Metoder til Soil Resampling at overvåge ændringer i de kemiske Koncentrationer af skovbundens

Summary

Gentagen jordprøvetagning er for nylig vist sig at være en effektiv måde at overvåge skovjord ændre sig over år og årtier. For at understøtte dets brug, er en protokol, præsenteres der syntetiserer de seneste oplysninger om jord resampling metoder til at hjælpe med design og implementering af succesfulde jordobservation.

Introduction

Jord udvikling har traditionelt blevet set i form af processer, der finder sted over Centennial til tusindårige tidsskalaer ^1. Overvågning af jord, der ikke var blevet forstyrret af intensive anvendelser som landbrug var ikke typisk betragtes som vigtige for politiske eller forvaltningsmæssige bekymringer for, hvor længe omfanget af året til årtier. Imidlertid har de seneste jord forskning vist, at vigtige kemiske jordegenskaber kan ændre sig i mindre end et årti, ofte et resultat af brede miljømæssige ændringer drevet af konsekvenserne af menneskelige aktiviteter såsom luftforurening og klimaændringer ^2. I det østlige Nordamerika, gentages jordprøver at give værdifulde oplysninger om virkningerne af sure deposition gennem registreringer af jord ændring i skovklædte indstillinger. I et forsøg på at støtte og koordinere dette arbejde blev den nordøstlige Soil Monitoring Cooperative (NESMC) dannet i 2007 ^3. Dette papir er en del af den fortsatte indsats for NESMC til provide oplysninger, der fremmer brugen af ​​gentagne prøveudtagninger fra skovbundens jord som et værdifuldt redskab til overvågning vores skiftende miljø.

Gentagen sampling er blevet brugt til at vurdere ændringer fra eksperimentelle manipulationer, men langsigtet overvågning af skovbundens som reaktion på miljømæssige chauffører er en forholdsvis ny praksis, der ikke er veldokumenteret i litteraturen og er først for nylig blevet bredt omfavnet af det videnskabelige samfund. Tidligere skepsis skyldtes i vid udstrækning til den opfattelse, at hastigheden af ​​jord ændring var for langsom til at opdage i overværelse af den høje rumlige variabilitet (vandret og lodret) typisk for skovjord. Fordi indsamlingen af ​​jord er destruktiv, kan resampling kun ske nær den oprindelige prøveudtagning placering. Derfor skal rumlig variabilitet indenfor den 3-dimensionelle rum, hvorfra prøverne er indsamlet korrekt kvantificeres at opdage reelle ændringer og undgå resultater, der er en artefakt af samlingen metoden. Desuden processen med jordprøvetagning og kemisk analyse skaber potentielle kilder til måling ustabilitet, der kan maskere ændringer eller partiskhed resultater ^4. Måling ustabilitet kan ikke være helt fjernet, men kan kontrolleres tilstrækkeligt med de rette protokoller til at producere resultater med minimal usikkerhed.

Design af Soil Monitoring Study

Jord overvågning kræver, at jordprøver indsamles gentagne gange over et tidsinterval defineret af investigator. Kortere tidsintervaller mindske den tid er nødvendig for at statistisk detektere en ændring, men længere intervaller giver flere muligheder for jord ændringer at forekomme ^fire. En resampling interval på 5 år anbefales at balancere disse to faktorer, men hvis overvågningen sker for at evaluere en specifik driver, bør intervallet sættes på grundlag af graden af ændring forventes i den pågældende driver ^to. Vellykket overvågning af skovjord også kræves, at der fastlægges en studieenhed i et område med skovarealer, der er blevet udvalgt til overvågning jord. Gentagne prøvetagning på flere steder i studieenhed bruges til at bestemme hvis jorden af ​​denne specifikke studieenhed har ændret sig over tid. Yderligere studieenheder kan vælges, men hver er statistisk analyseret separat for at vurdere, om der opstod jord ændringer. Statistiske resultater af flere studieenheder kan så grupperes med henblik på regionale analyser, som påvist i Lawrence et al. ^Fem. Typen og størrelsen af ​​studiet enhed vil afhænge af de spørgsmål overvågning bliver bedt og følgende undersøgelse design overvejelser. Jord prøvetagning inden for studiet enheden kan gøres på tilfældige steder eller på et gitter for at opnå udtages, så længe prøveudtagningen sker på nok steder at karakterisere areal variation af undersøgelsen enhed uden fordomme ^4. En undersøgelse enhed placeret i en enkelt landskab type med hensyn til funktioner such som hældning, hillslope position, aspekt, vegetation, grundmateriale og dræning vil være tilbøjelige til at have mindre areal variabilitet end en studieenhed, der strækker sig over mere end én landskab type. Undgå prøveudtagning skævhed i hver kollektion er nødvendige for, at værdierne fra pitten stikprøven i et kollektionen skal statistisk sammenlignet med værdierne opnået i tidligere og kommende kollektioner. Som størrelsen af ​​studieenhed stiger, kan det areal variabilitet inden for studiet enheden også stige fra faktorer som vegetation eller variationer i skråninger. Hvis potentielle årsager til variabilitet som disse bliver omfattet inden for studiet enhed, vil yderligere prøveudtagningssteder være nødvendige for at karakterisere den mulige variabilitet i jord, der kan opstå. Derfor skal bestemmes af investigator baseret på variation i området under overvejelse, og projektets ressourcer til rådighed for prøvetagning og resampling indsats størrelsen af ​​studiet enhed.

Et vigtigt kriterium, der skal overvejeed med at lokalisere studieenhed er potentialet for fremtidige uønskede websted forstyrrelser. Der bør være en vis grad af sikkerhed for, at lokale forhold vil forblive egnet til de definerede mål for flere årtier eller mere overvågning. For eksempel bør en studieenhed med enkelt mål for forandring effekter overvågning klima være beliggende i et område, hvor logning ikke vil forekomme i en overskuelig fremtid.

Den her beskrevne metode dækker prøvetagning af en individuel undersøgelse enhed. Studieenheder kan replikeres i et landskab type eller kan tilføjes studieenheder at karakterisere yderligere landskabstyper afhængig af mål og anvendelsesområde af undersøgelsen, herunder om undersøgelsen indebærer en eksperimentel manipulation. Et eksempel på en overvågning af jordbunden design er illustreret i figur 1. Indenfor området af interesse (western Adirondack region), har seks studieenheder blevet placeret. I dette tilfælde er hver studieenhed inddelte i 25 lige storeplots. Hvert plot skal være stort nok til at tilvejebringe et rum egnet til pit udgravning. I skovklædte bjergområder terræn i det nordøstlige USA og det østlige Canada, til en egnet plads udgrave en grav til en dybde på 1,2 m kan generelt findes inden for en 10 m med 10 m område. Derfor, i vores eksempel, det samlede areal af undersøgelsen enhed er lig med 1,0 ha. Hver gang studieenhed samples, er tilfældigt udvalgt et udvalgt antal grunde til prøveudtagning. Hvis fem replikate plots tilfældigt udvælges til prøveudtagning på en femårig interval, kunne undersøgelsen enhed overvåges i 25 år. Det areal, der kræves for at udgrave og prøve en pit vil variere blandt landskaber og skal tages i betragtning ved prøvetagningen.

Graden af ​​replikation i en studieenhed og hyppigheden af ​​gentagne stikprøver vil variere afhængigt af karakteristika studieenheden, idet de stillede spørgsmål og arten af ​​forstyrrelser, der forventes. Baseret på jord resampling undersøgelser, der harregistreret ændringer med målinger, der almindeligvis anvendes i skovjord, er en resampling interval på 5 år og et minimum på 5 replikat steder prøvetagning inden for hver studieenhed anbefales. Faldende hyppigheden af ​​resampling og stigende prøveudtagning replikation vil styrke evnen til at detektere ændringer.

Figur 1: Eksempel studiedesign En generaliseret resampling studiedesign.. Bemærk, at undersøgelsen enhed er placeret for at undgå de vandløbsnære arealer i to stream kanaler. Klik her for at se en større version af dette tal.

Jord Prøvetagning - Background Information

Indsamlingen af ​​jordprøver bør ske i løbet af sæsonen, når jorden tendens til at være tørre, som oftest forekommer iden sidste del af vækstsæsonen. Ved resampling på dette tidspunkt, er sammenhængen også opnået med hensyn til at plante fænologi, en mulig indflydelse på jordens kemiske forhold. Sampling bør undgås under eller umiddelbart efter kraftig regn eller når jorden er overordentlig våd. Mindst én placering i undersøgelsen enheden skal beskrives og dokumenteres efter USDA Natural Resource Conservation service (NRCS) Felt Book til beskrivelse Jord ^6, eller andre egnede protokoller, hvis efter en klassifikation jord, der anvendes uden for USA Feltet protokollen tilvejebragt heri følger det amerikanske klassifikationssystem og kræver en kopi af NRCS Field bog for Beskriver Jord i marken. Den sampler skal have uddannelse og erfaring, der beskriver og prøveudtagning jordtype, der overvåges, før gennemførelsen af ​​jorden overvågning protokoller.

Jord indsamling kan gøres på en række forskellige måder, men brugen af ​​en gentagelig teknik er afgørendeat overvåge jordbunden forandring. Den metode felt skal registreres i en standardprocedure (SOP). Ændringer i procedurer indsamling mellem prøvetagninger bør undgås, men når dette ikke er muligt, skal alle detaljer dokumenteres.

Tests bør også gøres for at vurdere potentialet for skævhed forårsaget af proceduremæssige ændringer. Sampling kan gøres ved horisonten, hvor (1) grænser klart kan identificeres i marken og (2) horisonter er tilstrækkeligt tyk til at fjerne jord uden forurening fra horisonter over eller under. Hvor disse kriterier ikke er opfyldt, kan prøvetagning af dybde interval gøres. Under alle prøveudtagning, skal der udvises særlig omhu for at undgå at blande jord fra overfladen organisk-rige horisont (normalt O eller A) med den øverste mineral horisonten (normalt B eller E). I nogle jorde, ændringer i konsistens og farve er let synlige på tværs af organisk-mineralsk interface, mens farveændringer i andre jordtyper kan være minimale så teksturændringer der afspejler differences i kulstof (C) koncentration organisk skal påberåbes for at identificere placeringen af ​​grænsefladen. Bestemmelse denne grænseflade fra teksturændringer kan være svært, selv for erfarne jord forskere. Verifikation af den organiske-mineralsk grænseflade kan gøres med laboratorieanalyse af fusionen carbon (organisk horisont er defineret af organisk kulstof koncentration> 20% ^7). I nogle jord, kan den O horisonten være mindre end 1 cm tykt og kan være for tynd til prøve. Sampling af både horisont og dybde inden for samme jord profilen kan være effektive i håndteringen variationer i selvstændighed af tykkelser af horisonter inden for denne profil. De horisonter eller dybder der skal udtages prøver vil også være afhængig af målene i overvågningsprogrammet. Jord ændringer i lag tættere på overfladen er blevet mere almindeligt identificeret end i dybere lag, men inklusive dybere horisonter eller dybde intervaller kan give oplysninger, der er nyttige i at reducere usikkerheden af ​​resultater. For eksempel i en indledende prøveudtagning en isdækkede jord, stærkt udvaskes ved sur deposition, viste basen mætning for at være minimum i den øvre B horisonten derefter stige med dybde. I en gentagen prøvetagning, bør dette mønster også forekomme, selvom koncentrationer af enkelte lag ændres. Hvis der observeres et andet mønster i prøvningen gentages, er der en stærk mulighed, at de to samplinger ikke blev udført i sammenlignelig jord. Ideelt set skal prøven indsamlet over tykkelsen fuld horisont. i overdrevent tykke horisonter vertikalt integrerer prøveindsamling, kan imidlertid være vanskeligt over hele tykkelsen. I denne situation kan prøver af tilsvarende volumen indsamles med lige mellemrum fra bunden til toppen af ​​horisonten. Hvis prøveudtagning ikke er gjort over tykkelsen fuld horisont, optage prøveudtagning dybde interval inden for denne horisont.

Jordprøve Forarbejdning og Analyse - Background Information

pprocesmodeller fjerne en jordprøve fra profilen ændrer at prøve ved at bryde rødder, og forårsager ændringer i faktorer såsom temperatur, fugtighed, ilt og andre gaskoncentrationer. Derfor skal visse målinger ske hurtigt uden evnen til at bevare prøven, hvilket gør dem vanskelige at bruge i langsigtede overvågningsprogrammer. Men for de mest almindelige fysiske og kemiske målinger såsom tekstur, rumvægt, totalt C og nitrogen (N), og koncentrationer af total og udskiftelige metaller, air-tørring af prøven efter opsamling tilvejebringer en relativt konsistent fremgangsmåde til stabilisering kemien inden analyse . I næsten alle tilfælde er jord målinger operationelt defineret, hvilket afspejler både betingelserne for jorden på stedet, og konsekvenserne af prøvetagningen, forberedelse og analyse ansat. Artefakter minimeres ved udvælgelse af de bedste metoder til målene i programmet og konsistens i metoden over tid. Når tørret, yderligere c NDRINGER i jordprøven minimeres, og med de fleste af fugten fjernet, kan prøven sigtes at bryde op knolde og fjerne sten og rod-fragmenter. Disse trin aktiverer prøven, der skal homogeniseres før subsampling til kemisk analyse. Ligesom sammenhængen i prøvetagning og forarbejdningsmetoder skal fastholdes over tid, skal potentielle bias fra den kemiske analyse også styres. Dokumentation af standardprocedure (SOP) for de kemiske analyser anvendes hver gang prøver indsamlet og analyseret er afgørende, og ideelt set det samme SOP bruges til alle samlinger af prøver. Succesen med den kemiske analyse skal verificeres med et kvalitetssikringsprogram, der involverer brugen af ​​interne referenceprøver og mellem laboratorier udveksle prøver, såvel som standard interne kvalitetskontrolprocedurer. For information om sammenligneligheden af almindeligt anvendte kemiske analysemetoder se Ross et al. ^8..

ntent "> Når resampling er gjort over 9:55 års mellemrum, vil sandsynligvis forekomme i et eller flere aspekter af den kemiske analyse, såsom SOP, laboratorium instrumentering, laboratoriepersonale, eller laboratoriet laver analysen nogle ændringer. Disse faktorer skabe mulighed for analytisk skævhed mellem samlingerne. for at kontrollere for analytisk bias, bør ubrugte dele af prøver fra hver kollektion blive arkiveret til senere brug. prøver fra den foregående samling kan analyseres med de nyligt indsamlede prøver, og ved at sammenligne data, de mulighed for analytisk skævhed kan rettes. Denne tilgang er baseret på den antagelse, at kemiske ændringer ikke forekommer i den arkiverede prøve i perioden opbevaring. Tab-on-tænding og koncentrationer af udskiftelige baser, udskiftelig Al, total C, og total N har vist sig at være stabil i forskellige undersøgelser, som har forlænget op til 30 år ^9-11. Men lagring af lufttørrede jorder er blevet vist, at sænke jordens pH 13. Den opsamlet fra hver horisont eller dybde interval masse af jord bør være tilstrækkelig til at fuldføre en komplet sæt af planlagte kemiske analyser plus yderligere masse i mindst fire sæt af analyser i fremtiden. En række fremgangsmåder er blevet anvendt til at arkivere jordprøver. Den her beskrevne metode følger opbevaring procedurer, der anvendes af New York State Museum.

Protocol

1. Undersøgelse Unit Valg og beskrivelse

1. Find et skovareal med ønskede egenskaber til overvågning. Fastsættelse af afgrænsningen af ​​undersøgelsen enhed i dette område, der sikrer, at (1) studieenheden repræsenterer det område, der skal overvåges, og (2), at området er stort nok til at rumme den planlagte prøveudtagning og resamplings, men ikke så stor at en stor mængde af gentagne gruber er nødvendige for at repræsentere variabilitet i enheden.
2. Placering registreres undersøgelsen enhed med et globalt positioneringssystem (GPS) enhed. Optag midten og hjørner, hvis undersøgelsen enheden er rektangulær, eller center og enderne af vinkelrette diametre hvis studieenhed er cirkulær. Optag skriftlig websted koordinater på en mark formular, ud over at lagre dem elektronisk i GPS-enhed. Hvis tilladt, markerer centrale steder med varige monumenter som en jernstang.
3. Optag hældningen ved at hænge udflagning eller en anden markør på øjet level ved undersøgelsen enhed center og på det laveste højde kanten af ​​undersøgelsen site. Mål skråningen med en clinometer basis af (1) den største højde kant af undersøgelsen enhed til studiet enhed center (hældning op), og (2) fra undersøgelsen enhed center til den laveste kant (hældning ned). Optag kompasset læsning langs fremherskende bagside retning (hældning aspekt) fra det højeste elevation kant af undersøgelsen enhed.
4. Optag hældningen position som topmødet, skulder, backslope, footslope eller toeslope hvis undersøgelsesområdet er på en hillslope eller flade slette, hvis undersøgelsen enheden er i et område med lavt relief. Se side 1-7 og 1-10 i Shoeneberger et al. ⁶ at verificere identifikationen af skråningen position.
5. Identificer den dominerende vegetation arter ved lodret lag. For eksempel registrerer de dominerende urter arter i skovbunden under 1 m, de dominerende ungt træ arter højere end 1 m, men ikke nå baldakin, og de dominerende træarter i baldakinen (dem, der når toppen of baldakin). Hvordan defineres lagene vil afhænge af den type skov arbejdes på. Tag et digitalt foto af skovbunden fra det laveste højde kant af undersøgelsen enhed søger toppens forside og fra den højeste elevation kant søger bagside.
6. Vælg placeringer for gruber, undgå arealer, der er af mindre betydning inden for den valgte studieenhed, og derfor ikke repræsentative for undersøgelsen enhed. Også undgå jord overflader, hvor prøveudtagningsmetoder ikke er muligt på grund af flerårige fugtighed, overdrevne sten på eller nær overfladen eller overdreven tæthed af træer, eller af en tilstand, der er i modstrid med projektets mål jordens overvågning.

2. Udgravning og Profil Beskrivelse

1. Læg en presenning (ca. 10 ft med 12 ft eller 3,1 m med 3,7 m) støder op til det sted, hvor en grav skal finde udgravet. Vælg den ene side af den planlagte pit (toppens forside side, hvis det er muligt) for at beskytte mod trampe og forurening under pit Digging ved at dække med plast affaldssæk eller noget lignende (figur 2). Denne side vil derefter blive anvendt til profilbeskrivelsen og prøveudtagning.

Figur 2:.. Afsluttet pit udgravning Jord pit udgravning viser den fjernede mineral jord og intakt skovbund på en presenning for at minimere websted forstyrrelse, sammen med stifter mærkning horisont på pit ansigt Klik her for at se en større version af dette tal.

2. Begynd udgravning pit ved at fjerne skovbunden (O horisont) med skovlen. Hvis det er muligt, holde skovbunden intakt og sted, hvor det ikke vil blive blandet med mineralsk jord fjernes fra pit. Udgrave pit med den mindste footprint muligt (normalt omkring 0,5 t o 1 m ^2), indtil man den ønskede dybde bestemt af overvågningen design.
3. Forbered en lodret pit ansigt til beskrivelse og prøvetagning ved let skrabning nedad med en hånd murske til at fjerne eventuelle løse jord fra udgravningen. Beskær rødder med hånd snippers nødvendigt.
   BEMÆRK: Hvis der for store sten eller rødder udelukker clearingen af ​​en pit ansigt for beskrivelse og prøvetagning, eller nå den ønskede dybde, kan pit skal udvides noget.
4. Optag (i et felt notesbog eller elektronisk registrering enhed) eventuelle bemærkninger fra vand siver ind i pit fra en grav ansigt eller i bunden af ​​brønden.
5. evaluere Visuelt pit ansigt fra top til bund for forskelle i farve, konsistens og struktur. Fjerne små mængder af forskellige jord og sted ved siden af hinanden på en hvid stykke papir (såsom bagsiden af feltet form) at lette identifikationen af horisont grænser, som vist i figur 3.

indhold "fo: holde-together.within-side =" 1 ">
Figur 3:. Sample fjernelse teknik Teknik bruges til at fjerne jord fra pit ansigt. Også vist er prøver af forskellige farver fjernet fra pit ansigt, opstillet for, at hjælpe identificere horisont grænser. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4:.. Eksempel på horisonten udtryk Et jordprofilen med horisont grænser, der har særpræg klasser af pludselige eller klar og topografi, der er glat eller bølget Klik her for at se en større version af denne Figure.

Figur 5: Eksempel på horisonten udtryk Et jordprofilen med horisont grænser, der har særpræg klasser af klar eller gradvis og topografi, der er bølget eller uregelmæssig.. Klik her for at se en større version af dette tal.

6. Optag horisonten betegnelser de følgende sider 2-2 til 2-5 i NRCS Field Book ^6.
7. Mark horisont grænserne med T formede stifter eller lignende genstande (figurer 2, 4, 5). Tag et digitalt foto af profilen med horisont markører og et bånd på plads viser skala.
8. Måling og registrering af dybden af ​​toppen og bunden af ​​hver horisonten med en metrisk tape i forhold til grænsefladen mellem luften og jordoverfladen. Optag selvstændighed klasse og topografi kode for grænserne for hver horisonten efter sider 2-6 til 2-7 i NRCS Field Book ^6.
9. Optag farven på hver horisonten ved hjælp af Munsell Soil Color Book følgende sider 2-8 til 2-11 af NRCS Field Book ^6.
10. For hver horisonten, registrerer tekstur klasse (side 2-36 til 2-37), struktur type (side 2-52 til 2-54), og visuelt inspicere pit ansigt til at gøre et groft skøn over mængden af ​​sten (som procent volumen) efter anvisningerne i NRCS Field Book ^6. Også for hver horisont, angive, om fine rødder (<2 mm i diameter) er rigelige, fælles, få eller ingen.

3. Prøvetagning

1. Vælg de horisonter og / eller dybder der skal udtages prøver på grundlag af undersøgelsen design og krav.
   BEMÆRK: Saml ved horisonten, hvis: (1) grænser klart kan identificeres i marken, og (2) horisonter er tilstrækkeligt tyk til at fjerne såil uden forurening fra horisonter over eller under. Saml med dybde interval, hvis: (1) horisont grænser er for tynde til at prøve, eller (2) horisont grænser er uregelmæssige og eller brudt.
2. Saml jorden fra de valgte horisonter eller dybde intervaller, begyndende med den dybeste prøve og arbejder opad. For at fjerne prøven fra pit ansigt, indsætte havearbejde murske nær bunden af ​​laget, der bliver samplet. Sæt derefter en flad murske over havearbejde murske at løsne jorden, således at den kan fjernes med bunden murske (figur 3).
   BEMÆRK: indsamlede skal være lig den samlede masse kræves af den planlagte kemisk masse af jordbundsanalyser plus massen nødvendig for arkivering (mindst fire ekstra komplet analyser).
3. Anbring prøverne i forsegles plastikposer og dobbeltklik taske prøver, hvis jord er stenet. For både horisont og dybde prøveudtagning, indsamle jord på tværs af bredden af pit ansigt, hvor horisonten kan udtages prøver (dvs.hvor horisonten er tyk nok til at prøve og klipper og rødder ikke forekommer).
4. Mærk prøven taske med studieenhed, dato, pit identifikation, horisont eller dybde interval, og sampler navn.
5. Når prøvetagning er afsluttet, efterfylde pit med mineralet jord og grove fragmenter. Placer skovbunden oven på mineraljord, holde det organiske materiale så intakt som muligt. Registrere placeringen af ​​pit med hensyn til undersøgelsen enhed monument (afstand og aspekt).
6. Udgrave yderligere gruber i studieenhed at give replikation krævet i prøvetagningen. Ved hver pit Følg trin 2.1 til 2.8, og hvis profil beskrivelser er påkrævet på alle miner, også følge trin 2-9 gennem 2-11. Så indsamle prøverne følgende trin 3.1 gennem 3,5.

4. Prøve Processing

1. Inden 24 timer for indsamling, hæld prøver ud af de plastikposer i pander, der vil lette lufttørring af prøverne. Air-dRy ved ca. stuetemperatur på et sikkert sted, der er beskyttet mod luftbårne kontaminanter, såsom støv. Bland prøverne i pander hver par dage, afhængig af fugtighed. Undersøg hver prøve for visuel og taktil tegn på tørhed at afgøre, om lufttørring er næsten afsluttet.
2. Bekræft færdiggørelsen af ​​lufttørring ved vejning delprøver (ca. 5 g) fra flere prøver (mindst 3). Så ovn-tørre disse delprøver til 24 timer (økologisk jord ved 60 ° C; mineral jord ved 105 ° C), og derefter vejes på ny. Beregn massen af ​​fugt tabt gennem tørring som en procent af den samlede masse (jord plus fugtighed) før tørring.
3. Efter 2 dage, gentag trin 4.2 og sammenligne fugten tabt fra den første ovntørring i denne tabt i den anden ovntørring. Hvis fugt tabt i hver ovntørring ligger inden for 2 procent, kan jorden anses lufttørret. Når lufttørring er komplette, sted prøver i plastikposer, der kan forsegles efter udvisningen så meget luft sommulig.
4. For at fjerne grove fragmenter og rødder, si alle indsamlede jord. Pass de organiske prøver gennem en sigte med en åbning på ca. 4-6 mm; pasning mineralske jordprøver gennem en sigte med en åbning på 2 mm. Yderligere sigtning gennem mindre åbninger kan være påkrævet for specifikke kemiske analyser. For resampling, sørge for, at sigtningen procedure passer med tidligere prøveudtagning.
   ADVARSEL: Folk gør sigtningen bør beskyttes mod indånding af støv enten ved sigtning i en emhætte eller iført en nationale institut for Occupational Safety and Health (NIOSH) godkendte N95 Partikler Filtrering ansigtsdel Respirator.

5. Kemiske analyser

1. Vælg kemisk analytiske metoder, der er i overensstemmelse med dem, der anvendes i lignende skovjord, som de i Ross et al. ^8. Den amerikanske miljøstyrelse Jord Metoder Manual ¹⁴ giver også et kompendium af metoderat fortsætte med at blive almindeligt anvendt til analyse af skovjord. Hvis det er nødvendigt afvigelser, skal de data, sammenlignelighed verificeres. Sørg for, at SOP er fuldt dokumenteret for hver analyse.
2. Medtag reference- jordprøver med lignende egenskaber til jordprøver indsamlet i overvågningsprogrammet i alle analyser partier for at opretholde kvalitetskontrol. Også omfatter prøver fra inter laboratorie udvekslinger ⁸ at bestemme sammenlignelighed med andre laboratorier.

6. Arkivering jordprøver

1. Arkivere jord, der bliver tilbage efter kemiske analyser til fremtidig brug. Vælg massen af ​​jord, der skal gemmes på grundlag af (1) hvor meget jord blev anvendt til fuld suite af målinger, (2) det forventede antal gange prøver vil blive genanalyseret i fremtiden, og (3) tilgængelige lang- udtrykket lagerplads.
2. Med en permanent markør, skriv følgende oplysninger om en passende størrelse tin tie (vridbar ledning fastgjort til bag til tætning) poly foret papirsæk: (1) identifikation prøve oplysninger, herunder horisont eller dybde tilvækst, (2) si størrelse, (3) dato indsamlet, og (4) enhver nødvendig laboratorium oplysninger såsom prøve serienummer.
3. Vej og registrere massen af ​​jorden, der bliver arkiveret for hver prøve, og placere i tin tie taske. Placer tin tie taske i en passende størrelse plastpose (figur 6).

Figur 6:.. Jordprøver pakket til arkivering Intern emballering af arkiverede jordprøver Klik her for at se en større version af dette tal.

4. Opbevar poserne i pap opbevaringsbeholdere konfigureret til den tilgængelige reoler (såsom procedurer vist i Figur 7.. Mærk kassen med oplysninger om de prøver, der er indeholdt i at gøre det muligt prøver at være placeret effektivt. Hold arkivet værelse på en stabil temperatur.

Figur 7:.. Exampling eller arkiverede reoler Space-effektiv reoler af arkiverede jordprøver Klik her for at se en større version af dette tal.

5. Store oplysninger om hver arkiveret prøve i en digital database, der rutinemæssigt sikkerhedskopieret. Medtag (1) identifikation prøve, (2) hver dato, at prøven blev analyseret, (3) laboratoriet, hvor prøven blev analyseret, (4) analyserne udført på hver dato, (5) massen af ​​prøven resterende (opdatering dette hver gang, at en del af prøven fjernes til analyse), og (6)navnet på den institution, frihedsberøvende ansvar for de arkiverede prøver.

7. Kontrol Sammenhæng af kemiske analyser over tid

1. Genanalyserer mindst tolv arkiverede prøver fra hver horisont eller dybde tilvækst sammen med analyserne af de nyligt opsamlede prøver.
2. Køre en to halet t-test (eller Mann-Whitney Rank Sum test, hvis data normalitet er modbevist) for at afgøre, om kemiske analyseresultater afveg signifikant (P <0,10) mellem den tidligere analyse og den nuværende reanalyse.
   BEMÆRK: Hvis der observeres en signifikant forskel (eller en klar skævhed, der er ikke statistisk signifikant), så forholdet mellem de oprindelige data og Reanalysen data bør vurderes. Hvis det meste af variabiliteten ^(R2> 0,9) kan forklares ved dette forhold, så det kan anvendes til at justere dataene for at fjerne bias. Men hvis ^R2 <0,9, idet resten af de arkiverede prøver should køres igen for at sikre, at der ikke er analytisk skævhed, når man sammenligner data fra de tidligere resultater og resultater prøveudtagning opnået fra de nyligt indsamlede prøver.

Representative Results

Data indsamlet i studiet af Lawrence et al. ⁹ kan anvendes til at påvise effekten af sampling replikation på statistisk styrke til påvisning af forandringer i Oa horisont prøver fra 12 miner i en rød gran (Picea rubens) skov i det østlige ME. Mere information om denne undersøgelse websted (benævnt Kossuth) i Lawrence et al. ^9.. Jorden (klassificeret som et Spodosol) havde en forholdsvis tynd Oa horisont (gennemsnitlig tykkelse lig 2,5 cm og 3,7 cm i 1992-1993 og 2004, henholdsvis), der overlejret en E horisont med en brat grænse. Med en stikprøvestørrelse på 12, væsentlige ændringer (P <0,05) mellem prøver indsamlet i 1992-1993 og 2004 blev påvist i målinger af pH, organisk C, og udskiftelig calcium (Ca), natrium (Na) og aluminium (Al), henviser ikke blev observeret nogen ændring for udskiftelig magnesium (Mg) (tabel 1). Når 8 af de 12 prøver blev tilfældigt udvalgt til statistisk analyse, significant forskelle (P <0,001) blev observeret for udskiftelig Na og Al, og ved P <0,10 niveauet for organisk C. Med 4 af 12 prøver tilfældigt udvalgt, signifikante forskelle blev kun observeret for udskiftelig Al og Na på P ≤ 0,05 niveau .

Tabel 1: Sample size virkninger Statistiske resultater af at bruge stikprøvestørrelser på 12, 8 og 4 for at konstatere væsentlige forskelle i kemiske målinger af jordprøver indsamlet 10 til 11 år fra hinanden.. P-værdier betragtes statistisk signifikant, er vist i røde kursiv.

Data fra Oa horisonter og de øverste 10 cm af B-horisonter indsamlet i Nord og Syd biflod vandskel af Buck Creek (vestlige Adirondack regionen New York) give eksempler på værdien af ​​arkiverede jord reducere usikkert når comparin g data fra forskellige tidsperioder. Af de 55 prøver indsamlet, analyseret og arkiveret i 1997-2000, blev 15 udvalgt tilfældigt til genanalyse i 2013-14. Analyser i begge perioder blev udført i laboratoriet af US Geological Survey New York Water Science Center, Troy, NY, efter samme SOP. Værdier for udskifteligt Ca i den oprindelige og reanalyse af 15 Oa horisont prøver viste ingen forskel (P> 0,10) for udskiftelige Ca koncentrationer (figur 8a). Plotte imod 1: 1 linje viste også ringe eller ingen bias og ^R2 angivne værdi lidt uforklarlig variation. Manglen på en forskel mellem oprindelige data og data fra reanalyse efter opbevaring indikerer at hverken analytiske skævhed eller opbevaring virkninger under 14-16 år forårsaget fejlagtige forskelle i Ca data. På dette grundlag reanalyse af de yderligere 40 Oa prøver indsamlet i 1997-98 for udskiftelige Ca-koncentrationer var bestemt til at være unødvendig.

nt "fo: holde-together.within-side =" 1 ">
Figur 8: reanalyse resultater for Ca. Forholdet mellem udskiftelige Ca målinger i Oa horisonten (a), og de øverste 10 cm af B horisonten (b), fremstillet i perioden 1997-2000 (oprindelige analyse) og målinger af de arkiverede prøver analyseres igen i 2013-2014 (reanalyse). 1: 1 linje er vist på grunden. Ligningen repræsenterer det bedste-fit linjen bestemt ved lineær regression. Klik her for at se en større version af dette tal.

Et andet resultat blev opnået, når arkiverede jord blev analyseres igen for udskiftelig Ca i B-horisont (figur 8b), også ved hjælp af den samme SOP. En signifikant forskel (P <0,10) blev opnået mellem original analyse (middelværdi = 0,40 CMOL _c / kg) og reanalyse (middelværdi = 0,33 CMOL _c / kg), selv om lineær regression viste en højsignifikant lineært forhold mellem de to datasæt (P <0,001; R ² = 0,99). Med denne stærkt forhold, blev regressionsmodellen anvendes til at justere de oprindelige værdier af de 40 prøver ikke analyseres igen at fjerne forspænding i forhold til de nyligt indsamlede og analyserede prøver.

En ændring i SOP til bestemmelse udskiftelige Al-koncentrationer resulterede i forskellige resultater mellem den oprindelige analyse, hvor Al blev målt ved titrering ¹⁵ og reanalyse, hvori Al blev målt ved induktivt koblet plasma (ICP) efter Blume et al. ^14. Sammenligning af udskiftelige Al målinger af 15 Oa Horizon prøver (figur 9a) mellem oprindelige værdier (middelværdi = 11,5 CMOL _c / kg) og reanalyse (middelværdi = 7,8 CMOL _c R2 = 0,96) og signifikant bias (P <0,05). Som det var tilfældet for B horisont Ca koncentrationer, blev regressionsmodellen bruges til at justere de oprindelige værdier af de 40 prøver ikke analyseres igen at fjerne analytisk bias.

Figur 9: reanalyse resultater for Al Forholdet mellem udskiftelige Al målinger i Oa horisonten (a), og de øverste 10 cm af B horisonten (b), fremstillet i perioden 1997-2000 (oprindelige analyse) og måling af de arkiverede prøver. analyseres igen i 2013-2014 (reanalyse). 1: 1 linje er vist på grunden. Ligningen repræsenterer det bedste-fit linjen bestemt ved lineær regression. Klik her for at se et større version af dette tal.

Oprindelige og analyseres igen data for udskiftelig Al i B horisonten var også signifikant forskellige (P <0,001) og lineær regression viste en signifikant sammenhæng mellem de to datasæt (P <0,10). I modsætning til de Oa horisont Al data, forholdet var svag (figur 9b) og regressionsmodellen kunne kun udgør en lille brøkdel af variabiliteten ^(R2 = 0,23). Fordi modellen ikke kunne bruges til at fjerne bias, at alle prøverne er indsamlet og analyseret i 1997-2000 behov blive analyseres igen med de nyligt indsamlede prøver.

En ændring i analysemetode kan resultere i en skævhed i dataene, så test skal gøres for at kontrollere, at dataene er saglig. For eksempel, resultater af arkiverede mineraljord afhentes på Turkey Lake Watershed, Ontario, Canada, i 1986 eller analyseres igen i 2005 ^{10 <}/ sup> er præsenteret i figur 10. Analysen viste, at de to metoder producerede uvildige data med lidt uforklarlig variabilitet (figur 10). Den oprindelige analyse blev udført under anvendelse af Walkley-Sort våd fordøjelse fremgangsmåde og de arkiverede prøver blev analyseret ved forbrænding analysator. I dette tilfælde, sammenligningen mellem resultaterne af den oprindelige analyse og analyse af arkiverede prøver viste, at de data, der produceres af de to metoder var direkte sammenlignelige.

De i figurerne 8-10 eksempler viser, at anvendelsen af ensartede analysemetoder ikke eliminerer muligheden for uvildige data, men viser også, at en fremgangsmåde forandringer ikke nødvendige resultat i bias. Disse konklusioner understreger vigtigheden af ​​arkiverede prøver at reducere usikkerheden af ​​resultater ved at kontrollere for analytisk bias.

Figur 10: reanalyse resultater for C. Forholdet mellem økologiske C målinger af mineraljord foretaget i 1986 (oprindelige analyse) og målinger af arkiverede prøver analyseret i 2005. Den stiplede linje er 1: 1 linje; den faste linje er den lineære regression, der beskriver forholdet mellem indledende og arkiverede analyse. Klik her for at se en større version af dette tal.

Undersøgelser, der har vist værdien af jordbundsovervågning at opdage jord ændringer på de enkelte sites eller vandskel vokser, og for nylig har jord overvågning blevet anvendt til at vurdere virkningerne af sure deposition aftager i en stor regional undersøgelse ^14. På alle disse steder, havde sure deposition faldet i løbet af de seneste tre årtier,selvom de sure deposition niveauer og hastigheden af ​​faldet varierede blandt sites. Et stort antal ændringer blev identificeret i denne undersøgelse, der var generelt overensstemmelse mellem den store undersøgelse regionen, i forskellige tidsperioder, hjælp varierende resampling designs (tabel 2). Ved at sammenkæde flere resampling undersøgelser blev svarene fra skovbundens til ændringer i en større miljømæssig chauffør identificeret over en omfattende region (figur 11). Studiet af Lawrence et al. ⁵ viste, at resultaterne af jordens resampling studier med forskellige designs kan aggregeres til til brede regionale problemer.

. Tabel 2: Eksempler på resampling resultater middelværdier (indledende - endelig) og resultater af forsøg (T-test eller Mann-Whitney test) for forskelle mellem indledende og afsluttende målinger feller O, og øvre B horisonter for jord undersøgelser i det nordøstlige USA og det østlige Canada (placeringer vist i figur 11). P-værdier> 0,10 er angivet som ns (ikke signifikant). Analyser med P <0.1 er vist i gult for at indikere signifikante forskelle blev observeret i disse målinger for lokaliteter placeret på tværs af nordøstlige USA og det østlige Canada. Kasser med stiplede linjer angiver ingen data. BB står for Bjørn Brook, ME; TMT står for BB, som modtog eksperimentelle tilsætninger af _{(NH4) 2 SO4} årligt. REF henviser til ubehandlede steder ved BB. Nogle steder havde forskellige studieenheder baseret på skov type. CF står for nordlige nåletræer stande; HW nordlige hårdttræ står; MF står for blandede nåletræ-hårdttræ stande. Klik her for at se en større version af denne tabel.

Figur 11:. Kort over resampling sites Steder af jord resampling undersøgelser i det østlige Canada og det nordøstlige USA fremgår af tabel 2. Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Udvælgelse af hvilke horisonter eller intervaller dybde at prøve er styret af målene for overvågning, men i sidste ende er afhængig af de særlige kendetegn ved jorden. Beslutningen om, hvor og hvordan man kan prøve den profil er derfor et afgørende skridt i overvågningen jord. For eksempel er vist i figur 12 Spodosol har en skovbund med en grænse mellem Oe (moderat nedbrudt organisk materiale) og Oa (sort befugtet organisk stof), der er brat, og de to horisonter er tilstrækkeligt tyk til, at de kan udtages prøver af separat . Denne profil har også en veldefineret E horisont med en brat grænse adskillelse af det organiske Oa horisonten fra mineralet E horisonten. Disse farverige horisonter med pludselige grænser muliggøre samling af den samme horisont materiale, der skal konsekvent gentages, hvilket gør disse horisonter fremragende kandidater til overvågning jord. Hvis grænsen mellem de mineralske og organiske lag ikke ses tydeligt, eller er gradvis vedrøive til tykkelsen horisonten, vil gentagen prøvetagning af lag direkte over og under denne grænseflade sandsynligvis omfatte varierende mængder af jord fra de tilstødende lag. Denne egenskab tilføjer ukontrolleret variation og vil derfor gøre disse horisonter mindre ønskelig gentagne prøveudtagninger.

I nogle tilfælde kan prøvetagning af dybde interval giver en konsekvent stikprøve i jord, hvor visse horisonter er blandet eller blandet, hvis denne blanding er en gennemgående træk af de jorder, der overvåges. I figur 12 er de øvre 10 cm af B horisonten har en brat grænse med E horisont, men farvevariation tyder på tilstedeværelsen af Bh og BHS horisonter, der er sammenblandet. I denne situation ville prøveudtagning de øverste 10 cm af B horisonten være den mest gentagelig indsamling metode. Denne fremgangsmåde har vist sig gode Spodosols såsom vist i figur 12 ^7.

Figur 12:.. Spodosol profil A Spodosol horisont fra Adirondack regionen New York viser den særprægede E horisont, der adskiller skovbunden (Oa og Oe horisont) fra B horisonten Klik her for at se en større version af dette tal.

Fuld profil beskrivelser er særdeles nyttige i at reducere risikoen for prøveudtagning bias og fortolke data, men at indsamle disse oplysninger er tidskrævende og kan begrænse den tid til rådighed for tilgængelige prøveudtagning replikation, afhængig af projektets ressourcer og tilgængelige felt tid. Et alternativ til fuld profil beskrivelser af hver grube ville være at gøre en fuldstændig beskrivelse af en primær pit (med foto), så begrænser beskrivelser for replikere gruber til målinger af horisonten tykkelse langs med profil fotografier. Denne information vil være tilstrækkeligt til at kontrollere, at resampling blev gjort i samme jord i overensstemmelse med den forudgående prøvetagning. Høj kvalitet billeder er yderst værdifulde for at opretholde prøveudtagning konsistens når resampling profiler til at bestemme kemiske ændringer over tid.

Vurdering af potentiel bias fra sampling uoverensstemmelser kan evalueres gennem sammenligninger af målinger blandt horisonter. For eksempel blev lavere koncentrationer af organisk kulstof observeret i Oa horisonten i en anden sampling end i det oprindelige prøveudtagning foretaget 10-12 år tidligere ^9. Dette kunne have resulteret fra en sampling skævhed-mere af den underliggende mineralske E horisont kan være blevet indsamlet i den anden prøvetagning end i den første prøveudtagning. Dette ville sænke organisk kulstof koncentrationen, og sandsynligvis sænke udskiftelige Ca-koncentration, fordi E horisont Ca-koncentrationer i jorden at blive undersøgt var mindst en ordre af MagnitUde lavere i end i Oa horisonten. Manglen på et fald i E-horisont Ca koncentrationer observeret i denne undersøgelse giver beviser til støtte for fortolkningen, at lavere koncentrationer organisk C i den anden prøvetagning var ikke et resultat af sampling bias. Denne type sammenligning blandt horisonter giver værdifuld information til evaluering prøveudtagning konsistens. Derfor prøveudtagning yderligere horisonter ikke specifikt er nødvendige for projektets mål er berettiget til at hjælpe med at reducere usikkerhed i resultaterne.

Reanalyse af arkiverede jordprøver er en vigtig praksis i at reducere usikkerheden. Men arkivering af jord kræver ressourcer til at forvalte arkivet og lagerplads, der kan være vanskeligt at erhverve på permanent basis. Derfor skal massen af ​​arkiverede jord anvendes med omtanke. Genanalysere alle arkiverede jordprøver for en bestemt resampling undersøgelse er generelt den mest effektive metode til at reducere kemiske analyser usikkerhed, men selektiv reanalyse of arkiverede prøver, hvor det er muligt, vil bidrage til at bevare uerstattelige jord til fremtidige anvendelser. Reanalyse af alle arkiverede prøver bør ikke ske, medmindre det er nødvendigt. En række forskellige metoder til arkivering jord er i øjeblikket i brug og har vist sig at være effektiv. Metoden og materialer anbefales i denne artikel er baseret på erfaringerne fra kuratorer i New York State Museum, der har fundet, at denne meget pladsbesparende emballage design beskytter prøven i ubrydelige, vandtæt, let mærkede materialer, som er stabile for mange årtier.

Beskyttelse arkiverede jordprøver er et vigtigt skridt i jordbundsovervågning fordi det ikke kun giver mulighed for analytisk sammenhæng mellem prøvetagninger, det giver også mulighed for fremtidig analyse med metoder, der endnu ikke er udviklet. Endvidere kan de arkiverede prøver give oplysninger til at løse nye spørgsmål, som de utvivlsomt vil opstå i fremtiden. Havde arkiveret jordprøver fra før encid regn været til rådighed, virkningerne af denne forstyrrelse på jord ville være blevet identificeret inden år frem årtier efter dens opdagelse. I stedet præ-syreregn jord kemi fortsat usikkert, da vi nu overvåge inddrivelse af jord fra faldende syreregn niveauer.

Jord overvågning er noget begrænset af den tidsramme, over hvilken kan påvises ændring (normalt 5 år eller mere), og med en afhængighed af destruktiv prøveudtagning, prøveudtagningsarealet nødvendig for overvågning stiger over tid. Ikke desto mindre, uden overvågning jord, jord ændringer skal udledes indirekte tilgange, såsom chronosequences (plads til tid substitution), sendetidspunkt massebalancer, dendrochemistry, kortsigtede manipulationer og modellering. Disse tilgange giver grove estimater af jordens forandring, og alle kræver forudsætninger, der øger usikkerhed, der kan bedst reduceres gennem direkte målinger af jord gennem tiden. Procedurerne for gentagne jordprøvetagning kan også applied til langsigtede kontrolleret manipulation eksperimenter, såsom vandskellet Ca-tillæg eksperiment på Hubbard Brook Experimental Forest, NH, der varer mere end 12 år ¹⁶ og Calhoun, SC, langsigtet jord eksperiment varer mere end 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.