organicznego w glebie (SOC) i węgla w biomasie mikrobiologicznej gleby (MBC) w ramach różnych praktyk zarządzania. Ponadto przedstawiamy strategię określania wymaganej wielkości próby (SSR) przy określonym poziomie dokładności w oparciu o współczynnik zmienności na poziomie wykresu (CV). Protokół pobierania próbek w terenie i ilościowe określenie wielkości próby pomogą naukowcom w poszukiwaniu wykonalnych strategii pobierania próbek w celu zaspokojenia potrzeb badawczych i dostępności zasobów.

Wprowadzenie

Gleby są wysoce niejednorodnymi biomateriałami^1,2. Pobieranie próbek gleby przeprowadza się w celu zebrania najbardziej reprezentatywnych próbek i scharakteryzowania stanu składników odżywczych na polu tak dokładnie i niedrogo, jak to możliwe. Zmienność gleby polega na niejednorodności przestrzennej gleby i dokładności oceny ilościowej. Gdy zmienność przestrzenna gleby nie jest brana pod uwagę, typowe pobieranie próbek gleby może spowodować znaczne odchylenie od rzeczywistej średniej wartości zmiennej glebowej, nawet jeśli sama analiza gleby jest bardzo dokładna³. W przypadku heterogenicznego wykresu badawczego zmienność jest często ważniejsza niż średnie³; Oznacza to, że preferowany będzie projekt próbkowania, który może dokładnie mierzyć zarówno zmienność, jak i średnią.

Gdy przestrzenne zróżnicowanie gleby ulega dalszym zmianom z powodu praktyk zarządzania gruntami^4,5^,6, trudniej jest przeprowadzić dokładne pobieranie próbek gleby. Niemniej jednak obawy pojawiają się również w odniesieniu do dużych różnic w kluczowych zmiennych glebowych (np. SOC i MBC)⁷, które są propagowane, aby powodować słabe ograniczenia kluczowych parametrów modelu, które są krytyczne dla długoterminowych globalnych prognoz modelu gleby w kontekście zmian klimatycznych^8,9,10. Ponieważ koszt pobierania próbek gleby w celu scharakteryzowania zmienności pola jest kluczowym problemem, poszukuje się prostej, niezawodnej i wydajnej strategii pobierania próbek gleby.

Istnieje wiele różnych podejść do zbierania reprezentatywnych próbek gleby na powierzchni badawczej, a ich zalety i wady są podsumowane w Tabeli 1. W tradycyjnym pobieraniu próbek gleby (tj. prostym i wyrywkowym pobieraniu próbek) na powierzchni badawczej przeprowadza się losowe pobieranie od kilku do więcej niż 10 próbek gleby. W szczególności liczba próbek w tradycyjnym projekcie pobierania próbek gleby jest zawsze określana arbitralnie, a związany z tym błąd pobierania próbek (tj. dokładność) pozostaje nieznany.

Projektowanie pobierania próbek korzyść wada Proste i losowe pobieranie próbek Opłacalny, szybki i niedrogi, szeroko stosowany, łatwy w obsłudze, optymalny w jednorodnym miejscu Niska dokładność i duża zmienność, <5 próbek Systematyczne pobieranie próbek Wysoka dokładność i znana zmienność, optymalna w heterogenicznych lokalizacjach na dużą skalę Nieopłacalna, duża liczba próbek Próbkowanie warstwowe Dokładne oszacowanie średniej, stosunkowo łatwa obsługa, optymalne dla regionów klastrowych i warstwowych Nieopłacalna, duża liczba próbek (zwykle mniejsza niż w przypadku systematycznego pobierania próbek) Kompozycji Ekonomiczne, dokładne oszacowanie średniej, łatwa obsługa, optymalne w heterogenicznym miejscu Nieznana zmienność pola, >3 próbki dla kompozytu

Tabela 1: Zalety i wady głównych projektów pobierania próbek gleby przyjętych w społeczności badaczy gleby. Tabela została podsumowana na podstawie Tan i wsp.³, Jones¹², oraz Swenson et al.¹¹

W porównaniu z prostym i losowym próbkowaniem lub komponowaniem, systematyczne i warstwowe projekty próbkowania mogą osiągać średnie z dużą dokładnością wraz z związaną z tym zmiennością (Tabela 1). Będą one jednak wymagały intensywnego pobierania próbek gleby (np. kilku 100 próbek). Chociaż dokładność i pewność co do poziomu badania gleby wzrasta wraz z większą liczbą próbek gleby pobranych na powierzchnię¹¹, wymóg dużej liczby próbek gleby ma zasadniczo zastosowanie tylko w przypadku badania na dużą skalę^5,11; Ze względu na ograniczone zasoby wykracza on znacznie poza przystępność cenową większości projektów badawczych dotyczących gleby prowadzonych na skalę działek polowych. Preferowany jest projekt pobierania próbek, aby zrównoważyć kompromisy tych różnych metod.

Kluczowym problemem dla projektu pobierania próbek gleby jest określenie wymaganej liczby próbek gleby i związanej z tym dokładności, biorąc pod uwagę pytania badawcze i warunki terenowe. Na przykład, zmniejszenie liczby próbek gleby jest możliwe w mniej zakłóconych miejscach, przy jednoczesnym osiągnięciu tego samego poziomu precyzji⁶, co sugeruje potrzebę wyraźnego ilościowego określenia niejednorodności przestrzennej (tj. charakteru i występowania zmienności gleby) przed pobraniem próbek gleby³. W rzeczywistości takie pilotażowe pobieranie próbek nie jest zalecane w większości projektów pobierania próbek gleby. Naukowcy terenowi często nie zdają sobie sprawy z tego, jak ważne jest szacowanie mocy statystycznej podczas projektowania eksperymentów.

Aby poprawić rygor doświadczalny w pobieraniu próbek gleby, w tym badaniu przedstawiono prostą i efektywną metodę pobierania próbek. Nowy projekt nie tylko umożliwi dokładną charakterystykę poziomów składników odżywczych i zmienności gleby, ale także, dzięki uwzględnieniu niejednorodności przestrzennej gleby, zapewni ilościowy sposób informowania o liczbie próbek gleby i związanej z tym dokładności pobierania próbek na potrzeby przyszłych badań. Nowy projekt pobierania próbek gleby powinien pomóc naukowcom w określeniu opcjonalnych strategii, które odpowiadają ich potrzebom w zakresie pobierania próbek i badań. Ogólnym celem tej metody jest zapewnienie biogeochemikom glebowym i ekologom ilościowego i manipulacyjnego podejścia do optymalizacji strategii pobierania próbek gleby w kontekście badań terenowych.

Protokół

1. Projekt próbkowania skupieniowego na pole doświadczalne

1. Wyznaczyć strefy poboru prób w obrębie pole badawczego. Ustalić liczbę kwadratowych siatek o równych bokach (t.j., Rysunek 1; Rysunek 3). W zależności od wielkości i kształtu pola badawczego, docelowa liczba kwadratowych siatek powinna wynosić od sześciu do dziesięciu, tak aby całkowita liczba próbek gleby w obrębie pola nie przekroczyła 30 (patrz krok 1.3).
2. Zaznaczyć środek każdej kwadratowej siatki (t.j., centroid) i wyznaczyć kolisty obszar poboru próbek o średnicy równej długości boku kwadratowej siatki.
3. Stanąć na centroidzie w kolistej strefie z zamkniętymi oczami i rzucić mały kamień (lub inny przedmiot obciążony) w losowym kierunku i na losową odległość od centroidu.
   1. Jeśli kamień spadnie poza obszar kolisty, powtórzyć czynność do momentu wyznaczenia pierwszej lokalizacji poboru próbek.
4. Powtarzać krok 1.3 do momentu uzyskania trzech losowych lokalizacji poboru próbek w kolistej strefie.
5. Umieścić flagi w trzech lokalizacjach poboru próbek i ponumerować każdą flagę (t.j., 1, 2 i 3).
6. Powtarzać kroki 1.3 – 1.5 we wszystkich pozostałych kolistych strefach poboru próbek, aż wszystkie lokalizacje zostaną wyznaczone i ponumerowane w kolejności sekwencyjnej (t.j., 4, 5, 6, itp.).

2. Pomiary odległości i pobieranie gleby z poletek

1. Wybierz jeden punkt narożny i wyznacz go jako punkt początkowy (układ współrzędnych) dla obszaru poboru prób na działce.
2. Zmierz odległości poziome i pionowe każdej oznakowanej lokalizacji względem punktu początkowego i zapisz je w notatniku terenowym jako współrzędne x i y.
3. Użyj świdra glebowego do pobrania rdzenia gleby (0 - 15 cm) z każdej oznakowanej lokalizacji i opisz worek zgodnie z numerem znacznika. Powtarzaj ten krok, aż rdzenie gleby zostaną pobrane ze wszystkich oznakowanych lokalizacji.
4. Aby zminimalizować wpływ pobierania prób (np. wydeptywanie roślin i gleby na działce), upewnij się, że worki z próbkami gleby pozostają przy odpowiednich znacznikach aż do jednoczesnego zebrania wszystkich worków z działki na koniec procesu pobierania.
5. Przetransportuj próbki gleby w lodówkach do laboratorium i opracuj każdy rdzeń gleby tego samego dnia.
6. Usuń korzenie z każdego rdzenia, przesiany go przez sito glebowe o oczkach 2 mm i dokładnie zhomogenizuj każdą próbkę rdzenia przed przystąpieniem do jakichkolwiek analiz.
7. Wyznacz zawartość wody w glebie w każdej próbce poprzez suszenie podpróbek w suszarce przez 24 h w temperaturze 105 °C, a wysuszone na powietrzu podpróbki gleby zmiel na drobny proszek w celu przeprowadzenia analizy węgla całkowitego (C) przy użyciu analizatora elementarnego⁴. SOC oblicza się na podstawie zawartości wody i węgla C.
8. Zważ świeże podpróbki gleby (po 10 g każda) i oznacz MBC gleby metodą fumigacji chloroformem z ekstrakcją K₂SO₄ oraz metodą trawienia nadtlenkiem potasu⁵.
9. Połącz zbiory danych SOC i MBC ze współrzędnymi x i y na podstawie numerów znaczników na działce.

3. Analizy opisowe i geostatystyczne na powierzchni badawczej

1. Dla każdej zmiennej SOC i MBC oblicz wartość minimalną, maksymalną, średnią, medianę i odchylenie standardowe, a także współczynnik zmienności (CV).
2. Dla każdej zmiennej przeprowadź zestaw analiz geoprzestrzennych (tj. analizę powierzchni trendu, autokorelację i mapę krigingu), aby przedstawić główny wzorzec powierzchni, zmienność w małej skali oraz rozkład przestrzenny. Szczegóły dotyczące podejść w analizach geostatystycznych można znaleźć w poprzednich publikacjach^4,5.

4. Badanie SSR i związanej z tym dokładności próbkowania w polecie

1. Nanieś na wykres SSR i błąd względny (γ) na podstawie uzyskanego CV. Na każdym wykresie logarytmicznie przekształcone SSR i błąd względny (γ) wykazują ujemną zależność liniową (równania 1 - 3). Na podstawie tej zależności (równanie 3) można określić liczbę próbek wymaganą dla określonej dokładności:
    
    
   
   Gdzie CI, , s, n, N, CV oraz γ oznaczają odpowiednio: przedział ufności, średnią z działki, odchylenie standardowe z działki, liczbę próbek, współczynnik zmienności oraz błąd względny; t_0.975 = 1.96. Logarytmicznie przekształcone zapotrzebowanie na wielkość próby (N) wykazuje ujemną zależność liniową (tj. nachylenie = -2) względem logarytmicznie przekształconego błędu względnego (γ).
2. Zastosuj powyższą zależność do przyszłego pobierania próbek z działki, obliczając N w równaniu 3 dla pożądanej dokładności (np. błędu względnego [γ]). Alternatywnie, dla określonej liczby pobranych już próbek gleby z działki, zastosuj tę zależność, aby wyznaczyć odpowiadającą im dokładność.

Wyniki

Powyższe podejście zostało zastosowane w dwóch studiach przypadków, jedno z nich w wiejskim regionie południowych Stanów Zjednoczonych, a drugie w środkowym Tennessee.

W wiejskich obszarach regionu Southern Piedmont wybrano trzy typy użytkowania terenu, obejmujące 1) nieuprawiane lasy liściaste dębowo-orzechowe, 2) pola uprawne, na których corocznie stosuje się konwencjonalną uprawę i nawożenie w celu produkcji pszenicy, sorga i kukurydzy, oraz 3) stare lasy sosnowe, z których każdy ma około 50 lat od ostatniej uprawy⁴. Dla każdego rodzaju użytkowania terenu z danego obszaru wyznaczono trzy niezależnie powtórzone działki o wymiarach 30 x 30 m. Na każdej działce zastosowano grupowy schemat pobierania próbek gleby (Rysunek 1). Każda strefa kolista miała promień 5 m od każdego centroidu. Z każdej z dziewięciu działek pobrano 27 rdzeni, co dało 81 rdzeni na typ użytkowania terenu i łącznie 243 rdzenie. Zawartość SOC została określona ilościowo za pomocą analizatora CHN. Głównym wnioskiem było to, że tereny uprawne w znacznym stopniu homogenizują heterogeniczność przestrzenną SOC i innych zmiennych⁴. Wartość SSR różniła się w zależności od użytkowania terenu, wykazując ogólnie rosnącą kolejność: las liściasty > regenerujący się las sosnowy > uprawne grunty rolne (Rysunek 2). Wyjątkami były jedna działka lasu liściastego, która miała SSR tak niską jak w przypadku działki uprawnej, oraz jedna działka sosnowa, która miała SSR tak wysoką jak w przypadku działki liściastej (Rysunek 2). Przyjmując dla przykładu γ = 0.1 lub 10%, SSR wynosiły odpowiednio 4, 10 i 30 (uprawne grunty rolne), 80, 85 i 300 (las sosnowy) oraz 25, 200 i 350 (las liściasty). Gdyby na wszystkich działkach pobrano tylko trzy próbki gleby, błąd względny wyniósłby odpowiednio ~10% - 30% (uprawne grunty rolne), ~50% - 80% (las sosnowy) oraz ~28% - 100% (las liściasty).

Rycina 1: Ilustracja schematu klastrowego próbkowania losowego w obrębie działki badawczej o wymiarach 30 x 30 m w Calhoun Experimental Forest, SC, USA⁴. Wypełnione okręgi reprezentują centroidy (n = 9). Duży przerywany okrąg reprezentuje obszar próbkowania wokół jednego centroidu (promień = 5 m). Znaki X reprezentują lokalizacje próbek określone na podstawie losowo wybranych kierunków i odległości od centroidu. Rycina ta została zmodyfikowana na podstawie pracy Li et al.⁴. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Wykres wymagań dotyczących wielkości próby (SSR) i błędu względnego (γ) dla SOC w lesie liściastym, borze sosnowym i uprawianych gruntach rolnych. Na obu osiach zastosowano skalę logarytmiczną. Linie przerywane reprezentują gleby uprawne, linie szare gleby borów sosnowych, a linie ciemne gleby lasów liściastych. Trzy różne linie dla każdego rodzaju użytkowania terenu odpowiadają trzem powtórzeniom działek. Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Li et al.⁴ Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

W 2011 roku w Centrum Badań i Rozszerzeń Rolnictwa (AREC) na głównym kampusie Tennessee State University (TSU) w Nashville, TN, USA (36,12° N, 36,98° W, wysokość 127,6 m) przeprowadzono polowy eksperyment z rozsadą prosa (*Panicum virgatum* L.), stosując trzy warianty nawożenia azotem (N) w układzie bloków randomizowanych⁵. Uprawa należała do odmiany 'Highlander' wschodniego prosa 'Alamo' (Panicum virgatum L.). Trzy zabiegi N obejmowały: brak nawożenia azotem (NN), niskie nawożenie azotem (LN: 84 kg N ha-1 w postaci mocznika) oraz wysokie nawożenie azotem (HN: 168 kg N ha-1 w postaci mocznika). W obrębie każdej działki wyznaczono prostokątny obszar o wymiarach 2,75 x 5,5 m, który następnie podzielono na osiem kwadratowych siatek o wymiarach 1,375 x 1,375 m. W każdej okrągłej strefie wyznaczono centroid, a następnie pobrano trzy rdzenie w losowym kierunku i odległości względem każdego centroidu (Rycina 3). W ten sposób z każdej z 12 działek pobrano łącznie 24 rdzenie, co dało łącznie 288 rdzeni glebowych. Zawartość MBC w każdym rdzeniu określono metodą fumigacji chloroformem i ekstrakcji K2SO4 oraz metodą utleniania nadsiarczanem potasu. Głównym wnioskiem było stwierdzenie, że nawożenie N ogólnie zwiększało heterogeniczność przestrzenną MBC w uprawie prosa. Wartość SSR była zazwyczaj wyższa przy nawożeniu (Rycina 4). Wyjątkiem był przypadek, w którym SSR dla działki HN była niższa niż dla działki NN (Rycina 4). Przyjmując za przykład γ = 0,1 lub 10%, SSR wynosiła 10 i 20 w dwóch powtórzonych działkach (NN), 30 i 50 (LN) oraz 15 i 70 (HN). Gdyby we wszystkich działkach pobrano tylko trzy próbki gleby, błąd względny wyniósłby odpowiednio ~20% - 25% (NN), ~26% - 35% (LN) oraz ~20% - 40% (hardwood).

Rycina 3: Ilustracja projektu grupowanego losowania w obrębie poletek o wymiarach 2,75 x 5,5 m na obszarze doświadczalnym dotyczącym nawożenia w Centrum Badań Rolniczych Uniwersytetu Stanowego Tennessee (TSU) w Nashville, TN, USA. Wypełnione kółka reprezentują środki ciężkości (n = 8), a każde poletek składało się z ośmiu środków ciężkości w każdej kwadratowej siatce (o wymiarach 1,375 x 1,375 m). W każdym podpoletku wyznaczono kolisty obszar do pobierania próbek gleby. Znaki X reprezentują miejsca pobrania próbek, wyznaczone w losowych kierunkach i odległościach od środka ciężkości w obrębie każdego kolistego obszaru pobierania (okrąg przerywany). Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Li et al.⁵ Aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Rysunek 4: Wykres wymaganej wielkości próby (SSR) i błędu względnego (γ) dla MBC w przypadku trzech zabiegów nawożenia. Na obu osiach zastosowano skalę logarytmiczną. Linie kropkowane reprezentują gleby uprawne, linie szare gleby z lasów sosnowych, a linie ciemne gleby z lasów liściastych. NN = brak nawożenia azotem; LN = niskie nawożenie azotem; HN = wysokie nawożenie azotem. Dwie różne linie dla każdego sposobu użytkowania terenu odpowiadają dwóm powtórzeniom działek. Rysunek zmodyfikowano na podstawie pracy Li et al.⁵. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

Tradycyjna metoda pobierania próbek gleby nie miała podstaw ilościowych i prowadziła do nieznanej dokładności, podczas gdy bardziej zaawansowane strategie pobierania próbek obejmowały intensywne pobieranie próbek gleby i powodowały nieosiągalne koszty większości badań gleby w skali poletki. Prosty, wydajny i niezawodny projekt pobierania próbek powinien być użytecznym narzędziem do zrównoważenia obu wyżej wymienionych metod i, co ważniejsze, do ilościowego sposobu określenia liczby wymaganej z określoną dokładnością ze względu na przyszłe potrzeby w zakresie pobierania próbek. Jednak nadal brakuje takiego projektu próbkowania. W tym miejscu zaprezentowano metodę manipulowania procedurą grupowego pobierania próbek w celu ilościowego określenia niejednorodności przestrzennej gleby i, w oparciu o ten projekt, poinformowania o liczbie próbek gleby wymaganych do przyszłego pobierania próbek z określoną dokładnością. W protokole istnieją dwa kluczowe kroki. Pierwszym z nich jest wyznaczenie obszaru pobierania próbek i określenie strefy pobierania próbek na danym obszarze działki. Ponieważ wymiar i kształt określonej powierzchni badawczej może się różnić w zależności od badania, liczba i długość kwadratowej siatki reprezentującej strefę pobierania próbek powinna zostać zmodyfikowana tak, aby jak najlepiej pasowała do charakterystyki powierzchni i obejmowała obszar powierzchni w jak największym stopniu. Ogólnie rzecz biorąc, liczba siatek kwadratowych powinna być ograniczona do ośmiu do dziesięciu, tak aby na danej działce zebrano 24 - 30 próbek gleby. Ten mniej intensywny wymóg pobierania próbek jest dopuszczalny w przypadku badania pilotażowego na powierzchni. Drugim krytycznym krokiem jest określenie liczby próbki wymaganej przy określonej dokładności. Chociaż liczbę próbek gleby z pożądaną dokładnością można wyznaczyć na podstawie strategii pilotażowego pobierania próbek, należy wziąć pod uwagę inne dostępne zasoby (np. robociznę, koszty i personel). Jeżeli liczba próbek gleby wymagana do uzyskania pożądanej dokładności przekracza przystępność cenową, należy ją obniżyć, aby można było ponownie obliczyć liczbę próbek gleby. Ponowne obliczenia należy powtarzać, aż do uzyskania najlepszego dopasowania, aby zrównoważyć pożądaną dokładność i dostępne zasoby.

Protokół można łatwo modyfikować w celu dopasowania do określonego kształtu, obszaru i lokalizacji powierzchni badawczej. Nawet w obrębie nieregularnej działki lub bardzo dużego lub małego obszaru działki procedurę można wykonać, kontrolując rozmiar kwadratowej siatki, aby pokryć większość powierzchni działki. Z drugiej strony, gdy próbki gleby są pobierane poza okrężną strefą pobierania próbek na powierzchni, można je nadal uwzględnić w analizie opisowej i geostatystycznej. Elastyczność protokołu w tym zakresie jest korzystna, ponieważ może w ten sposób obniżyć koszty pobierania próbek.

Istotnym ograniczeniem tej metody jest to, że liczba próbek gleby wymagana do uzyskania określonej dokładności będzie zależała od poziomu CV powierzchni określonego przez grupę 24–30 próbek gleby w pilotażowym pobieraniu próbek gleby. W przypadku wykresu o wysokiej niejednorodności 30 próbek lub mniej może dać większy CV niż w przypadku większej liczby próbek (> 30). W rezultacie liczba próbek gleby obliczonych z taką samą dokładnością będzie większa. Oznacza to, że liczba próbek gleby wymaganych do uzyskania tej samej dokładności zostanie przeszacowana na działce. W przypadku wysoce jednorodnej powierzchni, mniejsza liczba próbek da CV na poziomie powierzchni podobną do 30 próbek, co spowoduje przeszacowanie zapotrzebowania na zasoby. W związku z tym w przypadku tych skrajnie niejednorodnych lub jednorodnych powierzchni liczba próbek gleby (tj. 30 lub mniej) zaproponowana w projekcie pilotażowego pobierania próbek może spowodować niepotrzebne inwestycje zarówno na etapie pilotażowego pobierania próbek, jak i w przyszłe pobieranie próbek.

Wykazujemy istotne zalety strategii grupowego pobierania próbek gleby. Zapewnia niezawodną i niedrogą strategię pobierania próbek gleby w celu uzyskania niejednorodności przestrzennej gleby i oferuje ilościowy sposób na określenie liczby próbek gleby wymaganych do uzyskania określonej pożądanej dokładności. Chociaż intensywne pobieranie próbek pasowych lub warstwowych może zapewnić lepszy opis zmienności przestrzennej, koszt przeprowadzenia takiego pobierania próbek jest zbyt wysoki w przypadku większości badań gleby. Tradycyjne pobieranie próbek jest arbitralne i nie ma żadnych podstaw ilościowych dla dokładności pobierania próbek. Obecny protokół jest lepszy ze względu na mniej intensywne wymagania dotyczące pobierania próbek, łatwość obsługi w terenie, możliwość ujawniania wzorców przestrzennych przy użyciu rygorystycznych metod analizy geostatystycznej oraz zdolność do ilościowego określania wielkości próby z dowolną pożądaną dokładnością. Wiedza na temat wielkości próbki wymaganej do uzyskania określonej dokładności pobierania próbek pozwoli naukowcom na opracowanie strategii inwestycji w pobieranie próbek gleby.

Zastosowanie wydajnej procedury grupowego pobierania próbek umożliwia rygorystyczne testowanie niejednorodności przestrzennej gleby i zwiększa zdolność naukowców do dokładnego pobierania próbek gleby. Mniej intensywny i ilościowy charakter strategii pobierania próbek gleby umożliwi jej szerokie zastosowanie w środowiskach zajmujących się badaniami gleb. Biorąc pod uwagę prawdopodobną zmianę niejednorodności przestrzennej gleby pod wpływem gwałtownych zmian globalnych, wymagania dotyczące próbki gleby dla tej samej dokładności pobierania próbek na powierzchni badawczej mogą się zmieniać w czasie. Proponowana liczba próbek w projekcie pilotażowego pobierania próbek może się różnić w zależności od różnych gleb i ekosystemów. Przyszłe zastosowania, które mogą wyłonić się z tych prac, obejmują określanie liczby próbek dla określonych gleb lub ekosystemów. W związku z tym potrzebne są dalsze prace empiryczne nad zastosowaniem i identyfikacją metody w różnych glebach i ekosystemach. Długoterminowe i szerokie zastosowania mogą pomóc w określeniu ogólnego wymagania dotyczącego wielkości próby dla określonych ekosystemów, które można zalecić badaczom gleby.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Świder glebowy	AMS	350.05	Do zbierania gleby
Śrubokręt	Fisher Scientific	19-313-447	Do zbierania gleby
Lina	Fisher Scientific	19-313-429	Do wyznaczania strefy pobierania próbek
FatMax 35 ft. Tape Measure Home	Depot	#215880	Do pomiaru odległości
Oznaczanie flagi	Fisher Scientific	S99537	Do oznaczania miejsc pobierania próbek
Plastikowa torba do przechowywania z zamkiem błyskawicznym	Fisher Scientific	09-800-16	Do zbierania gleby
Sharpie	Fisher Scientific	50-111-3135	Do zbierania gleby
Ołówek do znakowania	Fisher Scientific	50-294-45	Do rejestrowania danych w terenie
Notatnik laboratoryjny	Fisher Scientific	11-903	Do rejestrowania danych w terenie
ArcGis 10.3	ESRI		Do tworzenia mapy krigingu
Sieve	Fisher Scientific	04-881G	Do przesiewania próbki gleby