Summary
el muestreo de suelos repetida ha sido recientemente demostrado ser una manera eficaz de controlar el cambio de suelos forestales durante años y décadas. Para apoyar su uso, un protocolo se presenta que sintetiza la información más reciente sobre los métodos de remuestreo del suelo para ayudar en el diseño e implementación de programas de vigilancia del suelo exitosas.
Introduction
El desarrollo del suelo ha sido considerado tradicionalmente en términos de procesos que tienen lugar a lo largo de escalas de tiempo centenaria milenarias 1. El monitoreo de suelos que no habían sido perturbados por usos intensivos tales como la agricultura no se considera típicamente importante para cuestiones de política o de gestión en la escala de tiempo de años a décadas. Sin embargo, la investigación en suelos recientes han demostrado que importantes características químicas del suelo pueden cambiar en menos de una década, a menudo el resultado de grandes cambios ambientales impulsadas por las consecuencias de las actividades humanas como la contaminación atmosférica y el cambio climático 2. En el este de América del Norte, el muestreo de suelos repetida está proporcionando información valiosa sobre los efectos de la deposición ácida a través de los registros de cambio de suelo en los entornos forestales. En un esfuerzo para apoyar y coordinar este trabajo, se formó el suelo del noreste de Vigilancia Cooperativa (NESMC) en 2007 3. Este documento es parte del esfuerzo continuo de la NESMC a favorinformación vide que avanza el uso de muestreo de suelos repetida de los suelos forestales como una valiosa herramienta para el seguimiento de nuestro entorno cambiante.
Un muestreo repetido ha sido utilizado para evaluar los cambios de manipulaciones experimentales, pero el seguimiento a largo plazo de los suelos forestales en respuesta a los factores medioambientales es una práctica relativamente nueva que no está bien documentada en la literatura y sólo recientemente ha sido ampliamente aceptado por la comunidad científica. escepticismo pasado se debió en gran parte a la opinión de que la tasa de cambio del suelo era demasiado lento para detectar la presencia de la alta variabilidad espacial (horizontal y vertical) típica de los suelos forestales. Debido a que la colección de suelo es destructiva, remuestreo sólo puede realizarse cerca de la ubicación de muestreo original. Por lo tanto, la variabilidad espacial dentro del espacio de 3 dimensiones a partir del cual se recogen muestras debe cuantificarse correctamente para detectar cambios reales y evitar resultados que son un artefacto del método de recogida. Por otra parte, el proceso de toma de muestras de suelo y análisis químicos crea fuentes potenciales de inestabilidad de medición que pueden enmascarar los cambios o resultados sesgo 4. la inestabilidad de medición no puede ser eliminado por completo, pero puede ser suficientemente controlada con los protocolos adecuados para producir resultados con la incertidumbre mínima.
Diseño del estudio de monitorización del suelo
El monitoreo del suelo requiere que las muestras de suelo se recogen repetidamente durante un intervalo de tiempo definido por el investigador. Intervalos de tiempo más cortos disminuyen la cantidad de tiempo necesario para detectar un cambio estadísticamente, pero intervalos más largos proporcionan más oportunidades para cambios en el suelo que se produzca 4. Se recomienda un intervalo de remuestreo de 5 años para equilibrar estos dos factores, pero si el monitoreo se está haciendo para evaluar un controlador específico, el intervalo debe establecerse en función de la tasa de cambio esperado en el que el conductor-2. monitoreo exitoso de los suelos forestales también requierenEs que una unidad de estudio se define dentro de un área de terreno boscoso que se ha seleccionado para la vigilancia del suelo. Un muestreo repetido en varias ubicaciones dentro de la unidad de estudio se utiliza para determinar si el suelo de esa unidad estudio específico ha cambiado con el tiempo. unidades de estudio adicionales se pueden seleccionar, pero cada uno se analizaron estadísticamente por separado para evaluar si se han producido cambios en el suelo. Resultados estadísticos de múltiples unidades de estudio a continuación, se pueden agrupar con el propósito de análisis regional, como se demuestra en Lawrence et al. 5. El tipo y tamaño de la unidad de estudio dependerán de las preguntas formuladas y monitoreo siendo las siguientes consideraciones de diseño del estudio. El muestreo del suelo dentro de la unidad de estudio se puede hacer en lugares al azar o en una rejilla para obtener muestras repetidas siempre que el muestreo se realiza en lugares suficientes para caracterizar la variabilidad areal de la unidad de estudio sin sesgo 4. Una unidad de estudio se encuentra dentro de un mismo tipo de paisaje en lo que respecta a las características such como pendiente, laderas, aspecto, la vegetación, material parental y el drenaje tenderá a tener menos variabilidad de área de una unidad de estudio que abarca más de un tipo de paisaje. Se necesita evitar el sesgo de muestreo en cada colección para permitir que los valores de los pozos de la muestra en una cualquiera de colección para ser estadísticamente en comparación con los valores obtenidos en colecciones anteriores y futuras. A medida que el tamaño de la unidad de estudio aumenta, la variabilidad de área dentro de la unidad de estudio también puede aumentar de factores como la vegetación o de pendiente cambios. Si posibles causas de variación como éstas se convierten englobados dentro de la unidad de estudio, serán necesarias otras ubicaciones de muestreo para caracterizar la posible variabilidad en los suelos que se pueden producir. Por lo tanto, el tamaño de la unidad de estudio necesita ser determinado por el investigador basado en la variabilidad de la área que está siendo considerado y los recursos del proyecto disponibles para esfuerzos de muestreo y remuestreo.
Un criterio clave que se debe tener en cuentaed en la localización de la unidad de estudio es el potencial para futuras alteraciones sitio no deseados. Debe haber algún nivel de certeza de que las condiciones del sitio seguirán siendo adecuado para los objetivos del monitoreo definidos para varias décadas o más. Por ejemplo, una unidad de estudio con el objetivo único de los efectos del cambio climático monitoreo debe estar ubicado en un área donde la tala no ocurrirá en un futuro previsible.
La metodología descrita en este documento cubre el muestreo de una unidad de estudio individual. unidades de estudio pueden replicarse dentro de un tipo de paisaje o unidades de estudio pueden ser añadidos para caracterizar tipos de paisajes adicionales en función de los objetivos y el alcance del estudio, incluyendo si el estudio implica una manipulación experimental. Un ejemplo de un diseño de vigilancia del suelo se ilustra en la Figura 1. Dentro de la zona de interés (región de Adirondack occidental), seis unidades de estudio han sido localizados. En este caso, cada unidad de estudio se cuadriculada en 25 de igual tamañoparcelas. Cada parcela debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar un espacio adecuado para la excavación a cielo. En terreno de secano boscosa del noreste de Estados Unidos y el este de Canadá, un espacio adecuado para excavar un pozo a una profundidad de 1,2 m por lo general se pueden encontrar dentro de un área de 10 m por 10 m. Por lo tanto, en nuestro ejemplo, la superficie total de la unidad de estudio es igual a 1,0 ha. Cada vez que la unidad de estudio se muestrea, un número seleccionado de parcelas son seleccionados al azar para el muestreo. Si cinco parcelas de reproducción son seleccionados al azar para el muestreo en un intervalo de cinco años, la unidad de estudio podría ser monitoreado durante 25 años. El área requerida para excavar un pozo y muestra variará entre los paisajes y debe tomarse en consideración en el diseño de la muestra.
El grado de replicación dentro de una unidad de estudio y la frecuencia de muestreo repetido variará dependiendo de las características de la unidad de estudio, las preguntas formuladas y la naturaleza de las perturbaciones que se anticipan. Con base en estudios de remuestreo del suelo que tienendetectado cambios con las mediciones de uso común en los suelos forestales, se recomienda un intervalo de remuestreo de 5 años y un mínimo de 5 puntos de muestreo replicarse dentro de cada unidad de estudio. La disminución de la frecuencia de remuestreo y el aumento de muestreo de la replicación fortalecerá la capacidad de detectar cambios.
Figura 1: Ejemplo de diseño de estudio Un diseño de estudio remuestreo generalizada.. Tenga en cuenta que la unidad de estudio se encuentra para evitar las zonas de ribera de dos canales de la corriente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Recogida de muestras de suelo - Antecedentes
La colección de muestras de suelo se debe hacer durante la temporada, cuando los suelos tienden a ser seco, lo que ocurre con mayor frecuencia enla última parte de la temporada de crecimiento. Por remuestreo en este momento, la consistencia se consigue también con respecto a plantar fenología, una posible influencia de las condiciones químicas del suelo. El muestreo se debe evitar durante o inmediatamente después de fuertes lluvias o cuando los suelos son excesivamente húmedo. Al menos una ubicación dentro de la unidad de estudio debe ser descrito y documentado siguiendo el USDA Service Conservación de Recursos Naturales (NRCS) Cuaderno de campo para los suelos de Describiendo 6, u otros protocolos apropiados si un sistema de clasificación del suelo utilizado fuera de los EE.UU. El protocolo de campo que se proporciona en este documento sigue el sistema y la clasificación de Estados Unidos requiere una copia del libro de campo del NRCS para la descripción de suelos en el campo. El muestreo debería tener una formación y experiencia que describe y toma de muestras del tipo de suelo se está supervisando antes de implementar los protocolos de monitoreo de suelos.
de recogida de residuos se puede hacer en una variedad de formas, pero el uso de una técnica repetible es crucialpara el seguimiento del cambio del suelo. La metodología de campo debe ser registrada en un procedimiento operativo estándar (SOP). Los cambios en los procedimientos de recolección entre muestreos deben ser evitados, pero cuando esto no es posible, todos los datos deben estar documentados.
Las pruebas también se debe hacer para evaluar el potencial de sesgo causado por los cambios de procedimiento. El muestreo puede realizarse por el horizonte, donde (1) límites pueden ser claramente identificados en el campo y (2) los horizontes son lo suficientemente gruesa para eliminar la suciedad sin contaminación de horizontes encima o por debajo. Si no se cumplen estos criterios, el muestreo por intervalo de profundidad se puede hacer. En cualquier toma de muestras, especial cuidado se debe tomar para evitar la mezcla de suelo del horizonte orgánico rico en superficie (por lo general O o A) con el horizonte mineral más alta (por lo general B o E). En algunos suelos, cambios en la textura y el color son fácilmente visibles a través de la interfaz orgánico-mineral, mientras que en otros suelos cambios de color pueden ser mínimos cambios texturales de modo que reflejen diferencias en la concentración de carbón orgánico (C) deben ser invocados para identificar la localización de la interfaz. La determinación de esta interfaz de cambios de textura puede ser difícil, incluso para los científicos del suelo experimentados. Verificación de la interfaz orgánico mineral se puede hacer con análisis de laboratorio de la concentración de carbono (horizonte orgánico se define por la concentración de carbono orgánico> 20% 7). En algunos suelos, el horizonte O puede ser inferior a 1 cm de espesor y puede ser demasiado fina para tomar muestras. El muestreo por tanto horizonte y la profundidad dentro de la misma perfil del suelo puede ser eficaz en el tratamiento de variaciones en la distinción de espesores de horizontes dentro de dicho perfil. Los horizontes o profundidades a muestrear también dependerá de los objetivos del programa de monitoreo. Cambios en el suelo en capas más cercanas a la superficie se han identificado con mayor frecuencia que en las capas más profundas, pero incluyendo horizontes más profundos o intervalos de profundidad pueden proporcionar información que es útil para reducir la incertidumbre de los resultados. Por ejemplo, en un muestreo inicial, un suelo glaciar, fuertemente lixiviado por deposición ácida, mostró saturación de bases a ser mínima en el horizonte B superior luego aumentar con la profundidad. En un muestreo repetido, este modelo también debería ocurrir incluso si las concentraciones de capas individuales cambian. Si un patrón diferente se observa en la toma de muestras repetida, existe una fuerte posibilidad de que los dos muestreos no se realizaron en el suelo comparable. Idealmente, la muestra debe ser recogida sobre el espesor del horizonte completo. Sin embargo, en horizontes excesivamente gruesas integración vertical de recogida de muestras puede ser difícil en todo el espesor. En esta situación, las muestras de igual volumen pueden ser recogidos a intervalos igualmente espaciados desde la parte inferior a la parte superior del horizonte. Si el muestreo no se realiza a través del espesor del horizonte completo, registre el intervalo de profundidad de muestreo dentro de ese horizonte.
Procesamiento de muestras de suelo y análisis - Antecedentes
el pproceso en que la eliminación de una muestra de suelo a partir del perfil altera que muestra cortando las raíces, y causando cambios en los factores tales como la temperatura, la humedad, oxígeno y otros gases de concentraciones. Por lo tanto, algunas medidas se deben realizar de forma rápida y sin la capacidad de conservar la muestra, lo que dificulta su uso en los programas de seguimiento a largo plazo. Sin embargo, para las mediciones más comunes físicas y químicas tales como la textura, densidad aparente, C total y nitrógeno (N), y las concentraciones del total y metales intercambiables, secado al aire, la muestra después de la recogida proporciona un método relativamente constante para la estabilización de la química antes del análisis . En casi todos los casos, las mediciones del suelo se definen operacionalmente, que refleja tanto las condiciones del suelo in situ, y las consecuencias de la obtención de muestras, preparación y análisis empleado. Los artefactos se reducen al mínimo mediante la selección de los mejores métodos para los objetivos del programa, y la consistencia en la metodología a través del tiempo. Una vez seco, más c ambios en la muestra de suelo se reducen al mínimo, y con la mayor parte de la humedad que se elimina, la muestra puede ser tamizados para romper los terrones y eliminar los fragmentos de piedra y raíces. Estos pasos permiten la muestra que se homogeneizó antes de submuestreo para el análisis químico. Al igual que la consistencia de los métodos de recolección y procesamiento de la muestra debe mantenerse a través del tiempo, el potencial de sesgo del análisis químico también debe ser controlada. Documentación del procedimiento operativo estándar (SOP) para el análisis químico utilizado cada vez que las muestras se recogen y analizan es esencial, y lo ideal, el mismo SOP se utiliza para todas las colecciones de muestras. El éxito del análisis químico debe ser verificado con un programa de garantía de calidad que implica el uso de internos muestras de referencia y el intercambio de muestras entre laboratorios, así como los procedimientos de control interno de la calidad estándar. Para obtener información sobre la comparabilidad de los métodos de análisis químicos de uso común ver Ross et al. 8.
ntent "> Cuando remuestreo se realiza durante cinco a intervalos de diez años, algunos cambios son propensos a ocurrir en uno o más aspectos del análisis químico tal como el SOP, instrumentos de laboratorio, personal de laboratorio, o el laboratorio haciendo el análisis. Estos factores crear la posibilidad de un sesgo analítica entre las colecciones. para controlar el sesgo analítico, las partes no utilizadas de las muestras de cada colección deben ser archivados para su uso futuro. las muestras de la colección anterior pueden ser analizados con las muestras recién recogidas, y mediante la comparación de los datos, las posibilidad de sesgo analítico puede ser abordados. Este enfoque se basa en la suposición de que los cambios químicos no se producen en la muestra archivados durante el periodo de almacenamiento. la pérdida por ignición y las concentraciones de bases intercambiables, al intercambiable, C total y N total han demostrado ser estables en diversos estudios que se han extendido hasta 30 años 9-11. Sin embargo, el almacenamiento de los suelos secados al aire se ha demostrado que disminuye el pH del sueloProtocol
1. Estudio de Selección de la unidad y Descripción
- Localizar una zona boscosa con las características deseadas para el monitoreo. Establecer los límites de la unidad de estudio dentro de esta área, asegurándose de que (1) la unidad de estudio es representativo del área a monitorizar, y (2) que el área es lo suficientemente grande para acomodar el muestreo y resamplings prevista, pero no tan grande que son necesarios una cantidad excesiva de pozos replicados para representar la variabilidad dentro de la unidad.
- Anote la ubicación de la unidad de estudio con una unidad de sistema de posicionamiento global (GPS). Registre el centro y las esquinas si la unidad de estudio es rectangular, o en el centro y los extremos de los diámetros perpendiculares si la unidad de estudio es circular. sitio escrito Record coordenadas en un formulario de campo, además de almacenar electrónicamente en la unidad de GPS. Si permisible, marcar lugares clave con monumentos permanentes, como una barra de hierro.
- Grabar la pendiente en la horca de marcación o algún otro marcador en el ojo level en el centro de la unidad de estudio y en el extremo más bajo de elevación sitio de estudio. Medir la pendiente con un clinómetro a partir de (1) el borde elevación más alta de la unidad de estudio al centro de la unidad de estudio (pendiente hacia arriba), y (2) del centro de la unidad de estudio hasta el borde más bajo (pendiente abajo). Registre la lectura de la brújula largo de la dirección (orientación de la pendiente) cuesta abajo desde el borde predominante elevación más alta de la unidad de estudio.
- Registrar la posición de la pendiente como la cumbre, el hombro, backslope, footslope o toeslope si el área de estudio se encuentra en una ladera, o llanura si la unidad de estudio se encuentra en un área de bajo relieve. Ver páginas 1-7 y 1-10 en Shoeneberger et al. 6 para verificar la identificación de la posición de la pendiente.
- Identificar las especies de vegetación dominante por estratos verticales. Por ejemplo, registrar las especies de hierbas dominantes en el sotobosque por debajo de 1 m, las especies de árboles jóvenes dominantes más alto que 1 m, pero no alcanzan el dosel, y la especie arbórea dominante en el dosel (los que llegan a la parte superior of dosel). ¿Cómo definir los estratos dependerá del tipo de bosque que se está trabajando. Tome una foto digital del sotobosque desde el borde elevación más baja de la unidad de estudio que analiza la pendiente ascendente y hacia el borde de elevación más alta mirando pendiente abajo.
- Seleccione las ubicaciones para pozos, evitando superficies de tierras que son de menor importancia dentro de la unidad de estudio seleccionado, y por lo tanto no son representativos de la unidad de estudio. También evite las superficies de tierra donde los métodos de muestreo no son posibles debido a la humedad perenne, rocas excesivas en o cerca de la superficie o la excesiva densidad de árboles, o de una condición que es contraria a los objetivos del proyecto de vigilancia del suelo.
2. Perfil de excavación y Descripción
- Yacía a cabo una lona (aproximadamente 10 pies por 12 pies o 3,1 m por 3,7 m) adyacentes a la ubicación en un pozo es ser excavados. Elija uno de los lados de la fosa planificada (lado cuesta arriba si es posible) para protegerlo de la contaminación durante el pisoteo y diggi hoyong cubriendo con una bolsa de basura de plástico o algo similar (Figura 2). Este lado se utilizará entonces para la descripción del perfil y de muestreo.
Figura 2:.. Completado pozo de excavación excavación del suelo a cielo que muestra el suelo mineral eliminado y suelo del bosque intacto en una lona para minimizar la perturbación sitio, junto con agujas de grabado horizontes en la cara a cielo Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Empezar a excavar el pozo quitando el suelo del bosque (O horizonte) con la pala. Si es posible, mantenga el suelo del bosque intacto y en donde no se mezcla con el suelo mineral se quita de la fosa. Excavar el hoyo con el menor tamaño posible (por lo general alrededor de 0,5 t o 1 m 2) hasta alcanzar la profundidad deseada determinada por el diseño de monitoreo.
- Preparar una cara hoyo vertical para la descripción y el muestreo por raspado suavemente hacia abajo con una pala de mano para eliminar cualquier tierra suelta resultante de la excavación. Podar raíces con snippers mano cuando sea necesario.
NOTA: Si las rocas o raíces excesivas se oponen a la tala de una cara en boxes para la descripción y toma de muestras, o alcanzar la profundidad deseada, puede necesitar ser ampliado un poco el pozo. - Record (en un cuaderno de campo o un dispositivo de grabación electrónica) cualquier observación del agua que se filtra en el pozo de una cara fosa o el fondo de la fosa.
- evaluar visualmente la cara hoyo de arriba a abajo por las diferencias en el color, la textura y estructura. Eliminar pequeñas cantidades de la parte diferente del suelo y el lugar al lado del otro en un trozo de papel blanco (tal como la parte de atrás de la forma de campo) para ayudar en la identificación de límites de horizontes, como se muestra en la Figura 3.
Figura 3:. Técnica de extracción de la muestra técnica utilizada para eliminar la suciedad de la cara fosa. También se muestran las muestras de diferentes colores retirados de la cara hoyo, alineados, con el fin de ayudar a identificar los límites de horizontes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4:.. Ejemplo de expresión horizonte Un perfil de suelo con límites de horizontes que tienen clases de distinción de abrupta topografía o clara y que sea lisa u ondulada Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figure.
Figura 5: Ejemplo de expresión horizonte Un perfil de suelo con límites de horizontes que tienen clases de distinción clara de la topografía o gradual y que es ondulada o irregular.. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Registrar las denominaciones horizonte siguientes páginas 2-2 a 2-5 del libro NRCS El campo 6.
- Marcos límites horizonte con pasadores en forma de T u objetos similares (Figuras 2, 4, 5). Tome una foto digital del perfil con marcadores horizonte y una cinta en su lugar muestra escala.
- Medir y registrar la profundidad de la parte superior e inferior de cada horizonte con una cinta métrica con respecto a la interfaz entre la superficie de aire y el suelo. Registre la clase de distinción y código topográfico de los límites de cada horizonte siguientes páginas 2-6 a 2-7 del libro NRCS El campo 6.
- Registre el color de cada horizonte mediante el Munsell Soil Color Book siguientes páginas 2-8 a 2-11 del libro NRCS El campo 6.
- Para cada horizonte, registrar la clase de textura (páginas 2-36 a 2-37), el tipo de estructura (páginas 2-52 a 2-54), e inspeccionar visualmente la cara hoyo para hacer una estimación aproximada de la cantidad de rocas (como por ciento en volumen) siguiendo las instrucciones del libro NRCS el campo 6. También para cada horizonte, indican si las raíces finas (<2 mm de diámetro) son abundantes, común, pocos o ninguno.
Colección 3. Muestra
- Seleccionar los horizontes y / o profundidades para el muestreo basado en el diseño y los requisitos de estudio.
NOTA: Recoge por el horizonte si: (1) Los límites pueden ser claramente identificados en el campo, y (2) los horizontes son lo suficientemente gruesa para extraer por loil sin contaminación de horizontes anteriores o siguientes. Recoger por intervalo de profundidad si: (1) límites de horizontes son demasiado delgadas para muestrear, o (2) límites de horizontes son irregulares y o roto. - Recoger el suelo de los horizontes seleccionados o intervalos de profundidad, comenzando con la muestra más profundo y trabajando hacia arriba. Para extraer la muestra de la cara hoyo, insertar la paleta de jardinería cerca de la parte inferior de la capa que está siendo muestreada. A continuación se introduce una paleta plana por encima de la paleta de jardinería para aflojar el suelo de manera que se puede quitar con la llana inferior (Figura 3).
NOTA: La masa de suelo recogida debe ser igual a la masa total requerida por el producto químico planeado analiza más la masa necesaria para el archivado (análisis de al menos cuatro completa adicional). - Colocar las muestras en bolsas de plástico herméticos y muestras de doble bolsa si los suelos son pedregosos. Tanto para el muestreo y la profundidad del horizonte, recoger del suelo sobre la anchura de la cara pozo donde el horizonte se puede muestrear (es decir,donde el horizonte es lo suficientemente gruesa como para tomar muestras y rocas y raíces no se producen).
- Etiquetar la bolsa de muestra con la unidad de estudio, fecha, identificación del hoyo, horizonte o la profundidad de intervalo, y el nombre del muestreador.
- Una vez que se ha completado el muestreo, rellenar el hoyo con el suelo mineral y fragmentos gruesos. Colocar suelo del bosque en la parte superior del suelo mineral, manteniendo el material orgánico lo más intacta posible. Registrar la ubicación de la fosa con respecto al monumento unidad de estudio (distancia y de aspecto).
- Excavar pozos adicionales dentro de la unidad de estudio para proporcionar la replicación se pide en el diseño de la muestra. En cada hoyo, siga los pasos 2.1 a 2.8, y si se requieren descripciones del perfil en todos los pozos, también siga los pasos 2-9 a 2-11. A continuación, recoger las muestras siguientes pasos 3.1 a 3.5.
4. Procesamiento de la muestra
- Dentro de las 24 horas de la recolección, se vierte muestras de entre las bolsas de plástico en los moldes que faciliten el secado al aire de las muestras. Aire dry aproximadamente a temperatura ambiente en un lugar seguro donde esté protegida de los contaminantes transportados por el aire, como el polvo. Mezclar las muestras en las cacerolas cada pocos días, dependiendo de la humedad. Inspeccionar cada muestra para la evidencia visual y táctil de la sequedad para determinar si el aire de secado está casi terminada.
- Verificar la finalización de secado al aire, pesando submuestras (aproximadamente 5 g) a partir de varias muestras (un mínimo de 3). A continuación, secada al horno estas submuestras de 24 horas (suelo orgánico a 60 ° C; suelo mineral a 105 ° C), y se vuelve a pesar. Calcular la masa de la humedad perdida a través de secado como un porcentaje de la masa total (suelo más humedad) antes del secado.
- Después de 2 días, repita el paso 4.2 y comparar la humedad perdida desde el primer horno de secado, a la que se pierde en el segundo horno de secado. Si la humedad perdida en cada horno de secado está dentro de 2 por ciento, el suelo se puede considerar secaron al aire. Una vez secado al aire se ha completado, colocar las muestras en bolsas de plástico que se pueden sellar después de expulsar todo el aireposible.
- Para eliminar fragmentos gruesos y raíces, tamizar toda tierra recogida. Pasar las muestras orgánicas a través de un tamiz con una abertura de aproximadamente 4-6 mm; pasar muestras de suelo minerales a través de un tamiz con una abertura de 2 mm. tamizado adicional a través de aberturas más pequeñas puede ser necesario para los análisis químicos específicos. Para remuestreo, asegúrese de que el procedimiento de tamizado coincide con la del muestreo anterior.
PRECAUCIÓN: Gente que hace el tamizado deben ser protegidos de la inhalación de polvo, ya sea por tamizado en una campana de extracción o el uso de un Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) aprobado para partículas N95 respirador de pieza facial filtrante.
5. Análisis Químicos
- Elegir los métodos de análisis químicos que son consistentes con los utilizados en los suelos forestales similares, tales como los de Ross et al. 8. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos Métodos de suelo manual 14 también ofrece un compendio de métodosque siguen siendo de uso común para el análisis de los suelos forestales. Si las desviaciones son necesarias, la comparabilidad de los datos debe ser verificada. Asegúrese de que el SOP está totalmente documentado para cada análisis.
- Incluir muestras de suelo de referencia con propiedades similares a las muestras de suelo recogidas en el programa de vigilancia en todos los lotes de análisis para mantener el control de calidad. También incluyen muestras de laboratorio intercambios inter 8 para determinar la comparabilidad de datos con otros laboratorios.
6. Las muestras de suelo de archivado
- Archivar el suelo que queda después de los análisis químicos para uso futuro. Seleccione la masa de suelo que se guarda en la base de (1) la cantidad de suelo se utilizó para toda la serie de mediciones, (2) el número esperado de veces que las muestras se volvieron a analizar en el futuro, y (3) a largo disponibles espacio de almacenamiento a largo plazo.
- Con un marcador permanente, escriba la siguiente información en un lazo de estaño de tamaño adecuado (que puede ser girada de alambre unido a la bag de poli sellado) alineado bolsa de papel: (1) la información de identificación de la muestra incluyendo horizonte o incremento de profundidad, (2) el tamaño del tamiz, (3) Fecha de recogida, y (4) cualquier información de laboratorio necesarios, tales como el número de serie de la muestra.
- Pesar y registrar la masa de la tierra que se está archivada para cada muestra y colocar en la bolsa de lazo estaño. Coloque la bolsa de estaño empate en una bolsa de plástico de tamaño adecuado (Figura 6).
Figura 6:.. Las muestras de suelo envasados para el archivado de embalaje interno de muestras de suelo archivados Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Almacenar las bolsas en recipientes de almacenamiento de cartón configurados para la estantería (disponible como el método mostrado en Figura 7. Etiqueta de la caja con información sobre las muestras contenidas dentro para permitir que las muestras que se encuentra de manera eficiente. Mantenga la sala de archivos a una temperatura estable.
Figura 7:.. Exampling o estanterías archivado estanterías espacio-eficiente de muestras de suelo archivados Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- almacenar información sobre cada muestra archivados en una base de datos digital que está respaldado rutinaria. Incluyen: (1) identificación de la muestra, (2) cada fecha en la que se analizó la muestra, (3) el laboratorio en el que se analizó la muestra, (4) los análisis realizados en cada fecha, (5) la masa de la muestra restante (actualización esto cada vez que una parte de la muestra se quita para el análisis), y (6)el nombre de la institución con la responsabilidad de la custodia de las muestras archivadas.
7. Verificación de consistencia de Análisis Químicos a Través del Tiempo
- Volver a analizar un mínimo de doce muestras archivadas de cada horizonte o la profundidad de la subasta junto con los análisis de las muestras recién recogidas.
- Ejecutar una prueba t de dos colas (o rangos de Mann-Whitney suma de prueba si normalidad de los datos se refutada) para determinar si los resultados de análisis químicos diferían significativamente (P <0,10) entre el análisis anterior y el nuevo análisis actual.
NOTA: Si se observa una diferencia significativa (o un sesgo claro que no es estadísticamente significativo), entonces la relación entre los datos originales y los datos de reanálisis debe ser evaluado. Si la mayor parte de la variabilidad (R 2> 0,9) puede ser explicado por esta relación, entonces se puede utilizar para ajustar los datos para eliminar el sesgo. Sin embargo, si el R 2 <0,9, el resto de las muestras s archivadoshould volver a efectuarse para asegurarse de que no hay sesgo analítico al comparar los datos de los resultados de las muestras anteriores y los resultados obtenidos de las muestras recién recogidas.
Representative Results
Los datos recogidos en el estudio de Lawrence et al. 9 se pueden utilizar para demostrar el efecto de la replicación de muestreo en el poder estadístico para detectar cambios en las muestras horizonte Oa de 12 hoyos en un bosque de abeto rojo (Picea rubens) en el este de ME. Más información sobre este sitio de estudio (en adelante, Kossuth) está disponible en Lawrence et al. 9. El suelo (clasificado como un Spodosol) tenía un horizonte Oa relativamente delgada (espesor medio igualó 2,5 cm y 3,7 cm en 1992-93 y 2004, respectivamente) que se superpone un horizonte E con un límite abrupto. Con un tamaño de muestra de 12, los cambios significativos (P <0,05) entre las muestras recogidas en 1992-93 y 2004 se detectaron en las mediciones de pH, carbono orgánico, y calcio intercambiables (Ca), sodio (Na) y el aluminio (Al), mientras que se observó ningún cambio para el magnesio intercambiable (Mg) (Tabla 1). Cuando 8 de las 12 muestras fueron seleccionados al azar para el análisis estadístico, significhormiga diferencias (P <0,001) se observaron para Na intercambiable y Al, y al P <0,10 para el nivel C. orgánica con 4 de 12 muestras seleccionadas al azar, las diferencias significativas se observaron solamente para el Al intercambiable y Na en la categoría P ≤ 0,05 .
Tabla 1: Tamaño de la muestra efectos Resultados estadísticos del uso de tamaños de muestra de 12, 8 y 4 para detectar diferencias significativas en las mediciones químicas de muestras de suelo recogidas de 10 a 11 años de diferencia.. Los valores de p considerados estadísticamente significativos se muestran en cursiva de color rojo.
Datos de horizontes OA y los 10 cm superiores del horizonte B recogidos en las cuencas del Norte y del Sur afluente del Buck Creek (región occidental de Adirondack de Nueva York) proporcionan ejemplos del valor del suelo archivado en la reducción de la incertidumbre cuando Comparin g datos de diferentes períodos de tiempo. De las 55 muestras recogidas, analizadas y archivadas en 1997-2000, 15 fueron seleccionados al azar para reanálisis en 2013-14. Los análisis en ambos períodos de tiempo se realizaron en el laboratorio del Centro de Ciencias del Agua US Geological Survey Nueva York, Troy, Nueva York, siguiendo el mismo SOP. Los valores de Ca intercambiable en el original y nuevo análisis de 15 muestras de Oa horizonte no mostraron diferencias (P> 0,10) para las concentraciones de Ca de cambio (Figura 8A). Conspirar contra la línea 1: 1 también mostraron poco o ningún sesgo y el valor R2 indican poca variación no explicada. La falta de una diferencia entre los datos y los datos originales de reanálisis después de almacenamiento indica que ni los análisis de polarización ni de almacenamiento de efectos durante 14-16 años causados diferencias erróneos en los datos Ca. Sobre esta base, el reanálisis de las 40 muestras adicionales Oa recogidos en 1997-98 para las concentraciones de Ca intercambiable se determinó que era innecesario.
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Figura 8: Resultados de reanálisis para Ca. La relación entre las mediciones de Ca de cambio en el horizonte Oa (a), y los 10 cm superiores del horizonte B (b), realizadas en 1997-2000 (análisis original) y las mediciones de las muestras archivadas volver a analizar en 2013-2014 (reanálisis). La línea 1: 1 se muestra en la parcela. La ecuación representa la línea de mejor ajuste determinado por regresión lineal. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Se obtuvo un resultado diferente cuando los suelos archivados se volvieron a analizar para el Ca intercambiable en horizontes B (Figura 8b), también utilizando el mismo SOP. Se obtuvo una diferencia significativa (P <0,10) entre la oEl análisis del riginal (media = 0,40 cmol c / kg) y reanálisis (media = 0,33 cmol c / kg), a pesar de regresión lineal mostró una relación lineal altamente significativa entre los dos conjuntos de datos (P <0,001; R 2 = 0,99). Con esta fuerte relación, se utilizó el modelo de regresión para ajustar los valores originales de las 40 muestras no volvió a analizar para eliminar el sesgo con respecto a las muestras recién recogidos y analizados.
Un cambio en el SOP para la determinación de las concentraciones de Al intercambiable dio lugar a diferentes resultados entre el análisis original en la que Al se midió mediante valoración 15 y el reanálisis en la que Al se midió por plasma acoplado inductivamente (ICP) después de Blume et al. 14. La comparación de las mediciones de Al intercambiable de 15 muestras Oa del horizonte (figura 9a) entre los valores originales (media = 11,5 cmol c / kg) y reanálisis (media = 7,8 cmol c R2 = 0,96) y el sesgo significativo (P <0,05). Tal como se hizo para el horizonte B concentraciones de Ca, se utilizó el modelo de regresión para ajustar los valores originales de las 40 muestras no se volvió a analizar para eliminar el sesgo analítico.
Figura 9: Resultados de reanálisis para Al La relación entre las mediciones de Al intercambiable en el horizonte Oa (a), y los 10 cm superiores del horizonte B (b), hecho en 1997-2000 (análisis original) y las mediciones de las muestras archivadas. volver a analizar en 2013-2014 (reanálisis). La línea 1: 1 se muestra en la parcela. La ecuación representa la línea de mejor ajuste determinado por regresión lineal. Por favor, haga clic aquí para conocer el vers más grandesión de esta figura.
Los datos originales y volver a analizar para el Al intercambiable en el horizonte B también fueron significativamente diferentes (P <0,001) y la regresión lineal indicaron una relación significativa entre los dos conjuntos de datos (P <0,10). En contraste con los datos de horizonte Oa Al, la relación era débil (Figura 9b) y el modelo de regresión sólo podía dar cuenta de una pequeña fracción de la variabilidad (R 2 = 0,23). Debido a que el modelo no podría ser utilizado para eliminar el sesgo, todas las muestras recogidas y analizadas en 1997-2000 necesario que se volvieron a analizar con las muestras recientemente recogidas.
Un cambio en el método de análisis puede dar lugar a un sesgo en los datos para las pruebas deben realizarse para verificar que los datos son imparciales. Por ejemplo, los resultados de los suelos minerales archivados recogen en la Cuenca del Lago de Turquía, Ontario, Canadá, en 1986 y en 2005 volvieron a analizar 10 </ sup> se presenta en la Figura 10. El análisis mostró que los dos métodos producen datos imparciales con poca variabilidad no explicada (Figura 10). El análisis original se realizó utilizando el método de digestión húmeda de Walkley-Negro y las muestras archivadas fueron analizados por el analizador de combustión. En este caso, la comparación entre los resultados de los análisis y análisis de muestras archivadas originales demostró que los datos producidos por los dos métodos eran directamente comparables.
Los ejemplos mostrados en las figuras 8-10 demuestran que el uso de métodos de análisis coherentes no elimina la posibilidad de datos imparciales, pero también muestra que un cambio método no hace resultado necesario en sesgo. Estas conclusiones hacen hincapié en la importancia de las muestras archivadas para reducir la incertidumbre de los resultados mediante el control de sesgo analítico.
Figura 10: Resultados de reanálisis de C. La relación entre las mediciones de C orgánico de los suelos minerales hechas en 1986 (análisis original) y mediciones de muestras archivadas analizados en 2005. La línea de puntos es la línea 1: 1; la línea continua es la regresión lineal que describe la relación entre el análisis inicial y archivado. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los estudios que han demostrado el valor de seguimiento del suelo para detectar cambios en el suelo en sitios individuales o cuencas están creciendo, y recientemente, la vigilancia del suelo se ha aplicado para evaluar los efectos de la deposición ácida disminuye en un gran estudio regional 14. En todos estos sitios, la deposición ácida había disminuido durante las últimas tres décadas,aunque los niveles de deposición de ácidos y velocidad de disminución varió entre los sitios. Se identificó un gran número de cambios en ese estudio, que fueron en general consistentes a través de la gran región de estudio, durante períodos de tiempo diferentes, usando diferentes diseños de remuestreo (Tabla 2). Mediante la vinculación de múltiples estudios de remuestreo, se identificaron las respuestas de los suelos forestales a los cambios en un controlador ambiental importante a través de una extensa región (Figura 11). El estudio de Lawrence et al. 5 demuestra que los resultados de los estudios de remuestreo del suelo con diferentes diseños se pueden agregar para hacer frente a grandes problemas regionales.
. Tabla 2: Ejemplos de resultados de remuestreo los valores medios (inicial - final) y los resultados de las pruebas (pruebas t o pruebas de Mann-Whitney) para las diferencias entre las mediciones iniciales y finales fu O, y los horizontes B superiores para las investigaciones del suelo en el este de Canadá y el noreste de los Estados Unidos (ubicaciones que se muestran en la Figura 11). Los valores de p> 0,10 se indican como ns (no significativo). Los análisis con P <0,1 se muestran en amarillo para indicar diferencias significativas observadas en estas mediciones para los sitios ubicados en todo el noreste de Estados Unidos y el este de Canadá. Las cajas con líneas discontinuas indican que no hay datos. BB significa oso Brook, ME; TMT significa BB sitios que recibieron adiciones experimentales de (NH 4) 2 SO 4 al año. REF refiere a los sitios no tratados en BB. Algunos sitios tenían diferentes unidades de estudio basado en el tipo de bosque. CF significa gradas de coníferas del norte; HW madera norte se encuentra; MF significa resinosas-madera mixtos. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta tabla.
Discussion
Selección de los cuales horizontes o incrementos de profundidad para tomar muestras se guía por los objetivos de la supervisión, pero en última instancia, depende de las características del suelo. Por lo tanto, la decisión de dónde y cómo muestrear el perfil es un paso crítico en la observación de los suelos. Por ejemplo, el Spodosol muestra en la Figura 12 tiene un suelo del bosque con un límite entre la Oe (materia orgánica moderadamente descompuesto) y OA (negro materia orgánica humificada) que es abrupta y los dos horizontes son suficientemente gruesas para que puedan tomarse muestras por separado . Este perfil también tiene un horizonte E bien definida, con un límite abrupto que separa el horizonte Oa orgánica del horizonte mineral E. Estos horizontes de colores con límites abruptos permiten obtener el mismo material horizonte que se repite constantemente, haciendo que estos horizontes excelentes candidatos para la vigilancia del suelo. Si el límite entre las capas minerales y orgánicos no se ve claramente o es gradual relative al espesor horizonte, el muestreo repetido de capas directamente sobre y debajo de esta interfaz probablemente incluirá cantidades variables de suelo de las capas adyacentes. Esta característica añade la variación incontrolada y por lo tanto hacer que estos horizontes menos deseable para el muestreo repetido.
En algunos casos, el muestreo por intervalo de profundidad puede proporcionar un método de muestreo consistente en suelos donde ciertos horizontes se mezclan o entremezclan, si esta mezcla es una característica constante de los suelos se está supervisando. En la Figura 12, los 10 cm superiores del horizonte B tiene un límite brusco con el horizonte E, pero la variación de color sugiere la presencia de Bh y Bhs horizontes que se entremezclan. En esta situación, el muestreo de los 10 cm superiores del horizonte B sería el método de recogida más repetible. Este enfoque ha demostrado ser exitoso en Spodosoles tales como se muestra en la Figura 12 7.
Figura 12:.. Un perfil Spodosol Spodosol horizonte de la región de Adirondack de Nueva York que muestra el horizonte E distintivo que separa el suelo del bosque (Oa y Oe horizonte) desde el horizonte B Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
descripciones perfil completo son extremadamente útiles en la reducción de la probabilidad de sesgo de muestreo e interpretación de los datos, pero la recopilación de esta información es mucho tiempo y podrían limitar el tiempo disponible para la replicación de muestreo disponible, dependiendo de los recursos del proyecto y el tiempo de campo disponible. Una alternativa a las descripciones de los perfiles completos de cada hoyo sería hacer una descripción completa de un pozo principal (con foto), a continuación, limitar las descripciones de los pozos replicados a las mediciones de espesor a lo largo del horizonte wITH perfil de fotografías. Esta información sería suficiente para verificar que remuestreo se hizo en el mismo suelo en una forma compatible con el muestreo previo. Imágenes de alta calidad son sumamente valiosos para mantener la coherencia de muestreo cuando remuestreo perfiles para determinar los cambios químicos en el tiempo.
Evaluación del potencial de sesgo de muestreo inconsistencias puede ser evaluado a través de la comparación de las mediciones entre los horizontes. Por ejemplo, se observaron concentraciones más bajas de carbono orgánico en el horizonte Oa en una segunda toma de muestras que en el muestreo inicial llevada a cabo a principios de 10-12 años 9. Esto podría ser el resultado de una muestra de sesgo más del horizonte subyacente mineral E puede haberse recogido en la segunda toma de muestras que en el primer muestreo. Esto reduciría la concentración de carbono orgánico, y es probable que reducir la concentración de Ca de cambio porque las concentraciones E horizonte Ca en el suelo que está siendo estudiados fueron al menos un orden de Magnitude más bajo en el horizonte que en Oa. La falta de una disminución en las concentraciones de E-horizonte Ca observados en este estudio proporciona evidencia que apoya la interpretación de que las concentraciones más bajas de C orgánico en el segundo muestreo no eran un resultado de un sesgo de muestreo. Este tipo de comparación entre los horizontes proporciona información valiosa para evaluar la consistencia de muestreo. Por lo tanto horizontes de muestreo adicionales no necesarios específicamente para los objetivos del proyecto está garantizado para ayudar a reducir la incertidumbre en los resultados.
El nuevo análisis de muestras de suelo archivados, es una práctica clave en la reducción de la incertidumbre. Sin embargo, el archivo de los suelos requiere recursos para gestionar el espacio de archivo y almacenamiento que puede ser difícil de adquirir en forma permanente. Por lo tanto, la masa de suelo archivado debe utilizarse juiciosamente. Volver a analizar todas las muestras de suelo archivados para un estudio nuevo muestreo particular, suele ser el enfoque más eficaz para reducir la incertidumbre análisis químico, sino selectiva o reanálisisf archivada muestras, siempre que sea posible, ayudará a conservar el suelo insustituible para usos futuros. El nuevo análisis de todas las muestras archivadas no se debe hacer menos que sea necesario. Una variedad de métodos para archivar suelo están actualmente en uso y se han demostrado ser eficaces. El método y los materiales recomendados en este artículo se basan en la experiencia de los curadores del Museo del Estado de Nueva York, que han encontrado que este diseño de envases altamente eficiente con el espacio protege la muestra en,, materiales fácilmente etiquetados resistente al agua irrompibles, que son estables durante muchas décadas.
La protección de las muestras de suelo archivados es un paso clave en la vigilancia del suelo, ya que no sólo permite la consistencia analítica entre muestreos, sino que también proporciona la oportunidad para el análisis futuro con métodos que aún no se han desarrollado. Por otra parte, las muestras archivadas pueden proporcionar información para hacer frente a nuevas preguntas a medida que sin duda surgirán en el futuro. Había archivado muestras de suelo anteriores a unalluvia cid estado disponible, los efectos de esta perturbación sobre los suelos se han identificado dentro de unos años en lugar de décadas después de su descubrimiento. En su lugar, la química del suelo lluvia pre-ácido sigue siendo incierto ya que ahora controlar la recuperación de los suelos de la disminución de los niveles de lluvia ácida.
El monitoreo del suelo es un poco limitado por el plazo de tiempo durante el cual el cambio se puede detectar (por lo general de 5 años o más), y con una dependencia de muestreo destructivo, la zona de muestreo necesarios para el seguimiento aumenta con el tiempo. Sin embargo, sin la vigilancia del suelo, cambios en el suelo deben ser inferidas a partir de los enfoques indirectos, tales como cronosecuencias (espacio para la sustitución del tiempo), los balances de masa de las cuencas hidrográficas, de bosque,, manipulaciones a corto plazo y el modelado. Estos enfoques proporcionan estimaciones gruesas de cambio del suelo, y todos requieren supuestos que aumentan la incertidumbre que puede ser mejor reducirse a través de medidas directas de suelo a través del tiempo. Los procedimientos de muestreo de suelos repetida también se pueden Apld para experimentos controlados a largo plazo de manipulación, tales como la cuenca del experimento Ca-Además en el Bosque Experimental de Hubbard Brook, Nueva Hampshire, con una duración de más de 12 años el 16 y el Calhoun, Carolina del Sur, el experimento del suelo a largo plazo que dura más de 50 años 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. | |||
References
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