Medição e mapeamento de padrões de erosão e deposição relacionadas às concentrações de carbonato de solo sob gestão agrícola

Os objetivos gerais deste estudo são, em primeiro lugar, fornecer um método eficiente para quantificar e descrever padrões espaciais de erosão e deposição do solo em escala de campo e, em segundo lugar, testar um modelo conceitual que relacione esses padrões aos carbonatos do solo próximos à superfície. Esses métodos nos proporcionam uma melhor compreensão das inter-relações entre carbonatos do solo superficial e os processos da superfície terrestre de erosão e deposição. As principais vantagens dessas técnicas são a detecção precisa de mudanças na elevação da superfície do solo ao longo do tempo e a análise rápida de carbonatos do solo em diversas amostras de solo.

Tivemos pela primeira vez a ideia para esta pesquisa após atualizar os mapas digitais de elevação. Um mapa das diferenças de elevação mostrou padrões claros de erosão e deposição, e desejamos analisar como isso se relacionava com as concentrações de carbonato. Para este protocolo, utilize um software de campo para registrar os dados de posição GPS RTK a cada cinco minutos em toda a área de levantamento.

Inicie realizando uma calibração do local em relação a marcos locais para garantir o mais alto nível de precisão. Uma calibração local do local a ser levantado fornece o controle horizontal e vertical necessário para o método GPS. Isso assegura uma precisão na ordem de centímetros, necessária para detectar pequenas variações de elevação.

Para uma coleta eficiente de dados, monte uma antena GPS de veículo a uma altura fixa acima do solo em um automóvel. Em seguida, importe o transecto em pontos para o coletor de dados GPS e navegue entre eles enquanto dirige e coleta dados a uma velocidade constante para mapear intervalos de cinco metros. Além disso, utilize uma máquina hidráulica montada no veículo para coleta de testemunhos de solo e use um tubo de amostragem com o diâmetro desejado para o testemunho de solo.

Para extrair testemunhas nos locais identificados com dados de posição RTK GPS. A amostragem de solo é realizada retirando uma testemunha de solo com a máquina de coleta de testemunhas. Retire a testemunha de solo do tubo de amostragem e corte em incrementos de profundidade desejados.

Transfira as amostras de solo para sacos plásticos herméticos previamente rotulados. Em seguida, armazene as amostras em caixas térmicas para transportá-las ao laboratório. Ao repetir essas análises após eventos significativos de erosão e deposição do solo terem ocorrido, retorne aos mesmos locais de amostragem utilizando o GPS e colete novos testemunhos de solo.

No laboratório, prepare as amostras de solo para análise. Para começar, seque-as em uma estufa a 60 graus Celsius durante a noite. No dia seguinte, triture as amostras de solo secas em um peneiro de dois milímetros, utilizando um moinho motorizado ou moendo manualmente com pilão e almofariz.

O próximo passo exige a montagem de um aparelho de calcímetro de pressão modificado. Primeiro, conecte um transdutor de pressão a uma fonte de alimentação com fio de bitola 14. Inclua um voltímetro digital acoplado para monitorar a saída do transdutor.

Inclua um filtro de partículas de 0,6 mícron para coletar um fluxo uniforme e, assim, proteger o transdutor de pressão. Em seguida, conecte uma tubulação à base do filtro de partículas e ligue a tubulação a uma agulha hipodérmica de 18 polegadas com conexão luer lock. Em seguida, determine se os frascos de reação devem ser de 20 ou 100 mililitros do tipo frasco de soro.

Umedeça uma colher de metal com água e retire cerca de uma colher de chá de solo que possa ter alta concentração de carbonato. Pipete um mililitro de ácido sulfúrico anidro 0,5 M sobre o solo e observe a efervescência. Se a efervescência for intensa, considere que o carbonato de cálcio é superior a 15% e utilize um recipiente de 100 mililitros.

Caso contrário, utilize um frasco de soro de 20 mililitros. Para determinar a concentração de carbonato, pese um grama da amostra de solo preparada em um recipiente de reação rotulado. Em seguida, pipete dois mililitros do reagente ácido em um vial.

Coloque suavemente o frasco no vaso de reação, para que não derrame, e feche cuidadosamente o vaso usando uma tampa de borracha butílica cinza e prenda-a com um anel de vedação de alumínio. Agite então o vaso para derramar o ácido sobre a amostra de solo e deixe a reação prosseguir por pelo menos duas horas. Enquanto espera, prepare um padrão de gelatina usando padrões em uma configuração paralela com os mesmos parâmetros.

Prepare os padrões misturando carbonato de cálcio a 100% com esferas de vidro ou areia com base no peso, não no volume. Ao determinar um padrão gar, é importante conhecer com precisão a voltagem do carbonato de cálcio zero, pois isso define o limite de detecção do método. Normalmente, medimos o branco três vezes, juntamente com concentrações padrão conhecidas, para derivar um gar.

Após a conclusão da reação da amostra de solo, perfure o septo de borracha do vaso de reação e registre a saída de tensão do transdutor de pressão. Posteriormente, calcule a porcentagem de carbonato de cálcio na amostra utilizando a curva padrão. O mapeamento das diferenças de MDE entre 2001 e 2009 revelou erosão e deposição ao longo desse período de oito anos.

Com alterações na elevação em nível decimétrico na maioria das áreas. Identifique padrões erosivos e deposicionais em larga escala que se assemelham a trajetos de fluxo de água ocorridos em áreas de convergência topográfica. Amostras de carbonato de cálcio foram coletadas em 2001 e 2012, para comparação com a erosão e deposição ocorridas na área de estudo e para testar o modelo conceitual.

Ao comparar amostras de solo dos blocos leste e oeste das faixas de manejo, observou-se uma relação inversa entre a alteração no carbonato de cálcio do solo superficial e a alteração na elevação da superfície do terreno. Uma análise de variância mostra que a alteração na elevação é significativamente afetada por todas as variáveis laterais. Por outro lado, as alterações no carbonato de cálcio foram mais significativamente afetadas pela classe erosiva ou EDU ou unidade de solo mapeada.

Cinco unidades de solo foram determinadas previamente por meio de um levantamento edafológico do local. Interpolações dos resultados das amostras pontuais mostram que as áreas relativamente pequenas e concentradas de alto e baixo teor de carbonato de cálcio em 2001 não eram evidentes em 2012. O padrão espacial tornou-se menos complexo.

A sensibilidade na detecção de mudanças de elevação fornecida por levantamentos terrestres repetidos com GPS RTK parece ideal para quantificar e descrever os processos de erosão e deposição em escala de campo. O método modificado de proximidade por pressão é uma excelente técnica para medir carbonatos, e podemos processar muitas amostras em um curto espaço de tempo. As alterações na elevação da superfície do solo foram detectadas com mais facilidade do que as mudanças nos carbonatos do solo, provavelmente devido ao incremento de amostragem do testemunho, que era de 30 centímetros em 2001.

Incrementos futuros de amostragem de 15 centímetros devem melhorar nossa detecção de carbonatos do solo. O modelo conceitual e os métodos descritos aqui podem ser aplicados a outros locais onde houver camadas calcárias próximas à superfície do solo.