Métodos de Reamostragem do solo para monitorar as mudanças nas concentrações químicas de Solos Florestais

Summary

amostragem de solo repetida foi recentemente mostrado ser uma forma eficaz para monitorar a mudança solo da floresta ao longo de anos e décadas. Para apoiar a sua utilização, um protocolo é apresentada que sintetiza as últimas informações sobre métodos de reamostragem do solo para ajudar na concepção e implementação de programas de monitorização do solo de sucesso.

Introduction

Desenvolvimento do solo tem sido tradicionalmente visto em termos de processos que ocorrem ao longo do centenário para escalas de tempo milenares ^1. Acompanhamento dos solos que não tinha sido perturbado por usos intensivos, tais como a agricultura não era tipicamente consideradas importantes para a política ou de gestão preocupações sobre a escala de tempo de anos a décadas. No entanto, os solos recentes pesquisas têm mostrado que importantes características químicas do solo pode mudar em menos de uma década, muitas vezes o resultado de amplas mudanças ambientais dirigidos por consequências das actividades humanas como a poluição atmosférica e as alterações climáticas ^2. No leste da América do Norte, amostragem de solo repetida está fornecendo informações valiosas sobre os efeitos da deposição ácida através de registros da mudança do solo em ambientes florestais. Em um esforço para apoiar e coordenar este trabalho, o solo do nordeste Monitoramento Cooperative (NESMC) foi formada em 2007 ^3. Este trabalho é parte do esforço contínuo da NESMC para proinformações vide que avança o uso de amostragem de solo repetido dos solos florestais como uma ferramenta valiosa para monitorar o nosso ambiente em mudança.

amostragem repetida tem sido utilizado para avaliar as mudanças de manipulações experimentais, mas o monitoramento de longo prazo dos solos florestais em resposta a factores ambientais é uma prática relativamente nova que não está bem documentado na literatura e só recentemente foi amplamente adotado pela comunidade científica. cepticismo passado foi devido em grande parte à visão de que a taxa de variação do solo era muito lenta para detectar na presença de variabilidade espacial alta (horizontal e vertical) típica dos solos florestais. Uma vez que a recolha de solo é destrutivo, de reamostragem pode ser feito apenas perto do local de amostragem original. Portanto, a variabilidade espacial no espaço 3-dimensional a partir do qual as amostras são coletadas devem ser devidamente quantificadas para detectar mudanças reais e evitar resultados que são um artefato do método de coleta. Além disso, o processo de amostragem do solo e análise química cria potenciais fontes de instabilidade de medição que podem mascarar alterações ou preconceito Resultados ^4. Medição instabilidade não pode ser completamente removido, mas pode ser controlada de forma adequada com os protocolos adequados para produzir resultados com o mínimo de incerteza.

Projetando o estudo de monitorização do solo

monitorização do solo requer que amostras de solo são recolhidos várias vezes ao longo de um intervalo de tempo definido pelo investigador. Intervalos de tempo mais curtos diminuir o período de tempo necessário para detectar uma alteração estatisticamente, mas intervalos mais longos proporcionam mais possibilidades de mudanças de solo para ocorrer ^4. Um intervalo de reamostragem de 5 anos é recomendado para equilibrar esses dois fatores, mas se o monitoramento está sendo feito para avaliar um driver específico, o intervalo deve ser definido com base na taxa de variação esperada do que ^o condutor ^2. monitoramento sucesso dos solos florestais também requeremé que uma unidade de estudo ser definida dentro de uma área de terra florestada que foi selecionado para a monitorização do solo. amostragem repetida em vários locais no interior da unidade de estudo é utilizado para determinar se o solo da unidade de estudo que específico mudou ao longo do tempo. unidades de estudo adicionais podem ser seleccionados, mas cada um é estatisticamente analisados ​​separadamente para avaliar se ocorreram alterações do solo. Os resultados estatísticos de múltiplas unidades de estudo pode, então, ser agrupados com o objectivo de análise regional, tal como demonstrado em Lawrence et al. ^5. O tipo eo tamanho da unidade de estudo vai depender das questões de monitoramento a ser feitas e as seguintes considerações de projeto de estudo. A amostragem do solo dentro da unidade de estudo pode ser feito em localizações aleatórias ou numa grelha para obter amostras idênticas, enquanto a amostragem é feito em localizações suficientes para caracterizar a variabilidade de área da unidade de estudo sem enviesamento ^4. A unidade de estudo localizada dentro de um único tipo de paisagem em relação à apresenta such como inclinação, posição hillslope, aspecto, vegetação, material de origem e drenagem tendem a ter menor variabilidade areal do que uma unidade de estudo que se estende por mais de um tipo de paisagem. Evitando viés de amostragem em cada coleção é necessária para permitir que os valores de poços amostrados em qualquer uma coleção para ser estatisticamente em comparação com os valores obtidos em coleções anteriores e futuras. À medida que o tamanho da unidade de análise aumenta, a variabilidade de área no interior da unidade de estudo também pode aumentar de factores tais como a vegetação ou declive alterações. Se as causas potenciais de variabilidade, tais como estas se tornem englobados dentro da unidade de estudo, os locais de amostragem adicionais serão necessários para caracterizar a possível variação em solos que podem ocorrer. Por conseguinte, o tamanho da unidade de estudo tem de ser determinado pelo investigador com base na variabilidade da área a ser considerada e os recursos disponíveis de projecto para os esforços de amostragem e de reamostragem.

Um critério fundamental para ser considereEd na localização da unidade de estudo é o potencial para futuros distúrbios indesejáveis ​​do sítio. Deve haver algum nível de garantia de que as condições do local continuará a ser adequado para os objectivos de monitorização definidos para várias décadas ou mais. Por exemplo, uma unidade de estudo com o objetivo único de efeitos monitorização das alterações climáticas deve estar localizado em uma área onde o log não irá ocorrer em um futuro previsível.

A metodologia aqui descrito abrange a amostragem de uma unidade de estudo individual. unidades de estudo pode ser replicado dentro de um tipo de paisagem ou unidades de estudo podem ser adicionados para caracterizar tipos de paisagem adicionais dependendo dos objetivos e escopo do estudo, incluindo se o estudo envolve uma manipulação experimental. Um exemplo de um desenho de monitorização do solo é ilustrada na Figura 1. Dentro da área de interesse (região de Adirondack ocidental), seis unidades de estudo ter sido localizado. Neste caso, cada unidade de estudo é em grade em 25 de mesmo tamanhoparcelas. Cada parcela precisa ser grande o suficiente para fornecer um espaço adequado para pit escavação. Em terreno de sequeiro florestal do nordeste dos Estados Unidos e Canadá oriental, um espaço adequado para escavar um poço a uma profundidade de 1,2 m geralmente podem ser encontrados dentro de uma área de 10 m por 10 m. Assim, no nosso exemplo, a área total da unidade de estudo igual a 1,0 ha. Cada vez que a unidade de estudo é amostrado, um número escolhido de parcelas são selecionados aleatoriamente para amostragem. Se cinco parcelas idênticas, são selecionados aleatoriamente para amostragem em um intervalo de cinco anos, a unidade de estudo poderia ser monitorado por 25 anos. A área necessária para escavar e experimentar um pit variará entre as paisagens e deve ser levado em consideração na concepção de amostragem.

O grau de replicação dentro de uma unidade de estudo e a frequência de amostragem repetida irá variar dependendo das características de unidade de estudo, as perguntas feitas e da natureza dos distúrbios que são esperados. Com base em estudos de reamostragem do solo que têmdetectadas alterações com medições comumente utilizados em solos florestais, um intervalo de reamostragem de 5 anos e um mínimo de pontos de amostragem 5 replicar no interior de cada unidade de estudo são recomendados. Diminuição da frequência dos resampling e aumentando a amostragem replicação irá reforçar a capacidade de detectar mudanças.

Figura 1: Projeto Exemplo estudo Um desenho do estudo resampling generalizada.. Note-se que a unidade de estudo está localizada a evitar as áreas ribeirinhas de dois canais de fluxo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Coleta de Amostras de solo - Informação de fundo

A recolha de amostras de solo deve ser feito durante a temporada, quando os solos tendem a ser seco, o que ocorre mais freqüentemente ema última parte do período de crescimento. Redefinindo neste momento, a consistência é também alcançada no que diz respeito a plantar fenologia, uma possível influência sobre as condições químicas do solo. A amostragem deve ser evitada durante ou imediatamente após fortes chuvas ou quando os solos são excessivamente molhada. Pelo menos um local dentro da unidade de estudo devem ser descritos e documentados na sequência do USDA Conservação dos Recursos Naturais Serviço (NRCS) livro de campo para descrever Solos ^6, ou outros protocolos apropriados se na sequência de um sistema de classificação do solo utilizado fora os EUA O protocolo campo aqui fornecido segue o sistema e classificação dos EUA exige uma cópia do campo Livro NRCS para Descrevendo Solos no campo. O amostrador deve ter formação e experiência descrevendo e amostragem do tipo de solo que está sendo monitorado antes de implementar os protocolos de monitoramento do solo.

recolha do solo pode ser feito de uma variedade de maneiras, mas o uso de uma técnica repetível é cruciala monitorização das alterações do solo. A metodologia de campo devem ser registrados em um procedimento operacional padrão (SOP). Mudanças nos procedimentos de cobrança entre as amostragens devem ser evitados, mas quando isso não for possível, todos os detalhes devem ser documentados.

Os testes também deve ser feito para avaliar o potencial de polarização causada por alterações processuais. A amostragem pode ser realizado por horizonte onde (1) limites podem ser claramente identificados no campo e (2) horizontes são suficientemente espessas para remover o solo sem contaminação a partir de acima ou abaixo do horizonte. Quando estes critérios não forem cumpridos, a amostragem por intervalo de profundidade pode ser feito. Em qualquer amostragem, um cuidado especial deve ser tomado para evitar a mistura do solo do horizonte-orgânica rica superfície (geralmente O ou A) com o horizonte mineral superior (normalmente B ou E). Em alguns solos, alterações na textura e cor são facilmente visíveis através da interface organo-mineral, enquanto que em outros solos mudanças de cor pode ser mínimas alterações para texturais que reflectem diferenças em carbono concentração orgânica (C) deve ser invocado para identificar a localização do interface. Determinando esta interface de mudanças de textura pode ser difícil, mesmo para os cientistas experientes do solo. Verificação da interface de organo-mineral pode ser feito com a análise laboratorial da concentração de carbono (horizonte orgânica é definida pela concentração de carbono orgânico> 20% ^7). Em alguns solos, o horizonte O pode ser inferior a 1 cm de espessura e pode ser muito fino para amostra. A amostragem por ambos horizonte e a profundidade dentro do mesmo perfil do solo pode ser eficaz no tratamento variações na distinção de espessuras de horizontes no interior desse perfil. Os horizontes ou profundidades a amostrar também será dependente dos objectivos do programa de monitoramento. alterações do solo nas camadas mais próximas à superfície foram mais comumente identificado que em camadas mais profundas, mas incluindo horizontes mais profundos ou intervalos de profundidade podem fornecer informações que são úteis na redução da incerteza dos resultados. Por exemplo, em uma amostragem inicial, um solo glaciar, fortemente lixiviado por deposição ácida, mostrou saturação de base a ser mínima no horizonte superior B, em seguida, aumenta com a profundidade. Em uma amostragem repetida, este padrão também deve ocorrer mesmo se as concentrações de camadas individuais mudar. Se um padrão diferente é observado na amostragem de repetição, existe uma forte possibilidade de que as duas amostras não foram feitas no solo comparável. Idealmente, a amostra deve ser recolhida durante a espessura horizonte cheio. No entanto, em horizontes excessivamente grossas integrando verticalmente coleta de amostras pode ser difícil ao longo de toda a espessura. Nesta situação, as amostras de igual volume podem ser recolhidos em intervalos igualmente espaçados a partir do fundo para o topo do horizonte. Se a amostragem não é feito ao longo da espessura do horizonte cheia, gravar o intervalo de profundidade de amostragem dentro desse horizonte.

Processamento de amostra de solo e Análise - Informação de fundo

O PROCESSO da remoção de uma amostra de solo a partir do perfil que altera amostra cortando as raízes, e causando alterações em factores tais como a temperatura, humidade, oxigénio e outras concentrações de gás. Portanto, algumas medições deve ser feito rapidamente sem a capacidade de preservar a amostra, tornando-os difíceis de usar em programas de controlo de longo prazo. No entanto, para medições mais comuns físicas e químicas, tais como a textura, a densidade, um total de C e de azoto (N) e as concentrações totais e metais permutáveis, a amostra depois de recolha secagem ao ar proporciona um método relativamente consistente para estabilizar a química antes da análise . Em quase todos os casos, as medições do solo são operacionalmente definido, refletindo tanto as condições do solo in situ, e as consequências da coleta de amostras, preparação e análise empregado. Artefatos são minimizados pela seleção dos melhores métodos para as metas do programa e da coerência na metodologia ao longo do tempo. Uma vez seca, ainda mais c Hanges na amostra de solo são minimizados, e com a maior parte da humidade removida, a amostra pode ser peneirado para romper os torrões e remover os fragmentos de pedra e de raízes. Estes passos permitir a amostra a ser homogeneizada antes de subamostragem para análise química. Assim como a coerência dos métodos de recolha e processamento de amostras deve ser mantida ao longo do tempo, o potencial de viés a partir da análise química também deve ser controlada. Documentação do procedimento operacional padrão (SOP) para a análise química usada cada vez que as amostras são coletadas e analisadas é essencial e, idealmente, a mesma SOP é usado para todas as coletas de amostras. O sucesso da análise química tem de ser verificadas com um programa de controlo de qualidade que envolve o uso de amostras de referência internos e amostras de intercâmbio entre laboratórios, bem como os procedimentos de controlo de qualidade interno padrão. Para obter informações sobre a comparabilidade dos métodos de análise química comumente usados ver Ross et al. ^8.

ntent "> Quando reamostragem é feito ao longo de cinco a intervalos de dez anos, algumas mudanças são prováveis ​​de ocorrer em um ou mais aspectos da análise química como a SOP, instrumentação de laboratório, pessoal de laboratório, ou o laboratório fazer a análise. Esses fatores criar a possibilidade de viés analítico entre as coleções. para controlar o viés analítico, partes não utilizadas de amostras de cada coleção deve ser arquivada para uso futuro. as amostras da colecção anterior pode ser analisado com as amostras recém-colhidas, e comparando os dados, os possibilidade de viés analítico pode ser abordada. Esta abordagem é baseada no pressuposto de que mudanças químicas não ocorrem na amostra arquivados durante o período de armazenamento. Perda de peso por ignição e as concentrações de bases trocáveis, Al trocável, o total de C e N total foi demonstrado que ser estável em vários estudos que se estenderam até 30 anos ^9-11. no entanto, o armazenamento de solos secos ao ar tenha sido mostrado para reduzir o pH do solo 13. A massa de solo recolhido de cada horizonte ou intervalo de profundidade deve ser suficiente para completar um conjunto completo de química análises planeadas mais massa adicional de pelo menos quatro conjuntos de análises no futuro. Uma variedade de métodos têm sido utilizados para arquivar amostras de solo. O método descrito aqui segue os procedimentos de armazenamento usados ​​pelo New York State Museum.

Protocol

1. Estudo de seleção Unidade e descrição

1. Localize uma área florestal com as características desejadas para o monitoramento. Estabelecer os limites da unidade de estudo dentro desta área, assegurando que (1) a unidade de estudo é representativa da área a ser monitorizada, e (2) que a área é grande o suficiente para acomodar a amostragem e resamplings previsto, mas não tão grande que uma quantidade excessiva de poços replicados são necessários para representar a variabilidade dentro da unidade.
2. Registar a localização da unidade de estudo com uma unidade de sistema de posicionamento global (GPS). Grave o centro e cantos se a unidade de estudo é rectangular, ou um centro e extremidades de diâmetros perpendiculares se a unidade de estudo é circular. Registro do site escrito coordenadas em um campo de formulário, além de armazená-los eletronicamente na unidade GPS. Se permitido, marcar locais importantes com monumentos permanentes, como uma barra de ferro.
3. Grave a inclinação por enforcamento de sinalização ou algum outro marcador no leve olhoL no centro da unidade de estudo e no bordo de elevação menor do sítio de estudo. Calcule a inclinação com um clinometro a partir de (1) a mais alta elevação do bordo da unidade de estudo para o centro da unidade de estudo (inclinação para cima), e (2) a partir do centro da unidade de estudo para o bordo mais baixo (inclinação para baixo). Grave a leitura da bússola ao longo da direção (orientação do declive) downslope predominante desde o mais alto borda elevação da unidade de estudo.
4. Registrar a posição de inclinação como topo, ombro, backslope, footslope ou toeslope se a área de estudo está em uma hillslope, ou planície se a unidade de estudo é em uma área de baixo relevo. Ver páginas 1-7 e 1-10 em Shoeneberger et ai. ^6, para verificar a identificação da posição de inclinação.
5. Identificar as espécies de vegetação predominantes, por estratos verticais. Por exemplo, registrar as espécies de ervas dominantes no sub-bosque abaixo de 1 m, as espécies de mudas dominantes mais alto do que 1 m, mas não atingindo o dossel, e as espécies de árvores dominantes no dossel (as que chegar ao o topof o dossel). Como para definir as camadas irá depender do tipo da floresta a ser trabalhado. Tire uma foto digital do sub-bosque da borda elevação menor da unidade de estudo que upslope e da borda maior elevação procurando downslope.
6. Selecione os locais para poços, evitando superfícies de terra que são de menor importância dentro da unidade de estudo selecionado e, portanto, não representante da unidade de estudo. Além disso, evite superfícies de terra onde os métodos de amostragem não são possíveis por causa da umidade constante, rochas excessivas na ou perto da densidade de superfície ou excessivo de árvores, ou de uma condição que é contrária aos objectivos do projecto de monitorização do solo.

2. Escavação e Descrição do Perfil

1. Lay out uma lona (cerca de 10 pés por 12 pés ou 3,1 m por 3,7 m) adjacentes ao local onde um poço deve ser escavado. Escolha um lado do pit planejada (lado upslope se possível) para proteger da pisoteio e contaminação durante o pit Digging cobrindo com saco plástico de lixo ou algo semelhante (Figura 2). Este lado, então, ser utilizado para a descrição do perfil e amostragem.

Figura 2:.. Concluído pit escavação pit Solo de escavação mostrando o solo mineral removido e solo da floresta intacta em uma lona para minimizar a perturbação local, juntamente com alfinetes marcando horizontes na face pit Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Começar a escavar o poço, removendo o solo da floresta (O horizonte) com a pá. Se possível, mantenha o solo da floresta intacta e lugar onde não será misturado com o solo mineral a ser removido do poço. Escavar o poço com o menor espaço possível (geralmente cerca de 0,5 t O 1 m ²⁾ até atingir a profundidade desejada determinada pelo desenho de acompanhamento.
3. Prepare uma cara poço vertical, para descrição e amostragem de ânimo leve raspagem para baixo com uma espátula de mão para remover qualquer solo solto resultante da escavação. Podar as raízes com snippers mão quando necessário.
   NOTA: Se rochas excessivas ou raízes exclui a compensação de um rosto de pit para descrição e amostragem, ou atingir a profundidade desejada, o poço pode precisar ser expandido um pouco.
4. Record (em um caderno de campo ou dispositivo de gravação eletrônico) quaisquer observações de água que escoa para a cova de um rosto poço ou o fundo do poço.
5. Avaliar visualmente a cara poço de cima para baixo para as diferenças de cor, textura e estrutura. Remover as pequenas quantidades do lado do solo e diferindo lugar a lado sobre uma folha de papel branco (tais como o lado de trás da forma de campo) para auxiliar na identificação de limites horizonte, como mostrado na Figura 3.

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Figura 3:. Técnica de remoção Amostra técnica utilizada para remover o solo a partir da face poço. Também são mostradas as amostras de diferentes cores removidos da face pit, alinhadas em ordem, para ajudar a identificar os limites do horizonte. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4:.. Exemplo de expressão horizonte Um perfil do solo com limites horizonte que têm aulas de distinção da abrupta ou clara e topografia que é liso ou ondulado Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figuré.

Figura 5: Exemplo de expressão horizonte Um perfil do solo com limites horizonte que têm classes de distinção da topografia clara ou gradual e que é ondulada ou irregular.. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Grave as designações horizonte seguintes páginas 2-2 a 2-5 do Livro NRCS campo ^6.
7. Limites Mark horizonte com pinos em forma de T ou objetos semelhantes (Figuras 2, 4, 5). Tire uma foto digital do perfil com marcadores horizonte e uma fita na escala local de exibição.
8. Medir e registar a profundidade da parte superior e inferior de cada horizonte com uma fita métrica em relação à interface entre a superfície do solo e no ar. Grave a classe distinção e código de topografia para os limites de cada horizonte seguintes páginas 2-6 a 2-7 do Livro NRCS campo ^6.
9. Grave a cor de cada horizonte usando o Munsell solo Livro Cor seguintes páginas 2-8 para 2-11 do Livro NRCS campo ^6.
10. Para cada horizonte, gravar a classe de textura (páginas 2-36 a 2-37), tipo de estrutura (páginas 2-52 a 2-54), e inspecionar visualmente a face pit para fazer uma estimativa aproximada da quantidade de rochas (como o volume por cento), seguindo as instruções do Livro NRCS campo ^6. Também para cada horizonte, indicar se raízes finas (<2 mm de diâmetro) são abundantes, comum, poucos ou nenhum.

3. Recolha de Amostra

1. Selecione os horizontes e / ou profundidades a amostrar com base no design e requisitos de estudo.
   NOTA: Colete pelo horizonte se: (1) os limites podem ser claramente identificados no campo, e (2) horizontes são suficientemente espessa para remover de modoil sem contaminação de horizontes acima ou abaixo. Colete pelo intervalo de profundidade se: (1) os limites horizonte são muito finos para provar, ou (2) limites horizonte são irregulares e ou quebrado.
2. Recolher o solo dos horizontes selecionados ou intervalos de profundidade, começando com a amostra mais profunda e trabalhando para cima. Para remover a amostra a partir da face poço, inserir a espátula jardinagem perto da parte inferior da camada que está a ser amostrado. Em seguida, insira uma espátula plana acima da espátula de jardinagem para afrouxar o solo de modo que ele pode ser removido com a espátula inferior (Figura 3).
   NOTA: A massa de solo coletado deve ser igual à massa total exigida pela química planejado analisa mais a massa necessária para arquivamento (análises, pelo menos, quatro completa adicional).
3. Colocar as amostras em sacos de plástico lacrado e amostras de duplo saco, se os solos são pedregosos. Para tanto horizonte e profundidade de amostragem, coletar solo em toda a largura da dianteira do poço onde o horizonte pode ser provado (ou seja,onde o horizonte é grossa o suficiente para provar e rochas e raízes não ocorrem).
4. Rotular o saco de amostra com unidade de estudo, data, identificação pit, horizonte ou profundidade intervalo, eo nome do amostrador.
5. Uma vez que a amostragem for concluída, aterramento do poço com o solo mineral e fragmentos grosseiros. Coloque chão da floresta no topo do solo mineral, mantendo-se o material orgânico como intactas quanto possível. Registar a localização do poço no que diz respeito à unidade de estudo monumento (distância e aspecto).
6. Escavar poços adicionais dentro da unidade de estudo para fornecer a replicação solicitado no plano de amostragem. Em cada poço, siga os passos 2.1 a 2.8, e se descrições de perfil são necessários em todos os poços, também siga os passos 2-9 a 2-11. Em seguida, recolher as amostras seguintes passos 3.1 a 3.5.

Processamento 4. Amostra

1. Dentro de 24 horas de coleta, despeje amostras fora dos sacos de plástico em bandejas que irão facilitar a secagem ao ar das amostras. Ar-dRY aproximadamente à temperatura ambiente num local seguro que esteja protegido contra contaminantes transportados pelo ar, tais como poeira. Misturar as amostras em panelas a cada poucos dias, dependendo da humidade. Inspecione cada amostra para a evidência visual e tátil de secura para determinar se o ar de secagem está quase concluída.
2. Verificar a conclusão da secagem ao ar, por pesagem subamostras (aproximadamente 5 g) a partir de várias amostras (um mínimo de três). Em seguida, seco em estufa estas sub-amostras para 24 horas (solo orgânico a 60 ° C; solo mineral a 105 ° C), e pesar novamente. Calcula-se a massa de humidade perdida através de secagem como uma percentagem da massa total (solo mais humidade) antes da secagem.
3. Após 2 dias, repita a etapa 4.2 e comparar a humidade perdida do primeiro forno de secagem, para que perdido no segundo forno de secagem. Se a humidade perdida em cada forno de secagem é de 2 por cento, o solo pode ser considerado seco ao ar. Uma vez que a secagem ao ar é amostras concluída, coloque em sacos plásticos que podem ser selados após a expulsão de ar, tanto quantopossível.
4. Para remover fragmentos grossos e raízes, peneirar todo o solo coletado. Passe as amostras orgânicas através de uma peneira com uma abertura de cerca de 4-6 mm; passar amostras de solo minerais através de uma peneira com uma abertura de 2 mm. peneiramento adicional através de aberturas menores podem ser necessários para análises químicas específicas. Para resampling, certifique-se de que o processo de peneiramento coincide com a da amostragem anterior.
   CUIDADO: Povos que fazem a peneiração devem ser protegidos contra a inalação de pó ou por peneiramento em um exaustor ou vestindo um Instituto Nacional para a Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) aprovado N95 Particulate Filtering peça facial do respirador.

5. Análises Químicas

1. Escolha métodos de análise químicos que são consistentes com aqueles que estão sendo utilizados em solos florestais semelhantes, tais como aqueles em Ross et ai. ^8. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA Métodos de solo manual ¹⁴ também fornece um compêndio de métodosque continuam a ser utilizada para a análise dos solos florestais. Se os desvios são necessários, a comparabilidade dos dados deve ser verificada. Certifique-se de que a SOP está totalmente documentado para cada análise.
2. Incluem amostras de solo de referência com propriedades semelhantes às amostras de solo coletadas no programa de monitorização em todos os lotes de análise para manter o controle de qualidade. Também incluem amostras de intercâmbio interlaboratorial ⁸ para determinar a comparabilidade dos dados com outros laboratórios.

6. As amostras de solo Arquivamento

1. Arquivar o solo que permanece após análises químicas para uso futuro. Selecione a massa de solo a ser guardado na base de (1) a quantidade de solo foi utilizado para o conjunto completo de medições, (2) o número previsto de vezes as amostras serão reanálise no futuro, e (3) a longo disponíveis espaço de armazenagem a longo prazo.
2. Com um marcador permanente, escreva as seguintes informações sobre um laço lata de tamanho apropriado (fio twistable ligado à bag para vedação) poli forrado saco de papel: (1) as informações de identificação da amostra incluindo horizonte ou incremento de profundidade, (2) tamanho da peneira (3), data de coleta, e (4) qualquer informação laboratorial necessárias, como número de série da amostra.
3. Pesar e registrar a massa do solo que está sendo arquivado para cada amostra e coloque no saco de tie estanho. Coloque o saco do laço estanho num saco de plástico de tamanho apropriado (Figura 6).

Figura 6:.. As amostras de solo embalados para arquivamento embalagem interna de amostras de solo arquivados Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Armazenar os sacos de armazenagem em recipientes de papelão configurados para a disposição de prateleiras (tal como o método mostrado na Figura 7. Rotular a caixa com informações sobre as amostras contidas dentro para permitir que amostras a ser localizada de forma eficiente. Mantenha sala de arquivo a uma temperatura estável.

Figura 7:.. Exampling ou arquivamento arquivado arquivamento eficiente de espaço de amostras de solo arquivados Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. armazenar informações sobre cada uma das amostras arquivadas em um banco de dados digital que é rotineiramente backup. Incluem (1) a identificação das amostras, (2) cada data em que a amostra foi analisada, (3) o laboratório, em que a amostra foi analisada, (4) as análises realizadas em cada data, (5) a massa da restante amostra (actualização isto cada vez que uma porção da amostra é removido para análise), e (6)o nome da instituição com a responsabilidade de custódia para as amostras arquivadas.

7. Verificação de consistência de Análises Químicas ao longo do tempo

1. Reanalisar um mínimo de doze amostras arquivadas de cada horizonte ou a profundidade do incremento, juntamente com as análises das amostras recém-colhidas.
2. Executar um teste t de cauda dois (ou classificação Mann-Whitney soma se a normalidade dos dados é refutada) para determinar se os resultados das análises químicas diferiram significativamente (P <0,10) entre a análise anterior e a reanálise atual.
   NOTA: Se se observa uma diferença significativa (ou uma polarização claro que não é estatisticamente significativa), então a relação entre os dados originais e os dados de reanálise deve ser avaliada. Se a maioria das variações ^(R2> 0,9) pode ser explicada por esta relação, em seguida, ela pode ser usada para ajustar os dados para remover polarização. No entanto, se o R ² <0,9, sendo o restante das amostras s arquivadoshould ser executado novamente para garantir que não existe nenhum desvio analítica quando comparando os dados a partir dos resultados de amostragem anteriores e nos resultados obtidos a partir das amostras recolhidas recentemente.

Representative Results

Os dados recolhidos no estudo de Lawrence et al. ⁹ pode ser usado para demonstrar o efeito de replicação de amostragem no poder estatístico para detectar mudanças em amostras horizonte Oa a partir de 12 poços em um abeto vermelho (Picea Rubens) floresta no leste da ME. Mais informações sobre este local de estudo (referido como Kossuth) está disponível em Lawrence et al. ^9. O solo (classificado como um Espodossolo) tinham um horizonte Oa relativamente fina (espessura média igualou 2,5 cm e 3,7 cm em 1992-93 e 2004, respectivamente), que cobriu um horizonte E com uma fronteira abrupta. Com um tamanho de amostra de 12, mudanças significativas (P <0,05) entre as amostras coletadas em 1992-93 e 2004 foram detectados em medições de pH, C orgânico e cálcio trocável (Ca), sódio (Na) e alumínio (Al), Considerando que não foi observada nenhuma mudança em relação ao magnésio permutável (Mg) (Tabela 1). Quando 8 das 12 amostras foram selecionados aleatoriamente para análise estatística, significdiferenças de formigas (P <0,001) foram observadas para permutáveis ​​Na e Al, e ao P <0,10 nível para orgânicos C. Com 4 de 12 amostras selecionadas aleatoriamente, diferenças significativas foram observadas apenas para o Al trocável e Na na P ≤ 0,05 .

Tabela 1: efeitos do tamanho de amostra Os resultados estatísticos do uso de tamanhos de amostra de 12, 8 e 4 para detectar diferenças significativas nas medições químicas de amostras de solo coletadas de 10 a 11 anos de diferença.. Os valores de P considerados estatisticamente significativos são apresentados em itálico vermelhas.

Dados de horizontes OA e os 10 cm superiores de horizontes B recolhidos nas bacias hidrográficas do Norte e do Sul afluente do Buck Creek (região Adirondack oeste de Nova York) fornecem exemplos do valor do solo arquivado na redução incerto quando Comparin G Data de diferentes períodos de tempo. Das 55 amostras coletadas, analisadas e arquivadas no período 1997-2000, 15 foram selecionados aleatoriamente para reanálise em 2013-14. Análises em ambos os períodos de tempo foram realizadas no laboratório da Água Science Center US Geological Pesquisa New York, Troy, NY, seguindo o mesmo SOP. Os valores de Ca trocável no original e re-análise de 15 amostras de Oa horizonte, não houve diferença (P> 0,10) para as concentrações de Ca trocáveis (Figura 8a). Conspirar contra o 1: Linha 1 também mostrou pouca ou nenhuma parcialidade e o valor R ² indicou pouca variação inexplicada. A falta de uma diferença entre dados e dados originais de reanálise após o armazenamento indica que nem os efeitos de viés nem armazenamento analíticos durante 14-16 anos causou diferenças erradas nos dados Ca. Nesta base, reanálise das 40 amostras adicionais Oa recolhidos em 1997-98 para as concentrações de Ca trocáveis ​​estava determinado a ser desnecessário.

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Figura 8: resultados Reanálise para Ca. A relação entre as medidas Ca trocáveis no horizonte Oa (a), e os 10 cm superiores do horizonte B (b), feitas no período 1997-2000 (análise original) e medições das amostras arquivadas reanalisados ​​em 2013-2014 (reanálise). O 1: Linha 1 é mostrada no gráfico. A equação representa a linha de melhor ajuste determinada por regressão linear. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Um resultado diferente foi obtido quando os solos arquivados foram reanalisados para Ca trocável no horizonte B (Figura 8b), também usando o mesmo SOP. Obteve-se uma diferença significativa (P <0,10) entre o 'oanálise riginal (média = 0,40 cmol _c / kg) e reanálise (média = 0,33 cmol _c / kg), embora a regressão linear mostrou uma relação linear altamente significativa entre os dois conjuntos de dados (p <0,001; r ² = 0,99). Com esta relação forte, o modelo de regressão foi usada para ajustar os valores originais das 40 amostras não reanálise para remover viés em relação às amostras recém-colhidos e analisados.

Uma mudança na SOP para determinar as concentrações de Al trocável resultaram em resultados divergentes entre a análise original em que o Al foi medida por titulação e ¹⁵ a reanálise em que o Al foi medido pelo plasma acoplado indutivamente (ICP) após Blume et ai. ^14. Comparação das medidas de Al trocável de 15 amostras Oa horizonte (Figura 9a) entre os valores originais (média = 11,5 cmol _c / kg) e reanálise (média = 7,8 cmol _c R2 = 0,96) e enviesamento significativo (P <0,05). Como foi feito para as concentrações de Ca B horizonte, o modelo de regressão foi utilizada para ajustar os valores originais das 40 amostras não reanálise para remover viés analítico.

Figura 9: resultados Reanálise para Al A relação entre as medidas de Al trocável no horizonte Oa (a), e os 10 cm superiores do horizonte B (b), feito em 1997-2000 (análise original) e as medições das amostras arquivadas. reanalisados ​​em 2013-2014 (reanálise). O 1: Linha 1 é mostrada no gráfico. A equação representa a linha de melhor ajuste determinada por regressão linear. Por favor clique aqui para ver uma vers maioresion desta figura.

dados originais e novamente analisadas para Al trocável no horizonte B também foram significativamente diferentes (P <0,001) e regressão linear indicaram uma relação significativa entre os dois conjuntos de dados (P <0,10). Em contraste com os dados Al Oa horizonte, a relação foi fraca (Figura 9b) e o modelo de regressão somente poderia ser responsável por uma pequena fracção da variabilidade (R ² = 0,23). Uma vez que o modelo não pode ser usado para remover a polarização, todas as amostras recolhidas e analisadas em 1997-2000 necessária para ser novamente analisadas com as amostras recolhidas recentemente.

Uma mudança no método de análise pode resultar numa tendência nos dados de modo de teste deve ser realizado para verificar se os dados são imparcial. Por exemplo, os resultados de solos minerais arquivados recolhidos no Turkey Lake Bacias Hidrográficas, Ontário, Canadá, em 1986 e novamente analisadas em 2005 ^{10 <}/ sup> são apresentados na Figura 10. A análise mostrou que os dois métodos produziram dados imparciais com pouca variabilidade inexplicada (Figura 10). A análise original foi feito usando o método de digestão úmida Walkley-Black e as amostras arquivadas foram analisadas pelo analisador de combustão. Neste caso, a comparação entre os resultados da análise de amostras e análise inicial demonstrou que arquivados os dados produzidos pelos dois métodos foram directamente comparáveis.

Os exemplos mostrados nas figuras 8-10 demonstram que a utilização de métodos de análise consistentes não elimina a possibilidade de dados imparciais, mas mostra também que uma mudança método não resulta necessariamente em viés. Estas conclusões enfatizam a importância de amostras arquivadas para reduzir a incerteza dos resultados por meio do controle de viés analítico.

Figura 10: resultados Reanálise para C. A relação entre as medidas de C orgânico de solos minerais feitas em 1986 (análise original) e medições de amostras arquivadas analisadas em 2005. A linha pontilhada é o 1: Linha 1; A linha sólida é a regressão linear que descreve a relação entre a análise inicial e arquivado. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Estudos que demonstraram o valor da monitorização do solo para detectar alterações do solo em locais individuais ou bacias hidrográficas estão crescendo, e, recentemente, a monitorização do solo tem sido aplicado para avaliar os efeitos da deposição ácida diminui em um grande estudo regional ^14. Em todos estes locais, a deposição ácida tinha diminuído ao longo das últimas três décadas,embora os níveis de deposição de ácidos e taxa de diminuição variou entre os sites. Um grande número de alterações foram identificados nesse estudo, que foram geralmente consistentes em toda a região grande estudo, durante períodos de tempo diferentes, usando diferentes modelos de reamostragem (Tabela 2). Ao ligar vários estudos de reamostragem, as respostas de solos florestais para mudanças em um dos principais motores do ambiente foram identificadas mais de uma região extensa (Figura 11). O estudo de Lawrence et al. ⁵ demonstraram que os resultados dos estudos de reamostragem solo com desenhos diferentes podem ser agregados para resolver grandes problemas regionais.

. Tabela 2: Exemplos de resultados de reamostragem Os valores médios (inicial - final) e os resultados dos testes (T-testes ou testes de Mann-Whitney) para diferenças entre as medidas iniciais e finais fou O, e horizontes B superiores para investigações do solo no nordeste dos Estados Unidos e Canadá Oriental (locais mostrado na Figura 11). Os valores de P> 0,10 são indicados como ns (não significativo). As análises com P <0,1 são mostradas em amarelo para indicar diferenças significativas observadas nestas medições para os sites localizados em todo o nordeste dos Estados Unidos e Canadá oriental. Caixas com linhas tracejadas indicam não haver dados. BB significa Urso Brook, ME; TMT meios locais que receberam BB adições experimentais de (NH _{4) 2} SO ₄ a cada ano. REF refere-se aos locais não tratados no BB. Alguns locais tinham diferentes unidades de estudo com base no tipo de floresta. CF significa carrinhos de coníferas do norte; HW hardwood norte fica; MF significa carrinhos de coníferas-hardwood mistos. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta tabela.

Figura 11. Mapa de sites de reamostragem Locais de investigações reamostragem solo no leste do Canadá eo nordeste dos Estados Unidos apresentados na Tabela 2. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Seleção dos quais horizontes ou incrementos de profundidade para provar é guiado pelos objectivos do monitoramento, mas é em última análise, depende das características do solo. A decisão de onde e como para provar o perfil é, portanto, um passo crítico na monitorização do solo. Por exemplo, o Espodossolo mostrado na Figura 12 tem um piso de floresta com um limite entre o OE (matéria orgânica moderadamente decomposto) e Oa (matéria orgânica humificada preto) que é abrupta e os dois horizontes são suficientemente espessas para que possam ser amostradas separadamente . Este perfil também tem um horizonte E bem definido, com uma fronteira abrupta separando o horizonte Oa orgânica do horizonte mineral E. Estes horizontes coloridos com limites abruptos permitir a coleta do mesmo material horizonte a ser constantemente repetido, tornando estes horizontes excelentes candidatos para a monitorização do solo. Se o limite entre as camadas de minerais e orgânicos não é claramente visto ou é gradual relative à espessura horizonte, a amostragem repetida de camadas directamente acima e abaixo desta interface, provavelmente, incluirá quantidades variáveis ​​de solo das camadas adjacentes. Esta característica acrescenta variação descontrolada e, portanto, tornar esses horizontes menos desejável uma amostragem repetida.

Em alguns casos, a amostragem por intervalo de profundidade pode proporcionar uma abordagem de amostragem coerente em solos onde certos horizontes são misturados ou misturados, se esta mistura é uma característica consistente dos solos a serem monitorizados. Na Figura 12, os 10 cm superiores do horizonte B tem um limite abrupta com o horizonte E, mas a variação de cor sugere a presença de Bh e Bhs horizontes que são misturados entre si. Nesta situação, a amostragem dos 10 cm superiores do horizonte B seria o método de recolha mais repetível. Esta abordagem tem sido bem sucedida no espodossolos tais como mostrado na Figura 12 ^7.

Figura 12:.. Perfil Espodossolo A Espodossolo horizonte da região de Adirondack de New York, mostrando o horizonte E distinta que separa o chão da floresta (Oa e Oe horizonte) do horizonte B Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

descrições perfil completo são extremamente úteis para reduzir a chance de viés de amostragem e interpretação dos dados, mas a recolha desta informação é demorado e poderia limitar o tempo disponível para a replicação de amostragem disponíveis, dependendo de recursos do projeto e tempo de campo disponíveis. Uma alternativa para descrições perfil completo de cada poço seria fazer uma descrição completa de um poço principal (com foto), então limitar descrições para poços replicar para medições da espessura do horizonte ao longo wom perfil fotografias. Esta informação seria suficiente para verificar que reamostragem foi feito no mesmo solo de uma maneira consistente com a amostragem prévia. Imagens de alta qualidade são extremamente valiosos para manter a consistência de amostragem quando reamostragem perfis para determinar mudanças químicas ao longo do tempo.

Avaliação do potencial de polarização de inconsistências de amostragem pode ser avaliada através de comparações de medições entre horizontes. Por exemplo, concentrações inferiores de carbono orgânico foram observados no horizonte Oa numa segunda amostra do que na amostra inicial realizado 10-12 anos antes ^9. Isso pode ter resultado de uma amostra pode ter sido recolhido viés mais do horizonte mineral E subjacentes na segunda amostragem do que na primeira amostragem. Isto reduziria a concentração de carbono orgânico, e, provavelmente, diminuir a concentração de Ca trocável, pois as concentrações E horizonte Ca no solo sendo estudados eram, pelo menos, uma ordem de magnitude menor em que no horizonte Oa. A falta de uma diminuição nas concentrações de Ca E-horizonte observados neste estudo fornece evidência para apoiar a interpretação que as concentrações de C orgânico inferiores na segunda amostragem não foram resultado de viés de amostragem. Este tipo de comparação entre os horizontes fornece informações valiosas para avaliar a consistência de amostragem. Portanto amostragem horizontes adicionais não especificamente necessários para os objetivos do projeto está garantido para ajudar a reduzir as incertezas dos resultados.

Reanálise de amostras de solo arquivados é uma prática fundamental na redução da incerteza. No entanto, o arquivamento dos solos requer recursos para gerenciar o espaço de arquivo e de armazenamento que pode ser difícil de adquirir em uma base permanente. Por conseguinte, a massa de solo arquivado deve ser utilizado judiciosamente. Re-análise de todas as amostras de solo arquivados para um estudo resampling particular é geralmente a abordagem mais eficaz para reduzir a análise de incerteza química, mas seletiva reanálise of arquivados amostras, sempre que possível, ajudará a conservar o solo insubstituível para usos futuros. Reanálise de todas as amostras arquivadas não deve ser feito a menos que necessário. Uma variedade de métodos para arquivar solo estão actualmente em utilização e têm mostrado ser eficazes. O método e os materiais recomendado neste artigo são baseadas na experiência de curadores do Museu do Estado de Nova Iorque, que descobriram que esse design de embalagens altamente eficiente de espaço protege a amostra, materiais facilmente rotulados resistentes à água inquebráveis, que são estáveis ​​durante muitas décadas.

Proteger amostras de solo arquivados é um passo fundamental na monitorização do solo, pois não só permite a consistência analítica entre amostragens, ele também oferece a oportunidade para análise futura com métodos que ainda não foram desenvolvidos. Além disso, as amostras arquivadas podem fornecer informações para abordar novas questões como eles vão, sem dúvida surgir no futuro. Tinha arquivado amostras de solo anterior a umachuva cid estado disponível, efeitos desta perturbação em solos teriam sido identificadas dentro de anos em vez de décadas após sua descoberta. Em vez disso, pré-ácido chemistry chuva solo permanece incerto como agora monitorar a recuperação de solos de declínio dos níveis de chuva ácida.

monitorização dos solos é um pouco limitado pelo espaço de tempo durante o qual a mudança pode ser detectada (geralmente 5 anos ou mais), e com uma dependência de amostragem destrutiva, a área de amostragem, para acompanhar os aumentos ao longo do tempo. No entanto, sem a monitorização do solo, alterações do solo deve ser inferida a partir de abordagens indirectas, como cronosseqüências (espaço para a substituição do tempo), balanços de massa de bacias hidrográficas, dendrochemistry, manipulações de curto prazo e modelagem. Estas abordagens fornecer estimativas grosseiras da mudança do solo, e todos requerem pressupostos que aumentam a incerteza que pode ser melhor reduzido através de medidas diretas de solo ao longo do tempo. Os procedimentos de amostragem do solo repetido também pode ser Aplicd para experimentos controlados de longo prazo de manipulação, como o divisor de águas experimento Ca-adição ao Experimental Forest Hubbard Brook, NH, com duração de mais de 12 anos ¹⁶ e o experimento em solo Calhoun, SC, de longo prazo com duração de mais de 50 anos ^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.