Pomiar i mapowanie wzorców erozji i depozycji gleby związanych ze stężeniami węglanów w glebie w ramach gospodarki rolnej

Ogólne cele tego badania to, po pierwsze, zapewnienie skutecznej metody ilościowego określania i opisywania przestrzennych wzorców erozji i osadzania się gleby w skali terenowej, a po drugie, przetestowanie modelu koncepcyjnego wiążącego te wzorce z węglanami glebowymi przy powierzchni. Metody te pozwalają nam lepiej zrozumieć wzajemne zależności między powierzchniowymi węglanami glebowymi a powierzchniowymi procesami erozji i osadzania się gleby. Głównymi zaletami tych technik jest dokładne wykrywanie zmian wysokości powierzchni gleby w czasie oraz szybka analiza węglanów glebowych w wielu próbkach gleby.

Pomysł na te badania zrodził się po aktualizacji numerycznych map wysokości. Mapa różnic wysokości pokazała wyraźne wzorce erozji i osadzania, a my chcieliśmy sprawdzić, jak to się ma do stężeń węglanów. W przypadku tego protokołu należy użyć oprogramowania terenowego do rejestrowania danych o pozycji GPS RTK co pięć minut na całym obszarze pomiaru.

Zacznij od przeprowadzenia kalibracji lokalizacji zgodnie z lokalnymi wzorcami, aby zapewnić najwyższy poziom dokładności. Lokalna kalibracja terenu dla obszaru, który ma być badany, zapewnia niezbędną kontrolę poziomą i pionową dla metody GPS. Zapewnia to centymetrową dokładność potrzebną do wykrywania niewielkich zmian wysokości.

Aby zapewnić efektywne gromadzenie danych, zamontuj antenę GPS łazika na stałej wysokości nad ziemią w pojeździe. Następnie zaimportuj transekt w punktach do kolektora danych GPS i nawiguj między nimi podczas jazdy i zbierania danych ze stałą prędkością, aby odwzorować pięciometrowe odstępy. Dodatkowo należy wyposażyć pojazd w hydrauliczną maszynę do wiercenia gleby i użyć rurki do pobierania próbek o żądanej średnicy rdzenia gruntu.

Wyodrębnianie rdzeni w lokalizacjach zidentyfikowanych za pomocą danych o położeniu GPS RTK. Pobieranie próbek gleby odbywa się poprzez wyciągnięcie rdzenia glebowego za pomocą maszyny do wiercenia gleby. Wypchnij rdzeń gleby z rurki do pobierania próbek i przytnij do żądanych przyrostów głębokości.

Przenieś próbki gleby do wstępnie oznakowanych, zamykanych plastikowych toreb. Następnie przechowuj próbki w chłodziarkach, aby przetransportować je do laboratorium. Powtarzając te analizy po wystąpieniu znacznych zdarzeń związanych z erozją i osadzaniem się gleby, należy powrócić do tych samych miejsc pobierania próbek za pomocą GPS i pobrać nowe rdzenie glebowe.

W laboratorium przygotuj próbki gleby do analizy. Na początek wysusz je przez noc w piekarniku o temperaturze 60 stopni Celsjusza. Następnego dnia zmiel suche próbki gleby przez dwumilimetrowe sito za pomocą młynka z napędem lub zmiel ręcznie za pomocą moździerza i tłuczka.

Kolejnym krokiem jest zainstalowanie zmodyfikowanego aparatu kalcymetrycznego ciśnieniowego. Najpierw podłącz przetwornik ciśnienia do zasilacza z przewodem o średnicy 14 mm. Dołącz dołączony woltomierz cyfrowy do monitorowania wyjścia z przetwornika.

Dołącz filtr cząstek o wielkości 0,6 mikrona, aby zebrać równomierny strumień, a tym samym chronić przetwornik ciśnienia. Następnie przymocuj rurkę do podstawy filtra cząstek stałych i podłącz rurkę do igły podskórnej luer lock o rozmiarze 18. Następnie określ, czy naczynia reakcyjne powinny znajdować się w butelce z surowicą o pojemności 20 czy 100 mililitrów.

Zwilż metalową łyżkę stołową wodą i zgarnij około łyżeczki ziemi, która może mieć wysokie stężenie węglanów. Odpipetować jeden mililitr 0,5 bezwodnego kwasu siarkowego na glebę i obserwować musowanie. Jeśli musowanie jest wysokie, załóżmy, że węglan wapnia jest większy niż 15% i użyj 100-mililitrowego naczynia.

W przeciwnym razie użyj butelki z 20 mililitrami surowicy. Aby określić stężenie węglanów, należy zważyć jeden gram przygotowanej próbki gleby do oznakowanego naczynia reakcyjnego. Następnie odpipetować dwa mililitry odczynnika kwasowego do fiolki.

Delikatnie umieścić fiolkę w naczyniu reakcyjnym, aby się nie rozlała, a następnie ostrożnie zamknąć naczynie za pomocą szarego korka z gumy butylowej i przypiąć go aluminiowym pierścieniem uszczelniającym. Teraz potrząśnij naczyniem, aby rozlać kwas na próbkę gleby i pozwól reakcji postępować przez co najmniej dwie godziny. Czekając, utwórz standardową stawkę renty rocznej, używając standardów w konfiguracji równoległej o tych samych parametrach.

Twórz standardy, mieszając 100% węglanu wapnia ze szklanymi kulkami lub piaskiem na podstawie wagi, a nie objętości. Przy określaniu standardowego garu ważne jest, aby dokładnie znać napięcie zerowego węglanu wapnia, ponieważ określa ono granicę wykrywalności metody. Zazwyczaj mierzę ślepą próbę trzy razy wraz ze znanymi standardowymi stężeniami, aby uzyskać gar.

Po zakończeniu reakcji próbki gleby przebić gumową przegrodę naczynia reakcyjnego i zarejestrować napięcie wyjściowe przez przetwornik ciśnienia. Później rozwiąż procentową zawartość węglanu wapnia w próbce, korzystając z krzywej wzorcowej. Mapowanie różnic DEM z 2001 i 2009 r. ujawniło erozję i depozycję w tym ośmioletnim okresie.

Z poziomem decymetra zmiany wysokości na większości obszarów. Znajdź wzorce erozji i depozycji, które przypominają ścieżki przepływu wody, które wystąpiły na obszarach konwergencji topograficznej. Próbki węglanu wapnia pobrano w latach 2001 i 2012 w celu porównania z erozją i osadzaniem się zachodzącymi na badanym obszarze oraz w celu przetestowania modelu koncepcyjnego.

Porównując próbki gleby ze wschodniego i zachodniego bloku pasów gospodarowania, stwierdzono odwrotną zależność między zmianą powierzchniowego węglanu wapnia w glebie a zmianą wysokości powierzchni terenu. Analiza wariantów pokazuje, że na zmianę wysokości istotnego wpływu mają wszystkie zmienne boczne. Natomiast na zmiany w węglanie wapnia największy wpływ miała klasa erozyjna lub EDU lub zmapowana jednostka glebowa.

Pięć jednostek glebowych zostało wcześniej określonych w drodze badania gleby na tym terenie. Interpolacja wyników próbek punktowych pokazuje, że stosunkowo małe skoncentrowane obszary wysokiego i niskiego węglanu wapnia w 2001 r. nie były widoczne w 2012 r. Wzór przestrzenny stał się mniej złożony.

Czułość wykrywania zmian wysokości zapewniana przez wielokrotne badania terenu RTK GPS wydaje się optymalna w ilościowym określaniu i opisywaniu procesów erozji i osadzania w skali terenowej. Zmodyfikowana metoda zbliżeniowa ciśnienia jest świetną techniką pomiaru węglanów i możemy przetworzyć wiele próbek w krótkim czasie. Wysokość powierzchni gleby była łatwiejsza do wykrycia niż zmiany w węglanach glebowych, prawdopodobnie ze względu na przyrost próbek w rdzeniu, który w 2001 r. wynosił 30 centymetrów.

Przyszłe przyrosty próbek wynoszące 15 centymetrów powinny poprawić wykrywanie węglanów w glebie. Opisany tu model koncepcyjny i metody można zastosować do innych stron, w których warstwy wapienne występują w pobliżu powierzchni gleby.