Пространственных структур осаждения и эрозии почвы может быть выведен из различий в местах высота сопоставлены в соответствующие временные интервалы. Такие изменения в высоте связаны с изменениями в карбонаты почвы вблизи поверхности. Повторяющиеся методы для полевых и лабораторных измерений этих количеств и данных методов анализа описаны здесь.
Пространственных структур осаждения и эрозии почвы может быть выведен из различий в местах высота сопоставлены в соответствующие временные интервалы. Такие изменения в высоте связаны с изменениями в профилях карбонат (СаСО3) близко к поверхности почвы. Цель заключается в том, чтобы описать простой концептуальной модели и подробный протокол для повторяющихся полей и лабораторных измерений этих величин. Здесь Точная высота измеряется с помощью наземного базирования дифференциальной глобальной системы позиционирования (GPS); другие методы сбора данных могут применяться к такой же основной метод. Образцы почвы собраны из предписанные интервалы глубины и анализируются в лаборатории с использованием метода эффективной и точной изменение давления calcimeter для количественного анализа концентрации неорганического углерода. Стандартные статистические методы применяются для указания данных, и представитель результаты показывают значимые корреляции между изменениями в поверхностном слое почвы СаСО3 и изменения в высоте в соответствии с концептуальной модели; СаСО3 вообще сократились в районах осадконакопления и увеличение Электроэррозионная областях. Карты являются производными от точки измерения высоты и почвы СаСО3 для оказания помощи анализы. Карте моделей эрозионные и осадконакопления на объекте исследования, дождевого орошения озимой пшеницы поле обрезается в чередующиеся полосы пшеницы лань, показывает взаимодействующих эффекты водной и ветровой эрозии, пострадавших от управления и топографии. Обсуждаются и рекомендуется для будущей работы, касающиеся эрозии почвы и осаждения в почву СаСО3альтернативные методы и глубины интервалы.
Эрозия почвы угрожает устойчивости сельскохозяйственных земель. Урожай управления, такие как условно подготовил вращение урожая озимой пшеницы лань, может ускорить процессы эрозии и осаждения как голой почвы во время парования более подвержены ветровой и водной сил1,2, 3 , 4 , 5 (рис. 1). Хотя эти процессы могут быть очевидными, они могут быть трудно подсчитать.
Целью данного исследования является сначала обеспечить эффективный метод для количественной оценки и описания пространственных структур эрозии и осаждения в поле Масштаб с помощью системы (GPS) технологии глобального позиционирования и географических информационных систем (ГИС) отображение инструментов. Простая концептуальная модель, касающиеся этих моделей с поверхности почвы карбонаты (СаСО3) также представлены и проверены предписанные поля и лабораторных методов. Эти отношения обеспечивают косвенные меры эрозии и осаждения, при проверке результаты метода GPS. Настоящий документ подчеркивает методы, используемые в Шеррод и др. Таким образом, что они могут повторяться, в части или в целом, для аналогичных исследований в других местах6.
Рисунок 1. Фотографии () эрозии и (b) осаждения на объекте исследования после события дождями. Трактор шины трек в правом нижнем углу фото (b) указывает глубину осаждения на границе полосы пшеницы/лани.
Различные прямые методы измерения эрозии почвы были рассмотрены Stroosnijder7. Предлагаемые методы изменяются с целью измерения и имеющихся ресурсов, но метод «изменения поверхности фасада» рекомендуется в hillslope масштабе и дает преимущество измерения эрозии и осаждения. Один из способов применения этого метода является установить контакты в почве и мониторинга изменений в высоту почвы по отношению к верхней части контактный7. С достижениями в технологии землемерие однако, этот трудоемкий подход могут быть заменены другими методами, например наземного лазерного сканирования (TLS)8,9,10,11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16, бортовых лазерного сканирования (ALS)17,18,19,20,21, GPS6,22, передовые фотограмметрии23 ,24, или комбинации этих методов25,,2627. Хотя лазерное сканирование, обычно именуемых LiDAR (свет обнаружения и начиная), обеспечивает наиболее быстрое приобретение наборов данных плотной поверхности фасада, исправления должны быть произведены для удаления постоянных объектов, таких как растительность. С вертикальной точности миллиметр уровня, TLS может обнаружить малейшее изменение высоты, однако Perroy и др. Рекомендуемые ALS по протоколу TLS для овраг эрозии оценки из-за больших сканирования след и лучшей ориентации инструмента (менее Топографическая затенение) для сканирования в глубоко резаная овраги28. Реального времени Кинематические GPS (RTKGPS), обеспечивая точность сантиметр уровня без пост-обработки данных, используется для этого исследования. Пространственное разрешение и точность RTKGPS-собранные данные являются оптимальными для обнаружения доминанты эрозионные и осадконакопления в сельском хозяйстве или в других средах с существенной почвопокровные.
Давление calcimeter метод количественного определения почвы СаСО3 опирается на реакцию почвы кислоты в закрытой системе, что приводит к освобождению CO2. Увеличение давления в сосуде при постоянной температуре линейно коррелируют на количество почвы СаСО329. Изменения в традиционных давления calcimeter метод, описываемого Шеррод и др., включают изменение реакции судна в сыворотке бутылки и с помощью датчика давления, Проводной цифровой вольтметр для обнаружения изменений давления 30. Эти изменения позволяют ниже пределов обнаружения и большей емкости для ежедневных образца грунта выполняется. Гравиметрическая или простой титриметрические методы для почвы СаСО3 измерения производятся большие ошибки, и пределов обнаружения, чем это изменение давления calcimeter метод30.
Концептуальная модель
Когда не возможны прямые меры эрозии и осаждения, могут использоваться косвенные показатели этих процессов. Шеррод и др. предположили, что концентрация поверхностного слоя СаСО3 почвы в полузасушливых Климат обратно коррелирует с изменением в местах поверхности фасада (положительно коррелирует с эрозией, негативно коррелируется с осаждения)6. Следует широко применять гипотезы, но конкретных отношений будет зависеть от условий строительной площадки (почвы, растительность, управления и климата). Почвы на полигоне (Таблица 1), как правило, содержат различные известняковый слой 15-20 см ниже поверхности почвы. Концептуально эрозии удалит поверхностного слоя относительно низкой концентрации СаСО3 , оставляя это известняковый слой высокой СаСО3 ближе к поверхности почвы. Низкая СаСО3 почвы затем транспортируется в области осадконакопления, вызывая известняковый слой, чтобы быть похороненным глубже ниже поверхности почвы (рис. 2). Выборка данных эти почвы со временем соответствующей глубины интервалом, эрозии и осаждения (либо ни) могут быть вычленены СаСО3 концентрация, согласно этой модели.
Серия почвы | Наклон | Таксономическая классификация | Глубина | pH | EC | Всего N | SOC | СаСО3 |
Таблицы 1. Почвы на полигоне. Сопоставления единиц и таксономической классификации, с средняя почвы рН, электрическая проводимость (EC), всего N, почвенных органических C (SOC), и СаСО3 концентрации в 0 – 15 – и глубиной 15 – 30 см с шагом для Скотт поля в 2012 году почвы (от Шеррод et Аль.) 6.
Рисунок 2. Концептуальные почвы профили. Концептуальные почвы профили для () статический почвенная матрица с СаСО3 выщелачиваться из поверхностного слоя и ускорили в глубокий слой, умеренные эрозии поверхностного слоя (b) и (c) умеренной осаждения материала выше предыдущего слоя. Глубина интервалы (слева) являются приблизительными, основанные на данных сайта (от Шеррод и др.) 6. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Описание и история
109-ха Скотт поле является частью фермы Дрейк в северо-восточном Колорадо (40,61oN, 104.84oW, рис. 3) и контролируется от 2001 до 2012 года для этого исследования. Среднее годовое количество осадков и эвапотранспирации были примерно 350 и 1200 мм, соответственно, в этом полупустыня, где конвективной дождь короткой продолжительности и высокой интенсивности были распространены в летнее время. Фасады диапазоне от 1559 до 1588 м в этой холмистой местности с позиций отдельных пейзаж: саммит, откоса северную сторону (сторона NF), откоса южную сторону (сторона SF) и toeslope (рис. 4В). Чередующиеся полосы (шириной ~ 120 м) обычно управлялись в этой ротации озимой пшеницы перелога богарного земледелия, таким образом, что каждая полоса была перелог около 14 месяцев из каждого вращения 24-месячного цикла. Неглубокой почвы (~ 7 см), обычно v лезвие зачисток, произошла 4-6 раз через перелог период для растений. Почвы на сайте были классифицированы иметь потери почвы терпимости, или значение T , 11 мг га-1 год-1, где темпы эрозии ниже этого значения T считается приемлемым для продолжения сельскохозяйственного производства4 .
Рисунок 3. Расположение сайта отображается на топографических рельефное изображение (1011 до 4401 м) из штата Колорадо, США. Средняя высота сайта составляет 1577 m.
Рисунок 4. Почв карта и рельефа поверхности поля, Скотт. полосы () карта почв области Скотт, показывая пример расположения точек почвы и управления растениеводства. Почвы единицы аббревиатуры являются: 1 = Wagonwheel суглинок 0-2% склон, 2 = Wagonwheel суглинок уклон 2-5%, 3 = Colby суглинок 5-9% склон, 4 = Ким тонкой Супесь 2-5% склон, 5 = Ким штраф песчаных суглинках наклона 5-9%; и (b) рельефа поверхности поля на основе 2001 5-м сетки цифровой модели рельефа (DEM), с места образец почвы показано классификации земель (от Шеррод и др.) 6.
Первое обследование поверхности рельефа земли была собрана путем RTKGPS в 2001 году производить цифровой модели рельефа (DEM) для сайта. В сочетании с Маккатчеон и др., интенсивный почвы образца (рис. 4a) также была исполнена в 2001 году, из которых поверхности почвы СаСО3 были проанализированы на изменение давления calcimeter метод30,31 . Визуально видно эрозии и осаждения, происходящих в течение последующего десятилетия из-за ветра, преимущественно от северо-запада и осадки сток события побудили второго обследования высоты RTKGPS в 2009 году (с частью поля завершено в 2010 году). Сравнение нового DEM к оригинальной 2001 DEM через DEM разница Карта32 подтвердил значительной эрозии и осаждения, отображение шаблонов, которые предложили несколько контроля факторов для этих процессов (рис. 5). Учитывая существенные поверхности почвы перераспределения на сайте и исторической почвы СаСО3 данных, образец грунта 2001 было повторено в 2012 тестирование концептуальной модели процессов hydropedological6, как описано в предыдущем разделе.
Рисунок 5. Карта изменений (2001-2009 *) в высоту (zΔ) поверхности земли на 5-м сетки в поле Scott в северо-восточном штате Колорадо. Урожая газа номера помечены над чередуя систем земледелия зима пшеница лань, ираздел A-A’ показано (детали дано на рис. 11). * Полосы 2, 4, 6, 8, обследованных в 2010 году для завершения 2009 немецких марок (от Шеррод и др.) 6. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Сопоставленные изменения в высоте (рис. 5) иллюстрируют значительной эрозии и осаждения на сельскохозяйственные поля и пространственных структур свидетельствует о многочисленных факторов контроля над несколько шкал. От поля Масштаб шаблонов, связанных с ветром, вниз ш…
The authors have nothing to disclose.
Поле исследования сайт находится на ферме в ведении Дэвид Дрейк, и мы благодарим его за его сотрудничество в течение этого долгосрочные исследования. Мы также благодарим Mike Murphy за его много лет полевых работ по этому проекту и Робин Montenieri за ее помощь с графикой, используемые в этой бумаге.
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 6×4 | |
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 1000 |
20 mm gray butyl stopper (2-prong) | Wheaton | 224100-192 | Septum; Case of 1000 |
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 |