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 escalas de campo e, em segundo lugar, testar um modelo conceitual relacionando esses padrões a carbonatos de solo próximos à superfície. Esses métodos nos dão uma melhor compreensão das inter-relações entre os carbonatos do solo superficial e os processos de erosão e deposição da superfície terrestre. 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 de solo em muitas amostras de solo.

Tivemos a ideia para esta pesquisa depois de atualizar os mapas digitais de elevação. Um mapa das diferenças de elevação mostrou padrões claros de erosão e deposição e queríamos ver como isso se relacionava com as concentrações de carbonato. Para este protocolo, use o software de campo para registrar os dados de posição do GPS RTK a cada cinco minutos em toda a área de pesquisa.

Comece realizando uma calibração do local para benchmarks locais para garantir o mais alto nível de precisão. Uma calibração local para a área a ser pesquisada fornece o controle horizontal e vertical necessário para o método GPS. Isso garante uma precisão de nível de centímetro necessária para detectar pequenas mudanças de elevação.

Para uma coleta de dados eficiente, monte uma antena GPS rover a uma altura fixa acima do solo em um veículo. 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, tenha uma máquina hidráulica de perfuração de solo montada em veículo e use um tubo de amostragem do diâmetro do núcleo de solo desejado.

Para extrair núcleos em locais identificados com dados de posição RTK GPS. A amostragem do solo é realizada puxando um núcleo de solo com a máquina de perfuração de solo. Empurre o núcleo do solo para fora do tubo de amostragem e corte nos incrementos de profundidade desejados.

Transfira as amostras de solo para sacos plásticos seláveis pré-rotulados. Em seguida, armazene as amostras em refrigeradores para transportá-las para o laboratório. Ao repetir essas análises após a ocorrência de eventos significativos de erosão e deposição do solo, retorne aos mesmos locais de amostra usando o GPS e colete novos testemunhos de solo.

No laboratório, prepare as amostras de solo para análise. Para começar, seque-os em um forno a 60 graus Celsius durante a noite. No dia seguinte, triture as amostras de solo seco através de uma peneira de dois milímetros, usando um moedor motorizado ou moa manualmente com um almofariz e pilão.

O próximo passo requer a configuração 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 conectado 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 a tubulação à base do filtro de partículas e conecte a tubulação a uma agulha hipodérmica luer lock de calibre 18. Em seguida, determine se os vasos de reação devem estar em um frasco de soro de 20 ou 100 mililitros.

Molhe uma colher de sopa de metal com água e retire cerca de uma colher de chá de terra que pode ter uma alta concentração de carbonato. Pipete um mililitro de ácido sulfúrico anidro 0,5 no solo e observe a efervescência. Se a efervescência for alta, assuma que o carbonato de cálcio seja maior que 15% e use um recipiente de 100 mililitros.

Caso contrário, use um frasco de soro de 20 mililitros. Para determinar a concentração de carbonato, pesar um grama de amostra de solo preparada em um recipiente de reação marcado. Em seguida, pipete dois mililitros de reagente ácido em um frasco.

Coloque suavemente o frasco no recipiente de reação, para que não derrame, depois sele cuidadosamente o recipiente usando uma rolha de borracha butílica cinza e prenda-o com um anel de vedação de alumínio. Agora agite o recipiente para derramar o ácido na amostra de solo e deixe a reação prosseguir por pelo menos duas horas. Enquanto espera, faça um gar padrão usando padrões em uma configuração paralela com os mesmos parâmetros.

Faça padrões misturando 100% de carbonato de cálcio com contas de vidro ou areia com base no peso, não no volume. Ao determinar um gar padrão, é importante saber com precisão a tensão do carbonato de cálcio zero, pois isso define o limite de detecção do método. Eu normalmente meço o branco três vezes junto 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 pelo transdutor de pressão. Posteriormente, resolva a porcentagem de carbonato de cálcio na amostra usando a curva padrão. O mapeamento das diferenças do DEM de 2001 e 2009 revelou erosão e deposição ao longo desse período de oito anos.

Com mudanças de nível de decímetro na elevação na maioria das áreas. Encontre padrões erosivos e deposicionais de escala que se assemelham a caminhos de fluxo de água ocorridos em áreas de convergência topográfica. Amostras de carbonato de cálcio foram coletadas em 2001 e 2012, para comparar com a erosão e deposição ocorridas na área de estudo e testar o modelo conceitual.

Ao comparar amostras de solo do bloco leste e oeste das faixas de manejo, foi encontrada uma relação inversa entre a mudança na superfície do carbonato de cálcio do solo e a mudança na elevação da superfície da terra. Uma análise das variantes mostra que a mudança na elevação é significativamente afetada por todas as variáveis colaterais. Considerando que, as mudanças 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 um levantamento de solo do local. As interpolações dos resultados da amostra pontual mostram que as áreas concentradas relativamente pequenas de carbonato de cálcio alto e baixo em 2001 não eram evidentes em 2012. O padrão espacial tornou-se menos complexo.

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

Incrementos de amostragem futuros de 15 centímetros devem melhorar nossa detecção de carbonatos do solo. O modelo conceitual e os métodos descritos aqui podem ser aplicados a outros lados onde camadas calcárias estão presentes perto da superfície do solo.