Summary
토양 침식과 증 착의 공간 패턴 지상 해발 고도 적절 한 시간 간격에 매핑된 차이에서 유추 될 수 있습니다. 상승에서 이러한 변화는 표면 근처 토양 탄산염에 변화 관련이 있습니다. 이러한 수량 및 데이터 분석 방법의 현장 및 실험실 측정 반복 방법 여기 설명 되어 있습니다.
Abstract
토양 침식과 증 착의 공간 패턴 지상 해발 고도 적절 한 시간 간격에 매핑된 차이에서 유추 될 수 있습니다. 상승에서 이러한 변화는 표면 근처 토양 탄산 (CaCO3) 프로필에 변경 관련이 있습니다. 목적은 간단한 개념적 모델 및 반복 필드 및 이러한 수량의 실험실 측정에 대 한 상세한 프로토콜을 설명 하는 것 이다. 여기, 정확한 고도 지상 기반 차동 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS);를 사용 하 여 측정 다른 데이터 수집 방법 동일한 기본적인 방법에 적용할 수 있습니다. 토양 샘플 깊이 간격으로 처방 하 고 무기 탄소 농도의 정량 분석에 대 한 효율적이 고 정확한 수정된 압력 calcimeter 메서드를 사용 하 여 실험실에서 분석에서 수집 됩니다. 표준 통계적 방법 데이터를 가리키도록 적용 되 고 대표적인 결과 표시 토양 표면 레이어에 CaCO3 변경 및 변경 사이의 중요 한 상관 관계 상승에 개념적 모델;와 일치 일반적으로 CaCO3 depositional 지역에서 감소 하 고 erosional 지역에서 증가 했다. 지도 해발 고도 및 토양 분석을 돕기 위해 CaCO3 포인트 측정에서 파생 됩니다. 연구 사이트, 밀 경작 스트립, 교류에 있는 밀 비가 먹이 필드에서 erosional depositional 패턴의 지도 물과 바람 침식 관리와 지형에 의해 영향을의 상호 작용 효과 보여줍니다. 다른 샘플링 방법 및 깊이 간격 논의 이며 CaCO3토양 토양 침식과 증 착 관련 된 미래의 일에 대 한 권장.
Introduction
토양 침식 농업 토지의 지속 가능성을 위협 한다. 통상 tilled 밀-휴 경지 자르기 회전 등 관리, 작물, 경작 기간 동안 벌 거 벗은 토양은 바람과 물의 힘1,2, 에 더 취약으로 침식 및 증 착 프로세스를 가속화할 수 있습니다 3 , 4 , 5 (그림 1). 이러한 프로세스는 분명 될 수도, 그들은 계량 하기 어려울 수 있습니다.
이 연구의 목적은 먼저 측정 및 침식의 공간 패턴을 설명 하는 효율적인 방법을 제공 하 고 증 착 분야에서 글로벌 포지셔닝 시스템 (GPS) 기술 및 지리 정보 시스템 (GIS) 매핑 도구를 사용 하 여 확장. 표면 근처 토양 탄산염 (CaCO3) 이러한 패턴에 관한 간단한 개념적 모델 또한 제시 하 고 소정의 필드와 실험실 방법에 의해 테스트. 이러한 관계는 침식과 증 착, GPS 메서드의 결과 유효성을 검사 하는 동안의 간접 측정을 제공 합니다. 현재 종이 Sherrod 외에 사용 하는 방법을 강조 합니다. 그들은 반복 될 수, 일부 또는 전체를 다른 위치6에 유사한 연구를.
그림 1입니다. (A) 침식 및 호우 이벤트 다음 연구 사이트에 증 착 (b)의 사진. 사진 (b)의 오른쪽 아래 모서리에 트랙터 타이어 트랙 밀/휴 경지 스트립 테두리에 증 착의 깊이 나타냅니다.
다양 한 직접 토양 침식을 측정 하기 위한 방법 Stroosnijder7에 의해 검토 되었다. 제안 된 방법 측정 목적, 사용할 수 있는 리소스와 다르지만 "표면 고도에 변화" 방법 hillslope 규모에 권장 되 고 침식 및 증 착 측정의 이점을 제공 한다. 한 가지 방법은이 메서드를 적용 하는 토양에서 핀을 설치 하 여 핀7의 위쪽을 기준으로 토양의 높이 변화를 모니터링입니다. 그러나 토지 측량 기술 발전,이 노동 집약 방법은 대체 될 수 있다, 지상 레이저 스캐닝 (TLS)8,9,,1011 등의 다른 방법을 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16, 공 수 레이저 스캐닝 (ALS)17,,1819,20,21, GPS6,22, 고급 사진23 ,24또는 이러한 기법25,,2627의 조합. 레이저 동안 고밀도 표면 고 각 데이터 집합의 가장 신속한 수집 제공 스캔, 일반적으로 LiDAR (빛 탐지 및 배열), 라고, 정정 해야 한다 식물 등 서 개체를 제거. 그러나 밀리미터 수준 수직 정밀도, TLS 작은 고 각 변화를 검색할 수 있습니다 Perroy 외. 권장된 ALS gulley 침식에 대 한 TLS 통한 큰 스캔 풋프린트와 더 나은 악기 방향 (적은 지형 숨김) 깊이 베인된 gullies28에 검색에 대 한 견적. 실시간 운동학 GPS (RTKGPS), 데이터 후 처리 없이 센티미터 수준 정밀도 제공 하는이 연구에 사용 됩니다. 공간 해상도 RTKGPS 수집 데이터의 정밀도 농업 분야 또는 실질적인 지표와 다른 환경에 지배적인 erosional depositional 기능 감지 적합 합니다.
CO의 방출의 결과로 닫힌된 시스템에서 산 성 토양의 반응에 의존 하는 토양 CaCO3 를 측정 하는 압력 calcimeter 방법2. 일정 한 온도에서 반응 용기 내의 압력에 있는 증가 토양 CaCO329양의 선형 상관 된다. Sherrod 외에 의해 설명 하는 전통적인 압력-calcimeter 방법 수정., 혈 청 병에 반응 배를 변화와 압력 변화 의 검출을 위한 디지털 전압계에 연결 된 압력 트랜스듀서를 사용 하 여 포함 30. 이러한 수정 낮은 탐지 한계에 대 한 허용 하 고 매일 토양 샘플에 대 한 높은 용량에서 실행 됩니다. 중량 측정 또는 간단한 titrimetric 방법을 토양 CaCO3 측정에 대 한 더 큰 오류 생산과 이것 보다 탐지 한계 압력 calcimeter 메서드30수정.
개념적 모델
부식과 공 술 서의 직접적인 측정 가능 하지 않습니다, 이러한 프로세스의 간접 표시기를 사용할 수 있습니다. Sherrod 외. 반건조 기후에 토양 표면 층 CaCO3 농도 반대로 (긍정적으로 침식, 증 착 부정적인 상관 상관) 지상 표면 고도에 변화 연관 가설6. 가설, 광범위 하 게 적용 해야 하지만 특정 관계 사이트 조건 (토양, 식물, 관리 및 기후)에 따라 달라 집니다. 토양 테스트 사이트 (표 1)에 일반적으로 고유 석 레이어를 포함할 토양 표면의 밑에 15-20 cm. 개념적으로, 침식 토양 표면에 높은 CaCO3 가까이의이 석 층을 떠나 상대적으로 낮은 CaCO3 농도의 표면 레이어를 제거 합니다. 낮은 CaCO3 토양 토양 표면 (그림 2) 아래 깊이 묻혀 있을 석탄 층을 일으키는 depositional 영역에 다음 수송 된다. 적절 한 깊이 간격 시간이 지남에 이러한 토양 샘플링, CaCO3 농도,이 모델에 의해 침식 또는 증 착 (또는 둘 다)을 유추 될 수 있습니다.
| 토양 시리즈 | 슬로프 | 분류학 분류 | 깊이 | pH | EC | 총 N | SOC | CaCO3 |
표 1입니다. 테스트 사이트에서 토양. 매핑 단위 및 평균 토양 pH, 전기 전도도 (EC), 총 N, 토양 유기 C (SOC), 그리고 2012 년에서에 0-15-15-30 cm 깊이 증가 CaCO3 농도 스콧에 대 한 필드와 분류학 분류, 토양 (Sherrod 에서에서 동부 표준시 알.) 6.
그림 2입니다. 개념적 토양 프로필. (A) CaCO3 정적 토양 매트릭스에 대 한 개념적 토양 프로필 표면 층에서 걸러 고 깊은 층, 표면 층의 (b) 적당 한 침식 및 (c) 적당 한 증 착 재료의 침전 이전 표면 레이어 위에. 깊이 간격 (왼쪽)는 대략적인 사이트 데이터 (Sherrod 외.)에 따라 6. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
사이트 설명 및 역사
109-하 스콧 필드 북동 콜로라도 (40.61oN, 104.84oW, 그림 3)에서 드레이 크 농장의 일부 이며이 연구에 대 한 2012 년 2001에서 모니터링 했습니다. 평균 연례 강 수와 evapotranspiration이 반건조 기후, 짧은 기간 및 높은 강도의 대류 비가 있던 일반적인 여름 동안에 대략 350 및 1200 m m, 각각, 했다. 고유 가로 위치와이 기복 지형에 1588 m 1559에서 고도 범위: 정상, 깊이가 북쪽 방향 (측면-NF), 깊이가 남 향 (사이드-SF), 및 toeslope (그림 4b). 모든 다른 스트립은 약 14 개월에서 24 개월 회전 주기 마다 경작을 번갈아 스트립 (~ 120 m 폭) 일반적으로이 rainfed 밀 경작 회전에서 관리 했다. 얕은 경작 (~ 7 cm), 일반적으로 v-블레이드 스윕, 4 ~ 6 배 잡 초 방제에 대 한 유휴 기간을 통해가 발생 했습니다. 사이트에서 토양을 토양 손실 허용 오차, 또는 11 밀리 그램의 T 값, 하-1 년-1,이 T 값 아래 침식 속도 지속적인된 농업 생산4 에 적합 하 게 간주 됩니다 분류 했다 .
그림 3입니다. 사이트 위치, 미국 콜로라도의 지형 구호 이미지 (1011 4401 m)에 표시 됩니다. 사이트의 평균 해발 1577 m 이다입니다.
그림 4입니다. 토양 지도 및 스콧 필드의 땅 표면 상승. (a) 지점 토양 샘플 위치 및 농작물 관리를 표시 하는 스콧 필드의 토양 지도 제거 합니다. 토양 단위 약어: 1 Wagonwheel 명 0-2 개 % 경사, 2 = Wagonwheel 옥 토 2-5% 사면, 3 = 콜 비 옥 토 5-9% 경사, 4 = 김 잘 모래 옥 토 2-5% 기울기, 5 = = 김 잘 모래 옥 토 5-9% 경사; 그리고 (b) 땅 표면 상승 바탕 2001 5 m 그리드 디지털 고도 모델 (DEM), 토양 샘플 위치 (Sherrod 외.)에서 토지 분류 하 여 표시 하는 필드 6.
첫 번째 지상 표면 상승 설문 조사 사이트에 대 한 디지털 고도 모델 (DEM)을 생산 하기 위해 2001 년에 RTKGPS에 의해 수집 되었다. 함께 McCutcheon 외 알., 집중 토양 샘플 (그림 4a) 또한 2001 년에 수행 되었다, 어떤 표면에서 토양3 수정된 압력 calcimeter 메서드30,31에 의해 분석 되었다 CaCO . 시각적으로 분명 침식과 증 착 발생 이후 10 년 동안 바람, 인 주로 북 서, 및 강 우-결선에서 이벤트 메시지가 두 번째 RTKGPS 상승 조사 2009 년 (2010 년에 완료 하는 필드의 일부). DEM의 차이 지도32 를 통해 원래 2001 DEM 새로운 DEM의 비교 상당한 침식 및 증 착, (그림 5) 이러한 프로세스에 대 한 여러 제어 요소를 제안 하는 패턴을 표시 확인. 사이트 및 역사적 토양 CaCO3 데이터에서 상당한 표면 토양 재배포를 감안할 때, 2001 토양 샘플 반복 되었다 hydropedological 프로세스6, 개념적 모델을 테스트 하는 2012 년에 이전 섹션에 설명 된 대로.
그림 5입니다. 변경의 지도 (2001-2009 *) 땅 표면 상승 (Δz) 북동 콜로라도에 스콧 필드 내에서 5 m 눈금에. 작물 스트립 숫자는 번갈아 겨울-밀-휴 경지 자르기 시스템 표시 및섹션 A-A' (세부 사항 그림 11에) 표시 됩니다. * 지구 2, 4, 6, 8 (Sherrod 외.)에서 2009 DEM 완료 2010 년 조사 6. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Protocol
1. 땅 표면 고도 데이터 수집
- GPS 사이트
- 에 대 한 교정
- 찾기 또는 설문 조사 사이트 RTKGPS 데이터 수집을 위해 기지국 GPS로 사용 하기에 안전한 장소에 안정 기준 설정.
- 기지국 위치 (즉, WAAS 정정 GPS 위치)에 대 한 좌표의 제일 근사를 사용 하 여이 지역의 벤치 마크에서 RTKGPS 데이터 컬렉션에 대 한 베이스 스테이션 설정.
- 로버 GPS와 무선 통신의 한계 내에서 RTKGPS (약 10 km 반경)과 레코드 위치 적어도 3 개의 수평 및 수직 컨트롤 포인트 벤치 마크 방문.
참고: 국가 Geodetic 설문 조사에 의해 설명 하는 벤치 마크 검색된 온라인 33 수 있으며 여기에서 사용 했다. - RTKGPS 필드 소프트웨어를 사용 하 여 한 사이트 교정 34, 베이스 스테이션으로 사용할 로컬 벤치 마크의 좌표에 대 한 해결을 수행 하려면 컨트롤 포인트의 측정 및 게시 된 좌표를 감안할 때. 제어 포인트 좌표 오차 (수평 및 수직) 쾌활 한도 (± 0.02 m m이이 교정에 대 한) 내에서 확인 합니다.
- GPS 데이터 수집 포인트
- 약는 5 m 수평 간격 설문 조사 전체에서 GPS 데이터 수집기로 기지국 GPS 현지 벤치 마크에 설정 하 고 로컬 사이트 교정 및 필드 소프트웨어를 사용 하 여 기록 RTKGPS 위치 데이터 지역입니다.
- 지상 측정된 고정된 높이에서 로버 GPS 안테나를 장착 하 여 효율적으로 데이터를 수집 차량에 표면 및 영역 ( 그림 6)을 통해 transects 운전.
- 차량 방법 정의 만들려고 끝점 transect 병렬 transects 간격된 5m 떨어져. 가져오기의 탐색을 위한 GPS 데이터 수집기에 끝점 transect transects 운전 하는 동안. 약 5 m s -1에 대 한 모든 5 m. 포인트 데이터를 가져올에서 transects 운전 하는 동안 한 번 초당 데이터 수집기와 함께 포인트를 자동으로 수집
- 반복 지점 데이터 컬렉션 사이트에서 위에서 설명한에 나중 (8 ~ 9 년 후이 연구에에서) 땅 표면 고도 변화를 분석할 수 있도록, 원래 GPS 사이트 교정 모든 설문 조사에 사용 되 고 반복 되지 않습니다.
- 약는 5 m 수평 간격 설문 조사 전체에서 GPS 데이터 수집기로 기지국 GPS 현지 벤치 마크에 설정 하 고 로컬 사이트 교정 및 필드 소프트웨어를 사용 하 여 기록 RTKGPS 위치 데이터 지역입니다.
그림 6. RTKGPS 상승 표면 데이터 컬렉션. RTKGPS 고도 표면 데이터 실시간 GPS 수정 제공한 현장 기지국 (b) 통해는 필드 (a), 유틸리티 차량 운전 하는 동안 수집 됩니다.
2. DEM 생성 및 처리
- 가져오기 데모를 만드는 GIS 소프트웨어에 데이터를 위치와 5 m 격자 DEM. 사용 하 여 GIS 소프트웨어 보간, 크로스 확인 보간된 상승 하 고 각 측정된 지점 이러한 교차 유효성 검사 오류를 최소화 하는 보간 방법을 선택 하 고 값.
참고: 일반 kriging 가우스 semivariogram 모델은이 사이트에서 고도 데이터에 대 한 최적의 보간 방법입니다. 교차 유효성 검사 조사 방법 35 상승 정확도의 측정을 제공 합니다. - 2.1.1 DEM. 두 번째를 만들 위치 데이터의 두 번째 집합에 대 한 반복
- 가져오기 데모를 만드는 GIS 소프트웨어에 데이터를 위치와 5 m 격자 DEM. 사용 하 여 GIS 소프트웨어 보간, 크로스 확인 보간된 상승 하 고 각 측정된 지점 이러한 교차 유효성 검사 오류를 최소화 하는 보간 방법을 선택 하 고 값.
- DEM 매핑 변경
- 원래 DEM DEM 변화 ( 그림 5), 상승의 음수 값 변경의 래스터 지도 만들에서 가장 최근의 DEM 빼기 GIS, 래스터 계산기 도구를 사용 하 대표 침식 및 양수 증 착을 나타냅니다.
- 토지 분류
- 계산 토지 표면 지형 특성 (슬로프, 측면, 지역 기여) 첫 번째 그리드 DEM DEM 프로세싱 소프트웨어를 사용 하 여.
- 분류 정상, 깊이가, 또는 toeslope 기울기와 각 DEM 격자 셀의 기여 영역에 따라 영역을 땅.
참고: 정상 낮은 슬로프에 의해 표시 되 고 지역 기여 낮은. Sideslopes 높은 슬로프에 의해 표시 되 고 지역 기여 중간. Toeslopes 낮은 슬로프와 높은 기여 영역으로 표시 됩니다. 기울기와 이러한 분류를 정의 하는 영역 값 기여 사이트에 땅 표면 지형에 따라 달라 집니다 및 질적으로 특정 사이트에 대 한 각 분류 영역의 원하는 표현을 제공 하기로. - 두 가지 지배적인 측면, 북쪽와이 사이트에서 남쪽 방향으로 깊이가 영역 분할.
3. 토양 샘플링
- 샘플 계획
- 참조
- 토양 샘플 위치를 계획 하는 GIS에 있는 지도. 위치를 적절 하 게 모든 가로 위치를 나타내는 숫자를 선택 하십시오.
- 업로드 샘플 위치 좌표 GPS 데이터 수집기 샘플 사이트 필드에 있을 수 있습니다 있도록.
- CaCO 3 변화를 캡처하기 위해 샘플 깊이 증가의 결정을 가이드 하는 사이트에서 토양의 사용 사전 지식. 미리 샘플 위치와 깊이 증가 나타내는 sealable 비닐 봉투 라벨.
- 필드 샘플링
- 기계와 탐색에 대 한 RTKGPS 로버 안테나 유선 유압 토양을 갖춘 유틸리티 차량 샘플 사이트 드라이브.
- 사용 토양 기계를 유선 및 원하는 토양 코어 직경 (이 연구에서 5.1 c m), 대 한 관 각 샘플 위치 ( 그림 7)에서 토양 코어 추출.
참고: 코어 토양 코어 깊이 뿐 아니라 각 위치에서 추출이 연구에서 다양 한 증가의 수입니다. 2001 년에 90 cm의 깊이에 싱글 코어 촬영 되었고 30 cm 간격으로 분할. 2012, 두 개의 토양 코어 (해당 2001 샘플의 1 m) 이내 30 cm의 깊이 촬영 되었고 분석을 위해 집계 되 고 두 개의 코어와 15 cm 단위로 나누어. 2012 방법은 것이 좋습니다. - 기록 RTKGPS 각 샘플 위치에서 (x, y, z) 데이터 위치.
- 토양 코어 원하는 깊이 증가에 및 사전 이라는 sealable 비닐 봉지로 전송 잘라내어 다음 실험실으로 다시 전송에 대 한 쿨러에.
- 상당한 침식 또는 증 착 후 필드 샘플링 (11 년이이 연구에서 샘플 사이) 일어났다 반복.
그림 7. 토양 샘플링. 토양 샘플 위치는 GPS 기반 유틸리티 차량 장착 유압 토양 기계는 (a)을 유선을 토양 코어 수 추출 (b) 원하는 깊이 증가에 분할을 사용 하 여 탐색.
- 위치 데이터 처리
- 고도에
- 측정값 차이 각 토양 샘플 위치 두 샘플 날짜 (2001 년과 2012 년에이 연구에서 198 위치) 사이 기록.
참고: 2001에 대 한 고도에서 찍은 2001 DEM 포인트도 토양 샘플링 시간에 기록 되지 않은 이후. 상승에 긍정적인 변화 > 0.05 m d 간주 됩니다고 각에 있는 부정적인 변화 하면서 epositional 사이트 <-0.05 m erosional 사이트 간주 됩니다. - 정상, 북쪽 깊이가, 남 향 깊이가, 또는 toeslope DEM 처리에 따라 각 샘플 위치 분류 (프로토콜 2.3.2 참조); 단일 위치에서 분류 기울기와 기여 영역 기준에 의해 정의 된 대로 수 있습니다 주변 포인트의 지배적인 분류에 맞게 재분류.
- GIS 소프트웨어 분석 (관리 스트립 및 토양 매핑 단위) 사용 다른 공간 데이터 레이어를 샘플 위치를 할당 하려면 도구 사용 공간 합류.
- 측정값 차이 각 토양 샘플 위치 두 샘플 날짜 (2001 년과 2012 년에이 연구에서 198 위치) 사이 기록.
4. 토양 분석
- 토양 샘플 준비
- 실험실 오븐에서 60 ° C에서 필드에서 토양 샘플을 하룻밤 건조.
- 전동된 그 라인 더 또는 박격포 및 방 앗 공이 사용 하 여 2 mm 체를 통과 하 오븐 건조 토양 갈기.
- 압력 Calcimeter 장치 설정 수정
- 압력 트랜스듀서를 연결 하 여 수정 된 압력-calcimeter 장치 ( 그림 8) 설정 (0-105 kPa 범위, 0.03-5 V DC 출력) 전원 공급 장치에 14 게이지 와이어와 변환기의 출력을 모니터링 하는 라인에 유선 디지털 전압계.
- 9.5 m m ID 튜빙 압력 변환기의 기지에 연결 하 고 압력 변환기에 도달에서 어떤 역류를 수집을 중간에 입자 필터 (0.6 µ m) 18 게이지 Luer 잠금 피하 주사에 튜브를 연결.
- 압력 트랜스듀서 ( 그림 9)에 연결 된 반응 용기로 사용 혈 청 병. 물으로 금속 스푼 일로 약 5 mL을 추가 하 여 사용 하는 혈 청 병의 크기를 결정 있다 높은 CaCO 3 농도 피펫으로 1 mL 0.5 N H 2의 너무 하는 토양이이 토양에 4 고 비등.
- 비등 높은 경우에, 다음 15% CaCO 3 농도 보다 큰 가정 및 반응 용기로 100 mL 혈 청 병을 사용 하 여, 그렇지 않으면 20 mL 혈 청 병을 사용 하 여.
- 압력 트랜스듀서를 연결 하 여 수정 된 압력-calcimeter 장치 ( 그림 8) 설정 (0-105 kPa 범위, 0.03-5 V DC 출력) 전원 공급 장치에 14 게이지 와이어와 변환기의 출력을 모니터링 하는 라인에 유선 디지털 전압계.
그림 8. 압력 calcimeter 장치 수정. 수정 된 압력-calcimeter 장치를 사용 하 여 혈 청 병 반응 배 및 전압 미터 유선 압력 트랜스듀서 (Sherrod 외.)에서 신호를 출력 30.
그림 9. 수정 된 압력-calcimeter 방법에 대 한 반응 용기. 수정 된 압력-calcimeter 방법에 대 한 반응 배는 0.5 드람 유리병 2 mL 산 성 시 약 및 1 g 토양 샘플을 포함 하는 혈 청 병.
- 탄산염 측정
- 장소는 준비의 1 g subsample (프로토콜 4.1 참조) 이라는 반응 용기에 토양. 50% CaCO 3 보다 큰 포함 된 토양, 토양의 0.5 g만 사용.
- 피펫으로 2 mL 산의 시 약 (6 N HCI 포함 된 3% FeCL 2 O 4 H 2 O) 0.5 g 유리 유리병에. 배치 유리병 반응 용기에 부드럽게 솔루션 내용 측면 위치에 거의 반응 배를 기울이기에 의해 밖으로 유출 하지 않습니다.
- 토양 샘플 기울이면 산 유리병을 포함 하는 반응 배를 유지 하면서 회색 부 틸 고무 마 개를 밀봉 하 고 알루미늄 바다 표범 어업 반지와 방해. 산 성 토양의 완전 한 혼합을 막으려고 소용돌이 모션
- 쉐이크 반응 용기. 실험실 벤치에 반응 배를 배치 하 고 적어도 2 시간에 대 한 진행 하는 반응
- 완료 반응 배를 기다리는 동안 토양 샘플 ( 그림 10)로 동일한 반응 용기 설치를 사용 하 여 알려진된 CaCO 3 농도의 전압을 측정 하 여 표준 곡선을 결정. 100% 혼합 유리 구슬 또는 모래를 만드는 무게 백분율 기준 CaCO 3 CaCO 3 없이 빈 샘플 CaCO 3 알려진 농도. 포함.
- 피어스는 반응 용기는 18의 고무 격 막 압력 트랜스듀서에 의해 피하 주사 바늘과 레코드 전압 출력을 측정 토양 샘플 반응이 완료 된 후.
- CaCO 3 비율 측정 된 전압을 제공 하 고 표준 곡선 ( 그림 10a)에서 결정 하는 방정식에 대 한 해결.
참고: 증가 CO 2의 출시에 의해 일어난 압력에는 선형으로 관련 CaCO 3 토양에 존재의 농도: CaCO 3% = (회귀 계수 * 볼트에 압력에 있는 변화) + 절편.
그림 10. CaCO 3 측정입니다. (a) CaCO 3에 대 한 표준 곡선의 CaCO 3 (b) 분말 유리 구슬 또는 모래 섞인 알려진된 비율에 따라 압력 트랜스듀서에서 전압 신호를 사용 하 여 만들어집니다.
5. 통계 분석
지상에 변화로- 정의 2 종속 변수 표면 고도 및 토양 표면 층 CaCO 3 농도 첫 번째 샘플 날짜 (2001을 2012 년에이 연구)에서. 독립 또는 설명 변수 (홀수 또는 심지어-번호가 매겨진된 스트립) 관리, 개별 스트립, 스트립, 토양 매핑 단위, 가로 분류 및 erosional depositional 분류의 서쪽 또는 동쪽 블록 정의.
- 수행 상관 관계 분석 및 분산 분석 변수 간의 관계를 통계적으로 계량 하기. 어떤 기본 통계 패키지로 분석 수행.
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Representative Results
2001 년과 2009에서 DEM 차이점 매핑 침식 (적색) 및 증 착 (녹색) 그 8 년 동안 데 시 미터 수준 변화 대부분 지역 (그림 5) 상승에 보여준다. 필드-규모, 침식은 서쪽 및 남서에서 지배적인 증 착은 노스 웨스트 필드의 동쪽에 남동 대각선 밴드를 따라 볼 수 있습니다. 부식과 공 술 서의 대체 밴드 볼 수 있습니다 관리 규모에 자주 관리 지구 경계에서 갑작스러운 변화. 토양 종류 (그림 4a)와 관련 된 패턴은 덜 발음 하지만 토양으로 형식이 강력 하 게 상호 연관 지형 특징에 맞춰 표시지 않습니다. 벌금 규모 erosional depositional 패턴 닮은 지형 컨버전스의 지역에서 물 흐름 경로 볼 수 있습니다. 침식, 관리, 병렬의 3 가지 선형 기능 스트립 6에서 볼 수 있습니다. 서쪽-동쪽 transect (A-A' 그림5에서) 경작 작업으로 인 한 가장 가능성이 있었다 이러한 독특한 기능 (그림 11), 검사 그려집니다. 아무 토양 샘플 사이트 스트립 6에서 이러한 기능 내에 위치한 했다.
그림 11입니다. 고도 프로필 (2001 년과 2009 * 데모) 서쪽 동쪽을 따라 스트립 6 통해 Transect (A A'에서 그림 5). * 스트립 6 고도 데이터는 2010 년에 수집.
침식 증 착 있던 지배, 동부 관리 (동쪽 블록, 스트립 7-12, 그림 5)에서 지배 했다 서쪽 관리 스트립 (서쪽 블록, 스트립 1-6, 그림 5), 분할 반비례 관계 사이 표시 됩니다. 표면 토양 CaCO3 (ΔCaCO3) 변화과 샘플 사이트 2001 년 2012 (그림 12) 사이 땅 표면 상승 (Δz)의 변화. Erosional 서쪽 블록, CaCO3 농도 증가 평균 약 3 g k g-1 의 평균 해발 고도 약 2 cm. 반대로 감소 하는 동안, depositional 동쪽 블록 보여 평균 > 4 g/kg 평균 해발 고도 약 5 cm를 증가 하는 동안 CaCO3 농도 감소. 이 역 관계는 때 전체 필드 함께 모든 스트립을 풀링.
그림 12입니다. CaCO3 에 변화를 공간 평균 농도 (0-30 cm 깊이) 및 서쪽 블록 (지구 1-6)에 의해 및 11 년 (2001-2012) 후 동쪽 (스트립 7-12) 관리 지역으로 토지 표면 상승. 그림 5 쇼 스트립 숫자 및 경계. 오차 막대는 ± 1 SEM (에서 Sherrod 외.) 6.
분리 erosional 샘플 위치 (Δz <-5 cm) depositional 위치에서 (Δz > 5 cm), 모든 풍경 위치 공개 ΔCaCO3 와 Δz, 북쪽 sideslopes (를 제외 하 고 사이 반비례 관계 그림 13)입니다. 모든 풍경에 걸쳐 평균이 반비례 관계 유지 하는 erosional 위치; 그러나 depositional 위치에, ΔCaCO3 거의 변하지 않습니다. Depositional 위치에 대 한 증 착은 가장 큰 toeslope 위치에 평균 근처 13 cm. 평균 CaCO3 에서 감소는 또한 가장 큰 (8.2 g/kg)이 depositional toeslope 위치에. 그러나 Erosional 샘플 위치에 대 한 평균 침식 북쪽 sideslopes에서 가장 큰 (17.4 c m)는,,이 대응 하지 않았다 CaCO3 의 증가와 다른 모든 erosional 가로 위치에서 본. 17.4 cm 토양 손실 221 Mg/하/년의 부식 속도 토양 대량 조밀도 1.4 g/c m3의 가정, 연구 기간 동안 거의 20 시간 T 는이 사이트에 대 한 가치. 계산 전체 필드 위에 그물 침식의 토양 대량 조밀도 침식 하기 전에 증 착 후의 상세한 지식을 요구 한다. 지속적인 대량 밀도 순 증 착을 나타내는 것이 필드 위에 해발 고도 평균 순 증가 이후, 하지만 예금 된 토양 이송 되 고 전에 보다는 더 낮은 대량 조밀도에 가능성이 있기 때문에, 그물 토양 손실 간주 됩니다.
그림 13입니다. 공간 평균 변화 (2001-2012) CaCO3 농도 (0-30 cm 깊이) 및 조 경 Erosional에 Depositional 조 경 지역 분류에 의해 영향으로 토지 표면 상승; NF 북쪽 직면 하 고 SF는 남쪽 (Sherrod 외.)에서 직면 하 고 6. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Δz 와 ΔCaCO3 사이트 변수와 상관 관계 분석 관리와 관련 된 (홀수 또는 심지어-번호가 매겨진된 스트립), 개별 스트립, 서쪽 또는 동쪽 블록 스트립, 토양 매핑 단위, 및 가로 위치는 표 2 에 표시 됩니다. . 가장 중요 한 상관 관계 (p < 0.0001) Δz 와 개별 관리 스트립 또는 스트립 블록 (동쪽 또는 서쪽) 사이 볼 수 있습니다. CaCO3 에 변화 했다 가장 크게 상관 (p = 0.016) 토양 매핑 단위, Δz 는 토양에 상관 하지 동안. 덜 중요 한 (p = 0.036) ΔCaCO3 와 Δ와z 는 또한 상관 했다 지구 블록 사이의 상관 관계를 했다. 분석의 차이 Δz 크게 영향을 보여준다 (p < 0.06) 변수로 모든 사이트 (표 3). Erosional 클래스 (erosional, depositional, 또는 변경: 듀) 가장 현저 하 게 (p = 0.075) ΔCaCO3, 토양 매핑 단위 및 개별 스트립, 모두 10%의 의미 수준 아래 중요 한 영향을.
| 피어슨 상관 계수 | ||||||
| 변수 | 스트립 | 블록 | ||||
표 2입니다. 상관 관계 분석 Δz 와 ΔCaCO3 사이트 변수. 높이 (z) CaCO3 변경 관리 (홀수 또는 짝수 스트립), 개별에 의해 영향으로 11 년 후에 연관 사이트 변수의 상관 관계 매트릭스 스트립, 서쪽 블록 (지구 1-6) 또는 동쪽 블록 (스트립 7-12), 토양 매핑 단위, 그리고 (에서 Sherrod 외.) 위치 (정상, 사이드 북쪽 방향, 측면 남쪽, 및 toeslope) 프리 6.
| ΔElevation | ΔCaCO3 | |||
| 변수 | F 값 | 홍보 > F | F 값 | 홍보 > F |
| 관리 | 3.47 | 0.0643 | 0.07 | 0.7957 |
| 스트립 | 50.25 | < 0.0001 | 2.84 | 0.0937 |
| 블록 | 7.48 | 0.0069 | 1.79 | 0.1824 |
| 토양 | 5.57 | 0.0193 | 3.16 | 0.0773 |
| 에 듀 | 나 * | NA | 3.21 | 0.0750 |
| * 나, 듀 ΔElevation에서 결정 하기 때문에 적용 되지 않습니다. | ||||
| 듀 Erosional (E) = Depositional (D), 변경 (U) | ||||
테이블 3입니다. 고 각에 있는 변화 그리고 변화가 CaCO의 종속 변수에 대 한 분산 분석3 농도. 상승 및 관리 (홀수 또는 짝수 스트립), 개별 스트립에 의해 영향을 받는 11 년 후 0-30 cm 깊이 증가에서 CaCO3 농도 변화 변화에 종속 변수에 대 한 분산 분석 서쪽 블록 (지구 1-6) 또는 동쪽 블록 (스트립 7-12), 토양 매핑 단위, 및 erosional 클래스 (듀): erosional (Δz <-5 cm), depositional (Δz > 5 cm), 또는 변경 (-5 cm < Δz < 5 cm) (에서 Sherrod 외.) 6.
(그림 14a, 14b), 표시 된 지도 차이 지도에서 2001 및 2012 결과에서 표면 CaCO3 포인트 샘플의 보간 보간된 ΔCaCO3 (그림 14의 c)를 표시에서 만들어집니다. 높고 낮은 CaCO3 2001 지도 (그림 14a)에서 상대적으로 작은, 집중 지역 2012 어디에서 공간 패턴은 덜 볼 수 더 이상 없습니다 복잡 (그림 14b). 이 "부드럽게" 2012 지도 2001 지도의 이전 낮은 CaCO의3 분야에서 CaCO3 과 CaCO3 CaCO3 높았다 감소 증가 나타냅니다. ΔCaCO3 (그림 14의 c) 쇼의 패턴은 가장 멀리 서쪽에 땅 표면 지형에 일부 관계 증가 합니다.
그림 14입니다. CaCO3 농도의 Kriged 보간 지도. CaCO3 농도 (a) 2001, (b) 2012, 및 (c) 에 대 한 깊이 간격 0 ~ 30 cm에서에서의 Kriged 보간 지도 2012 년 2001에서 변경합니다. 토양 샘플 위치 원 (a, b)에 의해 표시 되 고 1 m 간격으로 해발 고도 등고선 (c) (에서 Sherrod 외.)에 표시 됩니다. 6.
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Discussion
상승 (그림 5)에 매핑된 변경 여러 비늘에 상당한 침식과 농업 분야와 공간적 패턴 여러 제어 요인의 지표에 증 착을 보여 줍니다. 바람, 물 흐름에 의해 생성 하는 벌금 규모 수지상 패턴 아래와 관련 된 필드 눈금 패턴에서이 연구에 관련 된 프로세스는 뚜렷한. 해발 고도 변화 감지 반복된 RTKGPS 지상 조사에 의해 제공의 수준 최적의 나타납니다. 미세한 감지 레벨, TLS에 의해 수 있습니다으로 능선과 coarser 감지 레벨을 하면서 고 랑을 자르는 것과 같은 microtopographic 기능을 도입 하 여 복잡 한 결과 발견 공중 설문 조사와 함께 벌금 규모를 캡처 충분 하지 않을 수도 있습니다을 제공 패턴입니다. 그러나이 크기의 지역 설문 조사를 지상 RTKGPS 실시 (~ 100 하) 초당 여행 시간 사이트 영역을 커버만 단일 지점 수집의 제한으로 인해 몇 일,, 걸립니다. 설문 조사 정밀도 지상 설문 조사 여기 사용의 정확도를 향상 시킬 수 있는 경우와 미래에 진보 공 수 설문 조사에는 더 나은 대체 방법 제공할 수 있습니다.
혼합된 결과 개념적 모델에 의해 예측 변화 땅 표면 상승, 표면 토양 CaCO3 상호 변경에 보였다. 2001 년에, CaCO3 농도 대 한 표면 토양 샘플만 유효 했다 한 깊이 증가에 최고 30 cm 이상. 2012 년, 토양 샘플 최고 30 cm 이상의 두 15 cm 간격으로 분할 되었다. ΔCaCO3 만 최고 15 cm에서의 분석 가능성이 이러한 결과 변경 하 고 더 강하게 관련 된 부식과 공 술 서 증명할 수 있습니다. 수정 된 압력-calcimeter 메서드30 토양 CaCO3 측정에 대 한 효율적인 방법으로 제공 하 고 있습니다.
이 문서는 필드 규모 정량화 및 농업 분야에 depositional erosional 과정의 설명에 대 한 상세한 접근법을 제공합니다. 여기에 설명 된 방법은 석탄 층은 토양 표면 근처에 존재 하는 다른 사이트에 적용할 수 있습니다. 미래의 일은 2009 년 마지막 완전 한 RTKGPS 지상 조사가 실시 때부터 지상 해발 고도 변화를 측정 하는 새로운 DEM를 사용 하 여 계산에이 사이트에 대 한 계획입니다. 미래의 샘플과 2012 년 사이 상위 15 cm에서 변화를 비교할 수 있도록 또한, 표면 토양 CaCO3 2012의 토양 샘플링 계획 15 cm 깊이 단위로 반복 됩니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
필드 연구 사이트 데이비드 드레이 크에 의해 관리 하는 농장 이며 우리가이 장기 연구 하는 동안 그의 협력에 대 한 그에 게 감사. 우리는 또한 감사 마이크 머피 그녀의 도움에 대 한이 프로젝트에 로빈 Montenieri 현장 작업의 그의 많은 년에 대 한이 문서에 사용 된 그래픽.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Real-time kinematic GPS system | Trimble | Model 5800 | |
| GPS field data collector | Trimble | Model TSC2 | |
| GPS field software | Trimble | Trimble Access (Trimble Survey Controller used in 2001 for site calibration but this software is no longer supported) | |
| Hydraulic soil coring machine | Giddings Machine Company | ||
| Utility vehicle | John Deere | Gator 6x4 | |
| GIS software | ESRI | ArcGIS for Desktop with Spatial Analyst and Geostatistical Analyst Extensions | |
| Statistical software | SAS | SAS Institute Inc. | |
| Pressure transducer 0-105 kPa | Serta | Model 280E | Setra Systems, In., Boxborough, MA |
| Volt meter | WaveTek | 5XL | Digital meter set to read volts |
| Serum Bottles | Wheaton | 223747 | 100 mL |
| Serum Bottles | Wheaton | 223762 | 20 mL |
| Sealing Cap 20 mm Aluminum | Wheaton | 224183-01 | Case of 1,000 |
| 20 mm gray butyl stopper (2-prong) | Wheaton | 224100-192 | Septum; Case of 1,000 |
| Hand crimper | Wheaton | W225303 | 20 mm size |
| Hand Decapper | Wheaton | W225353 | 20 mm size |
| Acid vials | Wheaton | 224881 | 0.50 dram size (2-mL) |
| Power supply | SR Components | DDU240060 | Class 2 Transformer AC adaptor; Input 120VAC , Output 24VDC |
| Calcium carbonate | Fisher | 471-34-1 | 500 g of 100% w/w CaCO3 |
References
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