Metoder for Soil Omsampling å overvåke endringer i den kjemiske Konsentrasjoner av skogsjord

Summary

Gjentatte jordprøver har nylig vist seg å være en effektiv måte å overvåke skogsjord endrer seg over år og tiår. For å støtte bruken av den, er en protokoll presenteres som syntetiserer den nyeste informasjonen om jord resampling metoder til hjelp i utforming og gjennomføring av vellykkede jord overvåkningsprogrammer.

Introduction

Jord utvikling har tradisjonelt blitt sett i forhold til prosesser som foregår i løpet av hundreårsjubileet til tusenårig tidsskala ^1. Overvåking av jordsmonn som ikke hadde blitt perturbed ved intensiv bruk slike som landbruket ble ikke vanligvis ansett som viktig for politikk eller styring bekymringer på tidsskalaen år til tiår. Imidlertid har de senere jord forskning vist at viktige kjemiske jordegenskaper kan endre seg i mindre enn et tiår, ofte et resultat av bred miljøendringer drevet av konsekvensene av menneskelige aktiviteter som luftforurensning og klimaendringer ^2. I østlige Nord-Amerika, er gjentatt jordprøver gi verdifull informasjon om virkningene av surt nedfall gjennom registreringer av jord endring i skog innstillinger. I et forsøk på å støtte og koordinere dette arbeidet, ble det nordøstJord Monitoring Cooperative (NESMC) dannet i 2007 ^tre. Dette papiret er en del av den pågående innsats av NESMC til progi opplysninger som avanserer bruk av gjentatte jordprøver av skogsjord som et verdifullt verktøy for å overvåke våre skiftende miljø.

Gjentatt prøvetaking har blitt brukt til å vurdere endringer fra eksperimentelle manipulasjoner, men langsiktig overvåking av skogsjord som svar på miljø sjåfører er en relativt ny praksis som ikke er godt dokumentert i litteraturen, og har nylig vært bredt omfavnet av det vitenskapelige samfunn. Tidligere skepsis skyldes i stor grad til den oppfatning at frekvensen av jord endringen var for treg til å oppdage i nærvær av høy romlig variabilitet (horisontal og vertikal) typisk for skogsjord. På grunn av at samlingen av jord er destruktiv, kan resampling bare gjøres nær den opprinnelige samplings plassering. Derfor må romlig variasjon innenfor det 3-dimensjonale rommet som prøver er innsamlet være riktig kvantifiseres å påvise reelle endringer og unngå resultater som er en gjenstand av innsamlingsmetode. Videre er prosessen med jordprøver og kjemisk analyse skaper potensielle kilder til ustabilitet måling som kan maskere endringer eller skjevhet resulterer ^4. Måling ustabilitet kan ikke fjernes helt, men kan kontrolleres på tilstrekkelig med de riktige protokoller for å produsere resultater med minimal usikkerhet.

Designing Soil Monitoring Study

Jord overvåking krever at jordprøvene samles gjentatte ganger over et tidsintervall definert av undersøkeren. Kortere tidsintervaller redusere lengden av tiden som er nødvendig for å statistisk detektere en endring, men lengre intervaller gir flere muligheter for endringer jord for å forekomme ^fire. En resampling intervall på 5 år er anbefalt å balansere disse to faktorer, men dersom overvåkingen blir gjort for å evaluere en bestemt driver, må intervallet settes basert på endringstakten forventes i den driver ^to. Vellykket overvåking av skogsjord også kreves som en studieenhet defineres innenfor et område på skogeiendommer som har blitt valgt for jord overvåking. Gjentatt prøvetaking på flere steder innenfor studieenheten brukes til å avgjøre om jorda av den aktuelle studieenhet har endret seg over tid. Andre studieenhetene kan velges, men alle er statistisk analysert separat for å vurdere om det har skjedd endringer jord. Statistiske resultater fra flere studier heter kan deretter bli gruppert i den hensikt å regional analyse, som vist i Lawrence et al., ^5. Den type og størrelse på studieenheten vil avhenge av overvåkings spørsmålene blir stilt og følgende studie design hensyn. Jordprøver innen studiet enheten kan gjøres på tilfeldige steder, eller på et rutenett for å oppnå gjentatte prøver så lenge prøvetaking er gjort på steder nok til å karakterisere areal variasjon av studien enhet uten skjevhet ^4. En studie enhet plassert innenfor en enkelt landskapstype med hensyn til funksjoner such som skråningen, hillslope posisjon, aspekt, vegetasjon, grunnmaterialet og drenering vil tendens til å ha mindre areal variasjon enn en studieenhet som strekker seg over mer enn en landskapstype. Unngå prøvetaking skjevhet i hver samling er nødvendig for å muliggjøre verdiene fra gropene samplet i noen samling for å være statistisk sammenlignet med verdier oppnådd i tidligere og fremtidige samlinger. Etter hvert som størrelsen av studien enheten øker, kan det areal variasjon innen studiet enheten også øke fra faktorer som for eksempel vegetasjon eller skråning endres. Hvis potensielle årsaker til variasjoner som disse bli omfattet innenfor studieenhet, vil ytterligere prøvetakings steder være nødvendig for å karakterisere den mulige variasjonen i jord som kan oppstå. Derfor størrelsen på studieenhet må bestemmes av utprøver basert på variabiliteten i det området som vurderes og prosjekt ressurser tilgjengelig for prøvetaking og resampling innsats.

Et viktig kriterium for å bli vurdereed i å finne studieenheten er potensialet for fremtidige uønskede språk forstyrrelser. Det bør være en viss grad av sikkerhet for at stedet vil være egnet for de definerte overvåknings målene for flere tiår eller mer. For eksempel bør en studieenhet med ett mål for overvåking klimaendringer være lokalisert i et område der hogst ikke vil skje i overskuelig fremtid.

Metodikken beskrevet heri omfatter sampling av en individuell undersøkelse enhet. Studieenhetene kan replikeres i en landskapstype eller studere enheter kan legges til karakterisere flere landskapstyper, avhengig av formål og omfang av studien, herunder om studien innebærer en eksperimentell manipulasjon. Et eksempel på en jordovervåknings utforming er vist i figur 1. Innenfor området av interesse (Lake Placid region), har seks studieenhetene blitt lokalisert. I dette tilfellet er hver studie enhet gridded inn i 25 like storetomter. Hver tomt må være stor nok til å gi en plass som er egnet for grop utgravning. I skoghøyereliggende terreng i nordøstlige USA og østlige Canada, til en egnet plass grave en grop til en dybde på 1,2 m kan vanligvis innenfor et 10 m med 10 m område. Derfor, i vårt eksempel, det totale arealet av studieenhet tilsvarer 1,0 hektar. Hver gang studieenheten blir samplet, blir et utvalgt antall av tomter tilfeldig valgt for prøvetaking. Hvis fem replikatmålinger tomter er tilfeldig valgt for prøvetaking på en fem-års intervall, kan studieenheten skal overvåkes i 25 år. Området som kreves for å grave ut og prøve en grop vil variere mellom landskap og må tas i betraktning ved prøvetaking design.

Graden av replikasjon i en studieenhet og hyppigheten av gjentatte prøvetaking vil variere avhengig av studieenheten egenskaper, spørsmålene som stilles og arten av forstyrrelser som er forventet. Basert på jord resampling studier som haroppdaget endringer med målinger som vanligvis brukes i skogsjord, er en resampling intervall på 5 år og minimum 5 replikere prøvetakingsstedene i hver studieenhet anbefales. Å redusere frekvensen av resampling og økende prøvetaking replikasjon vil forsterke evnen til å oppdage endringer.

Figur 1: Eksempel studiedesign En generell resampling studiedesign.. Legg merke til at studieenheten er plassert for å unngå elvebreddebufferen områder av to stream kanaler. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Jord Prøvetaking - Bakgrunnsinformasjon

Samlingen av jordprøver bør gjøres i løpet av sesongen når jord pleier å være tørr, noe som oftest forekommer isiste del av vekstsesongen. Ved resampling på dette tidspunkt, blir konsistensen også oppnås med hensyn til å plante fenologien, en mulig innvirkning på jord kjemiske forhold. Prøvetaking bør unngås under eller rett etter kraftig regnvær eller når jorda er overmåte våt. Minst én plassering i studieenheten skal beskrives og dokumenteres etter USDA Natural Resource Conservation Tilbud (NRC) Feltet Book for å beskrive Jordsmonn ^6, eller andre passende protokoller om å følge en jordklassifiseringssystemet som brukes utenfor USA Feltet protokollen gitt heri følger USA klassifiseringssystemet og krever en kopi av NRCS feltet bok for å beskrive Jordsmonn i feltet. Prøvetakeren skal ha opplæring og erfaring beskrive og prøvetaking av jordtype som overvåkes før gjennomføring av jord overvåking protokoller.

Jord samling kan gjøres på en rekke måter, men bruk av en repeterbar teknikk er avgjørendeå overvåke jord endring. Feltet metodikken bør registreres i en standard operasjonsprosedyre (SOP). Endringer i inkassoprosedyrer mellom prøvetakinger bør unngås, men når dette ikke er mulig, må dokumenteres alle detaljer.

Testene bør også utføres for å evaluere potensialet for forspenningen som følge av prosedyre endringer. Sampling kan gjøres ved horisonten hvor (1) kan grensene være tydelig identifisert i feltet, og (2) horisonter er tilstrekkelig tykt til å fjerne jord uten forurensning fra horisonter over eller under. Der disse kriteriene ikke er oppfylt, kan prøvetaking av dybdeintervall gjøres. I alle prøvetaking, må spesiell forsiktighet utvises for å unngå å blande jord fra overflaten organisk rike horisonten (vanligvis O eller A) med den øverste mineral horisonten (vanligvis B eller E). I visse jordarter, endringer i tekstur og farge er lett synlige på den organisk-mineralsk grensesnitt, mens det i andre jordarter fargeforandringer kan være minimale, slik teksturelle forandringer som reflekterer differences i organisk karbon (C) konsentrasjonen må være avhengig av å identifisere plasseringen av grenseflaten. Bestemme dette grensesnittet fra tekstur endringer kan være vanskelig, selv for erfarne jord forskere. Verifisering av organisk-mineralsk grensesnitt kan gjøres med laboratorieanalyser av karbonkonsentrasjonen (organisk horisont blir definert av organisk karbon konsentrasjon> 20% ^7). I noen jord, kan O horisonten være mindre enn 1 cm tykk og kan være for tynn til å smake. Prøvetaking av både horisonten og dybde innen samme jordprofilen kan være effektive i å ta variasjoner i distinctness tykkelser av horisonter innenfor den profilen. Horisonter eller dybder skal tas prøver vil også være avhengig av målene i overvåkingsprogrammet. Jord endringer i lag nærmere overflaten har blitt mer vanlig identifisert enn i dypere lag, men inkludert dypere horisonter eller dybdeintervall kan gi informasjon som er nyttig for å redusere usikkerheten i resultatene. For eksempel, i en første sampling, en glaciated jord, tungt utvasket med syreholdig avsetning, viste basemetning for å være minimum i den øvre B horisonten deretter øker med dybden. I en gjentatt sampling, bør dette mønsteret også forekomme, selv om konsentrasjonene av individuelle lag endres. Hvis et annet mønster er observert i gjenta prøvetaking, er det en sterk mulighet for at de to samplings ikke ble utført på tilsvarende jord. Ideelt sett bør prøven samles over hele horisonten tykkelse. Imidlertid kan i svært tykke horisonter vertikalt integrere prøvetaking være vanskelig over hele tykkelsen. I denne situasjon, kan prøver av samme volum samles ved likt atskilte mellomrom fra bunnen til toppen av horisonten. Dersom prøvetaking ikke er gjort over hele horisonten tykkelse, ta samplingsdybdeintervall innenfor denne horisonten.

Jordprøvebehandling og analyse - Bakgrunnsinformasjon

den process av fjerning av en jordprøve fra profilen endrer at prøven ved å skille røtter, og forårsaker endringer i faktorer som temperatur, fuktighet, oksygen og andre gasskonsentrasjoner. Derfor må noen målinger gjøres raskt uten evne til å bevare prøven, noe som gjør dem vanskelig å bruke i langsiktige overvåkningsprogrammer. Men for de fleste vanlige fysiske og kjemiske målinger som tekstur, massetetthet, total C og nitrogen (N), og konsentrasjoner av total og utbyttbare metaller, luft-tørking av prøven etter samling gir en relativt konsistent metode for å stabilisere kjemien før analyse . I nesten alle tilfeller, er jord målinger operasjonelt definert som følge av både forholdene i jord i situ, og konsekvensene av prøvetakingen, forberedelse og analyse ansatt. Artifacts er minimert ved valg av de beste metodene for målene i programmet, og konsistens i metodikk over tid. Når tørket, ytterligere c Hanges i jordprøven blir minimalisert, og med det meste av fuktigheten fjernet, kan prøven bli siktet for å bryte opp klumper og fjerne stein og rot fragmenter. Disse trinnene gjør det mulig for prøven å bli homogenisert før subsampling for kjemisk analyse. Akkurat som konsistensen av prøvetaking og bearbeidingsmetoder må opprettholdes over tid, må potensiell skjevhet fra den kjemiske analysen også bli kontrollert. Dokumentasjon av standard operasjonsprosedyre (SOP) for den kjemiske analysen brukes hver gang prøver blir samlet og analysert er viktig, og ideelt sett den samme SOP brukes for alle prøvesamlinger. Suksessen til kjemisk analyse må verifiseres med et kvalitetssikringsprogram som innebærer bruk av interne referanseprøver og inter-laboratorieutvekslingsprøver, samt standard interne kvalitetskontrollen. For informasjon om sammenlignbarhet av brukte kjemiske analysemetoder se Ross et al. ^8.

ntent "> Når resampling er gjort over fem til ti års mellomrom, noen endringer kan oppstå i ett eller flere aspekter av kjemiske analyser som SOP, laboratorium instrumentering, laboratoriepersonell, eller laboratoriet gjør analysen. Disse faktorene skape muligheten for analytiske skjevhet mellom samlingene. for å kontrollere for analytisk forspenning bør ubrukte porsjoner av prøver fra hver samling skal arkiveres for fremtidig bruk. prøver fra de foregående samling kan analyseres med den nylig oppsamlede prøvene, og ved å sammenligne data, er muligheten for analytisk skjevhet kan håndteres. Denne tilnærmingen er basert på antagelsen om at kjemiske endringene ikke forekommer i den arkiverte prøven under lagringsperioden. Tap-on-tenning og konsentrasjoner av utskiftbare baser, utbyttbar Al, total C, og total N har vist seg å være stabil i ulike studier som har utvidet opp til 30 år ^9-11. imidlertid lagring av lufttørket jord har vist seg å senke pH jord 13. Massen av jord oppsamlet fra hver horisont eller dybdeintervall bør være tilstrekkelig for å gjennomføre en komplett sett av planlagte kjemiske analyser pluss tilleggsmasse for minst fire sett av analysene i fremtiden. En rekke metoder har blitt brukt til å arkivere jordprøver. Metoden beskrevet her følger lagringsprosedyrer som brukes av New York State Museum.

Protocol

1. studieenhet Utvalg og beskrivelse

1. Finn et skogsområde med ønskede egenskaper for overvåking. Etablere grensene av studien enhet innenfor dette området, slik at (1) studieenheten er representativt for det område som skal overvåkes, og (2) at området er stort nok til å romme den planlagte sampling og resamplings, men ikke så stor at en overdreven mengde av gjentatte groper er nødvendig for å representere variasjonene i enheten.
2. Spill plasseringen av studieenhet med et globalt posisjoneringssystem (GPS) enhet. Spill sentrum og hjørnene dersom studieenhet er rektangulær, eller sentrum og ender av vinkeldiameter dersom studieenhet er sirkulær. Record skrevet område koordinater på et felt form, i tillegg til å lagre dem elektronisk i GPS-enheten. Hvis tillatt, markere viktige steder med permanente monumenter som en jernstang.
3. Spill skråningen ved å henge flagging eller annen markør på øyet level ved studieenheten sentrum og på det laveste høyde kanten av studiested. Mål hellingen med et klinometer fra (1) det høyeste kanten av studieenhet for studieenheten sentrum (helling opp), og (2) fra studieenhet sentrum til laveste kanten (helling ned). Spill avlesing av kompasset langs den dominerende downslope retning (helling aspektet) fra det høyeste kanten av studieenhet.
4. Spill skråningen posisjon som toppturer, skulder, backslope, footslope eller toeslope om studieområdet er på en hillslope, eller flat slette hvis studieenheten er i et område med lav lettelse. Se sidene 1-7 og 1-10 i Shoeneberger et al. ⁶ for å bekrefte identifikasjon av skråningen stilling.
5. Identifiser de dominerende vegetasjonsarter av vertikale lag. For eksempel, ta den dominerende urtearter i story under 1 m, den dominerende sapling arter høyere enn 1 m, men ikke når kalesjen, og den dominerende treslag i kalesjen (de som når toppen of kalesjen). Hvordan definere strataene vil avhenge av type skog bearbeidet. Ta et digitalt bilde av understory fra laveste høyde kanten av studieenhet ser upslope og fra det høyeste kanten ser downslope.
6. Velg steder for groper, unngå landflater som er av mindre betydning innenfor den valgte studieenhet, og derfor ikke er representative for studieenhet. Også unngå landflater der prøvetakingsmetoder ikke er mulig på grunn av flerårig fuktighet, overdreven stein på eller nær overflaten eller overdreven tetthet av trær, eller av en tilstand som er i strid med målene i jorda overvåkingsprosjektet.

2. Graving og Profil Beskrivelse

1. Legg ut en presenning (ca. 10 fot med 12 fot eller 3,1 m med 3,7 m) i tilknytning til stedet der en grav skal graves. Velg en side av den planlagte pit (upslope side hvis mulig) for å beskytte mot tråkk og forurensning under pit Digging ved å dekke med plast søppelpose eller noe lignende (figur 2). Denne side vil deretter bli brukt for profilen beskrivelse og prøvetaking.

Figur 2:.. Fullført pit utgraving Jord pit utgraving viser fjernet mineraljord og intakt skogbunnen på en presenning for å minimere området forstyrrelser, sammen med pinner merking horisonter på pit ansiktet Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

2. Begynn å grave gropen ved å fjerne skogbunnen (O horisont) med spaden. Hvis det er mulig, holde skogbunnen intakt og plasser der det ikke vil bli blandet med mineraljord blir fjernet fra graven. Grave gropen med den minste fotavtrykk mulig (vanligvis ca 0,5 t o 1 m ²⁾ til å nå ønsket dybde bestemmes ved hjelp av overvåkings design.
3. Forbered en vertikal pit ansikt for beskrivelse og prøvetaking ved lett skraping nedover med en hånd sparkel for å fjerne løs jord som følge av utgraving. Beskjær røtter med hånd snippers der det er nødvendig.
   MERK: Hvis uttalte steiner eller røtter utelukker at clearing av et pit ansikt for beskrivelse og prøvetaking, eller når ønsket dybde, kan pit må utvides noe.
4. Record (i et felt notatbok eller elektronisk opptaksenhet) eventuelle observasjoner av vann siver inn i pit fra en grop ansikt eller bunnen av gropen.
5. Visuelt evaluere pit ansiktet fra topp til bunn for forskjeller i farge, tekstur og struktur. Fjerne små mengder av forskjellige jord og plass ved siden av hverandre på et hvitt papir (for eksempel baksiden av feltet form) for å bistå i å identifisere horisont grenser, som vist i figur 3.

innhold "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Fig. 3: Prøve fjerning teknikk Teknikken som brukes for å fjerne jord fra gropen ansiktet. Det er også vist eksempler på forskjellige farger fjernet fra graven ansiktet, justert for, for å bidra til å identifisere horisont grenser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4:.. Eksempel på horisonten uttrykk En jordprofil med horisont grenser som har klarhet klasser av brå eller klart og topografi som er glatt eller bølget Klikk her for å se en større versjon av denne Figure.

Figur 5: Eksempel på horisonten uttrykk En jordprofil med horisont grenser som har klarhet klasser av klart eller gradvis og topografi som er bølgete eller uregelmessig.. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

6. Spill horisonten betegnelsene følgende sidene 2-2 til 2-5 NRCS Feltet Book ^6.
7. Mark horisont grenser med T formede pinner eller lignende objekter (figur 2, 4, 5). Ta et digitalt bilde av profilen med horisont markører og et bånd på plass viser skala.
8. Måle og registrere dybden av toppen og bunnen av hver horisont med en metrisk bånd i forhold til grenseflaten mellom luft og jordoverflaten. Spill tydelig klassen og topografi kode for grensene for hver horisont følgende sidene 2-6 til 2-7 NRCS Feltet Book ^6.
9. Spill fargen på hver horisont ved hjelp av Munsell Soil Color Book følgende sidene 2-8 til 2-11 NRCS Feltet Book ^6.
10. For hver horisont, registrere tekstur klasse (sidene 2-36 til 2-37), struktur type (sidene 2-52 til 2-54), og visuelt inspisere pit ansiktet for å gjøre et grovt anslag av mengden av bergarter (som prosent volum) følge instruksjonene i NRCS Feltet Book ^6. Også for hver horisont, angi om fine røtter (<2 mm diameter) er rikelig, vanlig, få eller ingen.

3. Prøvetaking

1. Velg horisonter og / eller dybder skal tas prøver basert på studiedesign og krav.
   MERK: Samle av horisonten dersom: kan (1) grensene være tydelig identifisert i feltet, og (2) horisonter er tilstrekkelig tykk til å fjerne såil uten forurensning fra horisonter over eller under. Samle av dybdeintervall dersom: (1) horisont grenser er for tynne til å prøve, eller (2) horisont grenser er uregelmessig og eller ødelagt.
2. Samle jord fra de valgte horisonter eller dybdeintervall, som starter med den dypeste prøven og arbeider oppover. For å fjerne prøven fra gropen ansiktet, setter du hagearbeid sparkel nær bunnen av laget som blir samplet. Deretter setter en flat sparkel over hage sparkel å løsne jorda slik at den kan fjernes med bunnen sparkel (figur 3).
   MERK: masse av jord oppsamlet bør tilsvare den totale masse som kreves av den planlagte kjemiske analysene pluss massen som er nødvendig for arkivering (minst fire ekstra fullstendig analyse).
3. Plasser prøver i forseglbare plastposer og dobbel-bag prøver hvis jordsmonnet er steinete. For både horisonten og dybde prøvetaking, samle jord over bredden av gropen ansiktet der horisonten kan prøves (dvs.hvor horisonten er tykk nok til å prøve og ikke brukes steiner og røtter).
4. Merk prøven pose med studieenhet, dato, pit identifikasjon, horisont eller dybdeintervall, og sampler navn.
5. Når prøvetaking er fullført, tilbakefylling pit med mineraljord og grove fragmenter. Plasser skogbunnen på toppen av mineraljord, holder det organiske materialet så intakt som mulig. Notere plasseringen av gropen i forhold til studieenheten monumentet (avstand og aspektet).
6. Grave flere groper innenfor studieenhet for å gi replikering kalles for i sampling design. Ved hver grop, følger du trinn 2.1 til 2.8, og hvis profilbeskrivelser kreves ved alle groper, også følger du trinn 2-9 gjennom 2-11. Deretter samle prøvene følgende trinn 3.1 gjennom 3.5.

4. prøvebehandling

1. Innen 24 timer for innsamling, hell prøvene ut av plastposer i panner som vil lette lufttørking av prøvene. Air-dry på omtrent romtemperatur på et sikkert sted som er beskyttet mot luftbårne forurensninger som støv. Bland prøvene i pannene noen få dager, avhengig av fuktighet. Inspisere hver prøve for visuell og taktil tegn til tørrhet for å bestemme om lufttørking er nær fullføring.
2. Verifisere fullførelsen av luft-tørking ved veiing delprøver (ca. 5 g) fra flere prøver (minimum 3). Deretter ovnstørr disse delprøver av 24 timer (organisk jord ved 60 ° C; mineraljord ved 105 ° C), og Vei. Beregne massen av fuktighet tapt gjennom tørking som en prosent av den totale masse (jord pluss fuktighet) før tørking.
3. Etter 2 dager, gjenta trinn 4.2 og sammenligne den fuktighet tapt fra den første ovn tørking, til at gå tapt i den andre ovnstørking. Hvis fuktighets tapt i hver ovn tørking er mindre enn 2 prosent, kan jorden betraktes som lufttørket. Når lufttørking er komplett, sted prøver i plastposer som kan forsegles etter utvise så mye luft sommulig.
4. For å fjerne grove fragmenter og røtter, sil alt samlet jord. Passere de organiske prøvene gjennom en sikt med en åpning på omtrent 4-6 mm; passere mineraljordprøver gjennom en sikt med en åpning på 2 mm. Tilleggs sikting gjennom små åpninger kan være nødvendig for bestemte kjemiske analyser. For resampling, sørg for at sikt prosedyre stemmer overens med tidligere prøvetaking.
   FORSIKTIG: Folk gjør sikt bør beskyttes mot å puste inn støv enten ved sikting i en avtrekkshette eller bruk en National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) godkjent N95 Partikkelfilteansiktsmasken respirator.

5. Kjemiske analyser

1. Velge kjemiske analysemetoder som er i samsvar med de som blir brukt i tilsvarende skogsjord, slik som de i Ross et al. ^8. US Environmental Protection Agency Jord Metoder Manual ¹⁴ gir også et kompendium av metodersom fortsetter å bli vanligvis anvendes for analyse av skogsjord. Dersom avvik er nødvendig, må dataene sammenlignbarhet verifiseres. Kontroller at SOP er fullt dokumentert for hver analyse.
2. Inkluder referansejordprøver med tilsvarende egenskaper til jordprøver samlet inn i overvåkingsprogrammet i alle analyse grupper for å opprettholde kvalitet kontroll. Ta også med eksempler fra blant laboratorie børser ⁸ for å bestemme data sammenlignbarhet med andre laboratorier.

6. Arkivering jordprøver

1. Arkivere jord som gjenstår etter kjemiske analyser for fremtidig bruk. Velg massen av jord for å bli frelst på grunnlag av (1) hvor mye jord ble brukt til full pakke med målinger, (2) den forventede antall ganger prøvene vil bli reanalysert i fremtiden, og (3) tilgjengelig lang- begrepet lagringsplass.
2. Med en permanent markør, skrive følgende informasjon på en hensiktsmessig størrelse tin tie (dreibar ledning festet til BAg for tetting) poly foret papirpose: (1) prøve identifikasjon informasjon, inkludert horisonten eller dybde tilvekst, (2) siktstørrelse, (3) dato samlet inn, og (4) nødvendige laboratorie informasjon som prøveserienummer.
3. Vei og registrere massen av jord som blir arkivert for hver prøve, og plasser i tin tie posen. Plasser tin tie posen i en riktig størrelse plastpose (figur 6).

Figur 6:.. Jordprøver pakket for arkivering Intern pakking av arkivjordprøver Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

4. Oppbevare poser i papplagringsbeholdere som er konfigurert til det tilgjengelige hyller (for eksempel fremgangsmåten vist i Figur 7. Etikett boksen med informasjon om prøvene som finnes for å gjøre det mulig prøver å bli plassert effektivt. Hold arkivrommet på en stabil temperatur.

Figur 7:.. Exampling eller arkivert hyller Plassbesparende hyller av arkivjordprøver Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

5. Lagre informasjon om hver arkivert prøve i en digital database som er rutinemessig sikkerhetskopiert. Innbefatter (1) prøveidentifikasjon, (2) hver dato prøven ble analysert, (3) det laboratorium hvor prøven ble analysert, (4) analysene gjort på hver dato, (5) massen av prøven gjenværende (oppdatering dette hver gang en porsjon av prøven blir fjernet for analyse), og (6)navnet på institusjonen med forvarings ansvar for arkiverte prøvene.

7. Kontrollere konsistens Kjemiske analyser over tid

1. Analyser på nytt minimum tolv arkiverte prøver fra hver horisont eller dybde tilvekst sammen med analyser av de nylig innsamlede prøvene.
2. Kjør en to halet t-test (eller Mann-Whitney Rank Sum test hvis data normalitet er motbevist) for å fastslå om kjemiske analyseresultater signifikant forskjellig (P <0,10) mellom forrige analyse og gjeldende reanalyse.
   MERK: Hvis det observeres en signifikant forskjell (eller en klar skjevhet som er ikke statistisk signifikant), og forholdet mellom de opprinnelige data og reanalysis data skal bedømmes. Hvis de fleste av variabilitet ^(R2> 0,9) kan forklares ved dette forholdet, så den kan brukes til å justere dataene for å fjerne skjevhet. Men hvis ^R2 <0,9, vil resten av de arkiverte prøvene should kjøres på nytt for å sikre at det ikke er analytisk skjevhet når man sammenligner data fra tidligere prøvetaking resultater og resultatene fra de nylig innsamlede prøvene.

Representative Results

Data som samles inn i studiet av Lawrence et al. ⁹ kan brukes til å demonstrere effekten av prøvetaking replikering på statistisk styrke til å påvise endringer i Oa horisonten prøver fra 12 groper i en rød gran (Picea rubens) skog i Øst-ME. Mer informasjon om dette studiested (referert til som Kossuth) er tilgjengelig på Lawrence et al. ^9. Jordsmonnet (klassifisert som en Spodosol) hadde en forholdsvis tynn Oa horisonten (gjennomsnittlig tykkelse tangert 2,5 cm og 3,7 cm i 1992-1993 og 2004, henholdsvis) som kledde en E horisonten med en brå grense. Med et utvalg på 12, vesentlige endringer (P <0,05) mellom prøver samlet inn i 1992-1993 og 2004 ble påvist i målinger av pH, organisk C, og utskiftbar kalsium (Ca), natrium (Na) og aluminium (Al), mens ingen forandring ble observert for utskiftbar magnesium (Mg) (tabell 1). Når 8 av de 12 prøvene ble tilfeldig valgt for statistisk analyse, significmaur forskjeller (P <0,001) ble observert for utskiftbar Na og Al, og ved p <0,10-nivå for organisk C. Med 4 av 12 prøver tilfeldig valgt, signifikante forskjeller ble bare observert for utskiftbar Al og Na ved P ≤ 0,05 nivå .

Tabell 1: Eksempel størrelseseffekter statistiske resultatene av å bruke utvalgsstørrelser på 12, 8 og 4 for å påvise signifikante forskjeller i kjemiske målinger av jordprøver samlet inn 10 til 11 år fra hverandre.. P-verdiene vurderes statistisk signifikant, er vist i rødt kursiv.

Data fra Oa horisonter og de øvre 10 cm av B-horisont samlet i Nord- og Sør-Utløpsnedbørs av Buck Creek (western Adirondack regionen i New York) gir eksempler på verdien av arkiv jord i å redusere usikkerhet når comparin g data fra ulike tidsperioder. Av de 55 prøvene samlet inn, analysert og arkivert i 1997-2000, ble 15 tilfeldig valgt for reanalyse i 2013-14. Analyser i begge perioder ble gjort i laboratoriet av US Geological Survey New York Water Science Center, Troy, NY, etter samme SOP. Verdier for utskiftbar Ca i den opprinnelige og reanalyse av 15 Oa horisont prøvene viste ingen forskjell (P> 0,10) for utskiftbare Ca konsentrasjoner (Figur 8a). Plotting mot 1: 1 linje viste liten eller ingen skjevhet og ^R2 verdien som er angitt lite uforklarte variasjoner. Mangelen på en forskjell mellom opprinnelige data og data fra ny analyse etter lagring indikerer at verken analytiske skjevhet eller lagringseffekter under 14-16 år som skyldes feilaktige forskjell i Ca-data. På denne bakgrunn reanalyse av de ekstra 40 Oa prøver samlet inn i 1997-1998 for utskiftbare Ca konsentrasjoner var fast bestemt på å være unødvendig.

nt "fo: keep-together.within-page =" 1 ">
Figur 8: ny analyse resultater for Ca. Forholdet mellom utbyttbare Ca-målinger i Oa horisont (a), og de øverste 10 cm av B horisont (b), laget i 1997 til 2000 (opprinnelig analyse) og målinger av de arkiverte prøvene analyseres på nytt i 2013-2014 (reanalyse). Den 1: 1 linje vises på tomten. Ligningen representerer den linjen som passer best bestemmes ved lineær regresjon. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Et annet resultat ble oppnådd når arkivert jord ble reanalysert for utbyttbart Ca i B-horisont (figur 8b), også bruker samme SOP. En signifikant forskjell (P <0,10) ble erholdt mellom original analyse (gjennomsnitt = 0,40 cmol _c / kg) og ny analyse (gjennomsnitt = 0,33 cmol _c / kg), selv om lineær regresjon viste en meget signifikant lineær sammenheng mellom de to datasettene (P <0,001; R ² = 0,99). Med denne sterkt forhold, ble regresjonsmodellen anvendes for å justere de opprinnelige verdiene av de 40 prøvene ikke analyseres på nytt for å fjerne skjevhet i forhold til de nylig samlet og analysert prøver.

En endring i den SOP for bestemmelse utskiftbare Al konsentrasjoner førte til ulike resultater mellom den opprinnelige analyse der Al ble målt ved titrering ¹⁵ og ny analyse hvori Al ble målt ved induktivt koblet plasma (ICP) etter Blume et al., ^14. Sammenligning av utskiftbare Al målinger av 15 Oa horisonten prøver (Figur 9a) mellom opprinnelige verdiene (gjennomsnitt = 11,5 cmol _c / kg) og reanalyse (gjennomsnitt = 7,8 cmol _c R2 = 0,96) og betydelig skjevhet (P <0,05). Slik det ble gjort for B horisont Ca-konsentrasjoner, ble regresjonsmodellen anvendes for å justere de opprinnelige verdiene av de 40 prøvene ikke analyseres på nytt for å fjerne analytisk skjevhet.

Figur 9: ny analyse resultater for Al Forholdet mellom utbyttbare Al målinger i Oa horisont (a), og de øverste 10 cm av B horisont (b), tatt opp i 1997 til 2000 (opprinnelig analyse) og målinger av de arkiverte prøvene. analyseres på nytt i 2013-2014 (reanalyse). Den 1: 1 linje vises på tomten. Ligningen representerer den linjen som passer best bestemmes ved lineær regresjon. Klikk her for å se et større version av denne figuren.

Original og analyseres på nytt data for utskiftbar Al i B horisonten var også signifikant forskjellige (P <0,001) og lineær regresjon indikerte en signifikant sammenheng mellom de to datasettene (P <0,10). I motsetning til de Oa horisont Al data, forholdet var svak (figur 9b) og regresjonsmodellen kan bare utgjør en liten brøkdel av variasjon ^(R2 = 0,23). Fordi modellen ikke kunne brukes til å fjerne forspenningen, alle prøvene samlet og analysert på 1997-2000 nødvendig å bli reanalysert med nylig innsamlede prøvene.

En endring i analysemetode kan resultere i en skjevhet i dataene slik testing må gjøres for å kontrollere at dataene er objektivt. For eksempel resultatene av arkiverte mineraljord samlet på Turkey Lake Watershed, Ontario, Canada, i 1986 og analyseres på nytt i 2005 ^{10 <}/ sup> er presentert i figur 10. Analysen viste at de to metodene produsert objektive data med liten uforklarlige variasjoner (figur 10). Den opprinnelige Analysen ble utført ved anvendelse av Walkley-Black våt fordøyelse metode og de arkiverte prøver ble analysert ved forbrenning analysator. I dette tilfelle sammenligning mellom resultatene av den opprinnelige analyse og analyse av arkiverte prøvene viste at data produsert av de to metodene var direkte sammenlignbare.

Eksemplene som er vist i figurene 8-10 viser at bruken av konsistente analysemetoder ikke eliminere muligheten av objektive data, men viser også at en fremgangsmåte forandring ikke nødvendig resultat i forspenningen. Disse konklusjonene understreke betydningen av arkiverte prøver å redusere usikkerheten i resultatene ved å kontrollere for analytisk skjevhet.

Figur 10: ny analyse resultater for C. Forholdet mellom organiske C målinger av mineraljord som er gjort i 1986 (opprinnelig analyse) og målinger av arkiverte prøver analysert i 2005. Den stiplede linjen er 1: 1-linje; heltrukken linje er lineær regresjon beskriver forholdet mellom første og arkiverte analyser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Studier som har vist verdien av jord overvåking for å oppdage jord endringer på enkelte områder eller nedbørs vokser, og nylig har jord overvåking er anvendt for å vurdere virkningene av surt nedfall synker i en stor regional studie ^14. På alle disse områdene, hadde surt nedfall redusert i løpet av de siste tre tiårene,selv om de sure avsetningsnivåer og frekvensen av nedgangen varierte mellom områder. Et stort antall endringer ble identifisert i den studien, som var generelt konsistente på tvers av stor studie regionen, over ulike tidsperioder, ved hjelp av varierende resampling design (tabell 2). Ved å knytte flere resampling studier, ble svarene av skogsjord til endringer i en stor miljø driver identifisert over et omfattende område (Figur 11). Studiet av al. Lawrence et ⁵ vist at resultatene av jord resampling studier med ulike design kan samles for å adressere brede regionale problemer.

. Tabell 2: Eksempler på resampling resultater gjennomsnittsverdier (første - final) og resultatene av testene (t-tester eller Mann-Whitney tester) for forskjeller mellom første og siste målinger feller O, og øvre B horisonter for grunnundersøkelser i det nordøstlige USA og østlige Canada (steder vist i Figur 11). P-verdier> 0,10 er angitt som ns (ikke signifikant). Analyser med P <0,1 er vist i gult for å indikere betydelige forskjeller observert i disse målingene for områder som ligger over det nordøstlige USA og østlige Canada. Bokser med stiplede linjer indikerer ingen data. BB står for Bear Brook, ME; TMT står for BB områdene som fikk eksperimentelle tilsetninger av (NH _{4) 2} SO ₄ årlig. REF refererer til ubehandlede områder på BB. Noen nettsteder hadde ulike studieenhetene basert på skogtype. CF står for nord nåletre stands; HW nord løvtre står; MF står for blandede nåletre-hardwood stands. Klikk her for å se en større versjon av denne tabellen.

Figur 11:. Kart over resampling områder Plassering av jord resampling undersøkelser i østlige Canada og det nordøstlige USA presentert i tabell 2. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Valg av hvilken horisonter eller inkrementer dybde for å prøve styres av målene for overvåking, men er i siste instans avhengig av egenskapene til jorda. Avgjørelsen om hvor og hvordan du skal smake profilen er derfor et viktig skritt i jord overvåking. For eksempel Spodosol vist i Figur 12 har en skogbunnen med en grense mellom Oe (moderat nedbrutt organisk materiale) og Oa (svart humified organisk materiale) som er brå og de to horisonter er tilstrekkelig tykk til å kunne prøves separat . Denne profilen har også en veldefinert E horisonten med en brå grense som skiller økologisk Oa horisonten fra mineral E horisonten. Disse fargerike horisonter med brå grenser muliggjøre innsamling av samme horisont materialet som skal konsekvent gjentatt, gjør disse horisonter gode kandidater for jord overvåking. Hvis grensen mellom mineral- og organiske lagene ikke er tydelig sett eller er gradvis relative til horisonten tykkelse, vil gjentatt sampling av lag direkte over og under denne grenseflaten sannsynlig omfatter varierende mengder av jord fra de tilstøtende lag. Denne karakteristikken gir ukontrollert variasjon, og vil derfor gjøre disse horisontene mindre ønskelig for gjentatt sampling.

I noen tilfeller kan samplings ved dybdeintervall tilveiebringe en konsistent samplings tilnærming i jord hvor visse horisonter er blandet eller slå rot, dersom denne blanding er et gjennomgående trekk i jordsmonnet som overvåkes. På figur 12, de øverste 10 cm av B horisonten har en brå grense med E horisonten, men fargevariasjoner indikerer tilstedeværelse av Bh og BHS horisonter som er blandet. I denne situasjonen ville prøvetaking de øverste 10 cm av B horisonten være den mest repeterbare innsamlingsmetode. Denne fremgangsmåten har vist seg vellykket i Spodosols slik som vist i figur 12 ^7.

Figur 12:.. Spodosol profil En Spodosol horisonten fra Adirondack regionen i New York viser karakteristiske E horisonten som skiller skogbunnen (Oa og Oe horisont) fra B horisonten Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Full profilbeskrivelser er svært nyttig for å redusere sjansen for prøvetaking skjevhet og tolke data, men å samle inn denne informasjonen er tidkrevende og kan begrense tiden tilgjengelig for tilgjengelig prøvetaking replikering, avhengig av prosjektets ressurser og tilgjengelige feltet tid. Et alternativ til full profil beskrivelser av hver grop ville være å gjøre en fullstendig beskrivelse av en primær pit (med bilder), deretter begrense beskrivelser for gjentatte groper til målinger av horisonten tykkelse sammen mith profil fotografier. Denne informasjonen vil være tilstrekkelig til å bekrefte at resampling ble gjort i den samme jord på en måte som samsvarer med den tidligere prøvetaking. bilder av høy kvalitet er svært verdifull for å opprettholde prøvetaking konsistens når resampling profiler for å bestemme kjemiske endringer over tid.

Vurdering av potensiell skjevhet fra prøvetakings uoverensstemmelser kan evalueres gjennom sammenligninger av målinger blant horisonter. For eksempel ble lavere konsentrasjoner av organisk karbon observert i Oa horisont i en andre prøve enn i den opprinnelige sampling utført 10-12 år tidligere ^ni. Dette kan ha resultert fra en prøvetaking skjevhet-mer av den underliggende mineral E horisont kan ha blitt samlet inn i andre prøvetaking enn i første prøvetaking. Dette ville senke organisk karbon konsentrasjon, og sannsynligvis senke utskiftbar Ca-konsentrasjonen på grunn E horisont Ca-konsentrasjoner i jordsmonnet blir studert var minst en størrelsesorden Magnitude lavere i enn i Oa horisonten. Mangelen på en nedgang i E-horisonten Ca konsentrasjoner observert i denne studien gir bevis som støtter tolkningen at lavere organiske C konsentrasjoner i andre prøve ikke var et resultat av prøvetaking skjevhet. Denne typen sammenligning mellom horisonter gir verdifull informasjon for å vurdere prøvetaking konsistens. Derfor prøvetaking flere horisonter ikke er spesielt nødvendig for prosjektets mål er garantert bidra til å redusere usikkerhet i resultatene.

Reanalyse av arkivjordprøver er en viktig praksis i å redusere usikkerhet. Men arkivering av jord krever ressurser å administrere arkivet og lagringsplass som kan være vanskelig å skaffe på permanent basis. Derfor må massen av arkiverte jord brukes judiciously. Analysere på nytt alle arkiverte jordprøver for en bestemt resampling studien er vanligvis den mest effektive tilnærmingen for å redusere kjemisk analyse usikkerhet, men selektiv reanalyse of arkivert prøver, der det er mulig, vil bidra til å bevare uerstattelige jord for fremtidig bruk. Reanalyse av alle arkiverte prøvene bør ikke gjøres med mindre nødvendig. En rekke metoder for arkivering jord er i bruk, og har vist seg å være effektive. Metoden og materialer anbefalt i denne artikkelen er basert på opplevelsen av kuratorene i New York State Museum, som har funnet at denne svært plassbesparende emballasje design beskytter prøven i uknuselige, vannbestandig, lett merkede materialer, som er stabil for mange tiår.

Beskytte arkiverte jordprøver er et viktig steg i jord overvåking fordi det ikke bare gjør analytisk konsistens mellom samplings, gir det også mulighet for fremtidig analyse med metoder som ennå ikke er utviklet. Videre kan de arkiverte prøvene gi informasjon å ta opp nye spørsmål som de vil utvilsomt oppstå i fremtiden. Hadde arkivert jordprøver fra før encid regn vært tilgjengelig, effekter av denne forstyrrelsen på jord ville ha blitt identifisert innen år i stedet tiår etter sin oppdagelse. I stedet forblir pre-sur nedbør jordkjemi usikker som vi nå overvåke utvinning av jord fra fallende sur nedbør nivåer.

Jord overvåkning er noe begrenset av den tidsramme over hvilken endring kan detekteres (vanligvis 5 år eller mer), og med en avhengighet av destruktiv sampling, samplingsområdet nødvendig for overvåking øker over tid. Likevel, uten jord overvåking, endringer jord må utledes fra indirekte metoder, som chronosequences (plass til tid substitusjon), vannskille massebalanser, tre-kjemi, kortsiktige manipulasjoner og modellering. Disse metodene gir grove estimater av jord endring, og alle krever forutsetninger som øker usikkerheten som kan best reduseres gjennom direkte målinger av jord gjennom tiden. Fremgangsmåtene i gjentatte jordprøver kan også innmatesd til langsiktige kontrollerte manipulasjon eksperimenter, slik som vannskillet Ca-tillegg eksperiment på Hubbard Brook Experimental Forest, NH, som varer mer enn 12 år ¹⁶ og Calhoun, SC, langsiktig jord eksperiment som varer mer enn 50 år ^2.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Equipment Required in the Field
global positioning system	outdoor suppliers such as Forestry Suppliers		A wide variety of makes and models of GPS systems would be suitable.
water-proof paper	Forestry Suppliers	49450	Available through any outdoor supplier
iron rod (approximately 3 ft length)	Available at any hardware store
vinyl flagging	Available through any outdoor supplier
clinometer	outdoor suppliers such as Forestry Suppliers		A wide variety of makes and models of clinometers would be suitable.
plastic tarp	Available at any hardware store
round-pointed shovel or sharpshooter shovel for digging	Available at any hardware store
hand pruner for cutting small roots	Available at any hardware store
Lesche digging tool	Forestry Suppliers	33488
gardening trowel			A variety of hand trowels available at hardware and gardening stores would be suitable.
T-pins	Forestry Suppliers	53851
a copy of "Field Book for Describing Soils"	Currently available only online at: http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_052523.pdf; Reprinting by the National Resource Conservation Service is expected in October 2026.
Munsell Soil Color Book	Forestry Suppliers	77321
digital camera	Widely available		With flash and minimum resolution 8 megapixels
metric tape with 3 to 5 meter length	Available through any outdoor supplier such as Forestry Suppliers
sealable plastic bags with a non-clear panel for labeling	Available at any grocery store
Indelible felt markers for bag labeling and pencils for field recording forms	Widely available
Materials Needed to Process and Archive Samples in the Laboratory
testing sieves	Duel Manufacturing Co., Inc.	2 mm: 200MM-2MM 4 mm: 200MM-4MM 6 mm: 200MM-6.3MM
National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) approved N95 Particulate Filtering Facepiece Respirator	MSA Safety Works, model number 10102483	available through multiple suppliers
kraft tin tie bags with poly liner	Papermart	7410100
2 ml gussetted poly bag	Associated Bag	64-4-53
200 lb kraft literature mailers	Uline	s-2517
*Note, several of the authors are government scientists and are therefore not allowed to endorse the products of private companies.