पारंपरिक मिट्टी नमूना प्रक्रिया मिट्टी के नमूनों की संख्या मनमाने ढंग से निर्धारित करता है । यहां, हम एक सरल अभी तक कुशल संकुल मिट्टी नमूना डिजाइन प्रदान करने के लिए मिट्टी स्थानिक विविधता प्रदर्शन और मात्रात्मक मिट्टी के नमूनों की संख्या की आवश्यकता है और संबंधित नमूना सटीकता का निर्धारण ।
मिट्टी अत्यधिक विषम हैं । आम तौर पर मृदा अनुसंधान के लिए आवश्यक मिट्टी के नमूनों की संख्या हमेशा मनमाने ढंग से निर्धारित की गई है और संबंधित सटीकता अज्ञात है । यहां, हम एक अनुसंधान साजिश में कुशल और संकुल मिट्टी नमूने के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल मौजूद है और, एक पायलट इस डिजाइन का उपयोग कर नमूना पर निर्भर, मिट्टी स्थानिक विविधता का प्रदर्शन और उचित नमूना आकार और संबंधित सटीकता के बताए के लिए भविष्य के अध्ययन । प्रोटोकॉल मुख्य रूप से चार कदम: नमूना डिजाइन, क्षेत्र संग्रह, मृदा विश्लेषण, और geostatistical विश्लेषण शामिल हैं । चरण दर चरण प्रक्रिया पूर्व प्रकाशनों के अनुसार संशोधित किया गया है । दो उदाहरण के लिए मिट्टी कार्बनिक कार्बन (समाज) और मिट्टी के माइक्रोबियल बायोमास कार्बन (अति पिछड़े वर्ग) के विभिंन प्रबंधन प्रथाओं के तहत स्थानिक वितरण के विपरीत प्रदर्शन प्रस्तुत किया जाएगा । इसके अतिरिक्त, हम नमूना आकार की आवश्यकता (एसएसआर) को निर्धारित करने के लिए एक कार्यनीति प्रस्तुत करते हैं जिसमें भिन्नता के भूखंड-स्तर गुणांक (CV) के आधार पर सटीकता का एक निश्चित स्तर दिया जाता है. क्षेत्र नमूना प्रोटोकॉल और नमूना आकार के मात्रात्मक निर्धारण संभव नमूना रणनीतियों के लिए अनुसंधान की जरूरत है और ‘ संसाधनों की उपलब्धता को पूरा करने की मांग में शोधकर्ताओं की सहायता करेगा ।
मिट्टी अत्यधिक विषम है1,2सामग्री । मिट्टी नमूना के लिए सबसे अधिक प्रतिनिधि नमूने इकट्ठा किया जाता है और सही और सस्ते के रूप में संभव के रूप में एक क्षेत्र के पोषक तत्वों की स्थिति की विशेषता है । एक मिट्टी में परिवर्तनशीलता मिट्टी स्थानिक विविधता और ठहराव की सटीकता में निहित है । जब मिट्टी में स्थानिक भिंनता को ध्यान में नहीं रखा जाता है, ठेठ मिट्टी नमूने एक मिट्टी चर का सही मतलब मूल्य से एक पर्याप्त प्रस्थान में परिणाम कर सकते हैं, भले ही मिट्टी विश्लेषण ही अत्यधिक सटीक3है । एक विषम अनुसंधान भूखंड के लिए, परिवर्तनशीलता3मतलब से अधिक महत्व की अक्सर है; यही है, एक नमूना डिजाइन है कि सही ढंग से दोनों परिवर्तनशीलता उपाय कर सकते है और मतलब पसंद किया जाएगा ।
जब मिट्टी स्थानिक भिन्नता आगे भूमि प्रबंधन प्रथाओं4,5,6के कारण बदल गया है, यह एक सटीक तरीके से मिट्टी नमूने का संचालन करने के लिए और अधिक कठिन है. बहरहाल, चिंताओं को भी प्रमुख मिट्टी चर में बड़े बदलाव (जैसे, समाज और अति पिछड़े वर्ग)7 कि प्रमुख मॉडल मापदंडों जो लंबी अवधि के वैश्विक मृदा मॉडल के लिए महत्वपूर्ण है की खराब बाधाओं का कारण प्रचारित है के संबंध में पैदा जलवायु परिवर्तन के तहत अनुमानों8,9,10। क्षेत्र परिवर्तनशीलता की विशेषता के लिए मिट्टी के नमूने की लागत के रूप में एक महत्वपूर्ण समस्या है, एक सरल, विश्वसनीय, और कुशल मिट्टी नमूना रणनीति की मांग की है ।
वहां कई एक अनुसंधान साजिश में प्रतिनिधि मिट्टी के नमूने इकट्ठा करने के लिए अलग दृष्टिकोण हैं, और अपने फायदे और नुकसान 1 तालिकामें संक्षेप हैं । एक पारंपरिक मिट्टी नमूने में (यानी, सरल और यादृच्छिक नमूना), एक यादृच्छिक संग्रह से अधिक 10 मिट्टी के नमूनों के लिए एक अनुसंधान साजिश में किया जाता है । विशेष रूप से, एक पारंपरिक मिट्टी नमूना डिजाइन में नमूनों की संख्या हमेशा मनमाने ढंग से निर्धारित है और संबद्ध नमूना त्रुटि (यानी, सटीकता) अज्ञात रहता है ।
नमूना डिजाइन | लाभ | नुकसान |
सरल और यादृच्छिक नमूना | लागत प्रभावी, जल्दी और सस्ती, व्यापक रूप से अपनाया, आसान आपरेशन, समरूप साइट में इष्टतम | कम सटीकता और उच्च भिन्नता, < 5 नमूने |
व्यवस्थित नमूना | उच्च सटीकता और ज्ञात भिन्नता, बड़े पैमाने पर विषम साइट में इष्टतम | लागत अप्रभावी, बड़ी नमूना संख्या |
स्तरीकृत नमूना | सटीक मतलब अनुमान, अपेक्षाकृत आसान आपरेशन, संकुल और स्तरीकृत क्षेत्र के लिए इष्टतम | लागत अप्रभावी, बड़े नमूना संख्या (आमतौर पर व्यवस्थित से कम/ |
Compositing | लागत प्रभावी, सटीक मतलब अनुमान, आसान आपरेशन, विषम साइट में इष्टतम | अज्ञात फ़ील्ड भिंनता, > 3 समग्र के लिए नमूने |
तालिका 1: लाभ और मिट्टी अनुसंधान समुदाय में अपनाया प्रमुख मिट्टी नमूना डिजाइन के नुकसान । तालिका टैन एट अल से संक्षेप किया गया है । 3, जोंस12, और Swenson एट अल । 11
सरल और यादृच्छिक नमूना या compositing, व्यवस्थित और स्तरीकृत नमूना डिजाइन के साथ तुलना में संबद्ध परिवर्तनशीलता (तालिका 1) के साथ साथ उच्च सटीकता के साथ साधन प्राप्त कर सकते हैं । हालांकि, वे गहन मिट्टी नमूने की आवश्यकता होगी (जैसे, कुछ १०० नमूने) । की सटीकता, और में विश्वास, एक मिट्टी परीक्षण के स्तर को और अधिक मिट्टी के नमूनों के साथ बढ़ जाती है11प्लॉट प्रति एकत्र, मिट्टी के नमूनों की एक बड़ी संख्या के लिए आवश्यकता आम तौर पर केवल एक बड़े पैमाने पर अध्ययन के लिए लागू है5,11 ; यह संसाधनों में कमी के कारण क्षेत्र भूखंडों के पैमाने पर संचालित अधिकांश मृदा अनुसंधान परियोजनाओं की सामर्थ्य से अच्छी तरह से परे है । एक नमूना डिजाइन के लिए इन विभिंन तरीकों के tradeoffs संतुलन पसंद है ।
एक मिट्टी नमूना डिजाइन के लिए एक महत्वपूर्ण मुद्दा मिट्टी के नमूनों की संख्या और संबंधित अनुसंधान प्रश्न और क्षेत्र की स्थिति को देखते हुए सटीकता की आवश्यकता का निर्धारण करने के लिए है । उदाहरण के लिए, मिट्टी के नमूनों की संख्या में कमी कम परेशान साइटों में संभव है, जबकि अभी भी6परिशुद्धता के एक ही स्तर को प्राप्त करने, एक स्पष्ट रूप से स्थानिक विविधता (यानी, प्रकृति और की घटना यों तो की जरूरत का सुझाव मृदा परिवर्तनशीलता) मिट्टी के नमूने से पहले3. वास्तव में, कोई ऐसी पायलट नमूना सबसे मिट्टी नमूने डिजाइन में सिफारिश की है । क्षेत्र वैज्ञानिकों अक्सर सांख्यिकीय शक्ति का आकलन जब वे प्रयोग डिजाइन के महत्व को पहचानने में विफल ।
मिट्टी के नमूने में प्रायोगिक कठोरता को सुधारने के लिए इस अध्ययन में एक सरल और कुशल नमूना पद्धति प्रस्तुत की गई है. नए डिजाइन न केवल मिट्टी के पोषक तत्वों के स्तर और परिवर्तनशीलता का सही लक्षण वर्णन है, लेकिन यह भी, मिट्टी स्थानिक विविधता के लिए लेखांकन के द्वारा, एक मात्रात्मक तरीका मिट्टी के नमूनों की संख्या और संबंधित नमूना सटीकता को सूचित प्रदान सक्षम करेगा भविष्य के अनुसंधान के लिए । नई मिट्टी नमूने डिजाइन मदद करनी चाहिए शोधकर्ताओं वैकल्पिक रणनीति है कि उनके नमूने और अनुसंधान की जरूरत है फिट की पहचान । इस विधि के समग्र लक्ष्य के लिए एक मात्रात्मक और जोड़ तोड़ के साथ मिट्टी biogeochemists और ecologists प्रदान करने के लिए क्षेत्र अनुसंधान के संदर्भ में मिट्टी नमूना रणनीतियों का अनुकूलन है ।
पारंपरिक मिट्टी नमूना विधि एक मात्रात्मक आधार का अभाव है और अज्ञात सटीकता के लिए नेतृत्व किया, जबकि अधिक उंनत नमूना रणनीतियों गहन मिट्टी संग्रह शामिल है और सबसे मिट्टी अनुसंधान के लिए क्षेत्र में भूखंड पैमाने पर सस्ती लागत प्रेरित । एक सरल, कुशल, और विश्वसनीय नमूना डिजाइन दोनों aforementioned तरीकों को संतुलित करने के लिए एक उपयोगी उपकरण होना चाहिए और अधिक महत्वपूर्ण बात, भविष्य के नमूने की जरूरत के लिए कुछ सटीकता के तहत आवश्यक संख्या निर्धारित करने के लिए एक मात्रात्मक तरीके से सूचित करें. हालांकि, इस तरह के एक नमूना डिजाइन अभी भी याद आ रही है । यहां, मिट्टी स्थानिक विविधता यों तो एक संकुल नमूना प्रक्रिया जोड़ तोड़ के लिए एक विधि और प्रस्तुत किया गया था, इस डिजाइन पर भरोसा, मिट्टी के नमूनों की संख्या को सूचित करने के लिए विशेष सटीकता के तहत भविष्य के नमूने के लिए आवश्यक है । प्रोटोकॉल के भीतर दो महत्वपूर्ण चरण हैं । पहले नमूना क्षेत्र का निर्धारण और एक दिया भूखंड क्षेत्र में नमूना जोन की पहचान है । क्योंकि आयाम और एक विशिष्ट अनुसंधान भूखंड के आकार के एक अध्ययन से दूसरे में भिंन हो सकते हैं, संख्या और वर्ग ग्रिड नमूना क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करने की लंबाई के लिए सबसे अच्छा भूखंड विशेषताओं फिट संशोधित किया जाना चाहिए और भूखंड क्षेत्र को कवर के रूप में संभव के रूप में ज्यादा । सामान्य तौर पर वर्ग ग्रिड की संख्या आठ से दस तक सीमित होनी चाहिए ताकि किसी दिए गए भूखंड में 24-30 मिट्टी के नमूने एकत्र किए जा सकेंगे । यह कम गहन नमूना आवश्यकता एक भूखंड में एक पायलट अध्ययन के लिए स्वीकार्य है । दूसरा महत्वपूर्ण कदम नमूना विशिष्ट सटीकता के तहत आवश्यक संख्या का निर्धारण करने के लिए है । हालांकि एक वांछित सटीकता के तहत मिट्टी के नमूनों की संख्या पायलट नमूना रणनीति के आधार पर प्राप्त किया जा सकता है, अंय उपलब्ध संसाधनों (जैसे, श्रम, लागत, और कर्मियों) के लिए जवाबदेह होने की जरूरत है । यदि एक वांछित सटीकता के लिए आवश्यक मिट्टी के नमूनों की संख्या सामर्थ्य से अधिक है, तो वांछित सटीकता को कम किया जाना चाहिए ताकि मिट्टी के नमूनों की संख्या पुनर्परिकलित की जा सके. पुनर्परिकलनों जब तक सबसे अच्छा फिट वांछित सटीकता और उपलब्ध संसाधनों को संतुलित करने के लिए हासिल की है दोहराया जाना चाहिए ।
प्रोटोकॉल आसानी से विशिष्ट आकार, क्षेत्र, और एक अनुसंधान भूखंड के स्थान फिट करने के लिए संशोधित किया जा सकता है । यहां तक कि एक अनियमित भूखंड या एक बहुत बड़े या छोटे भूखंड क्षेत्र के भीतर, प्रक्रिया वर्ग ग्रिड के आकार को नियंत्रित करने के भूखंड क्षेत्र के अधिकांश कवर द्वारा किया जा सकता है । दूसरी ओर, जब मिट्टी के नमूने साजिश में परिपत्र नमूना क्षेत्र से परे एकत्र कर रहे हैं, वे अभी भी वर्णनात्मक और geostatistical विश्लेषण में के लिए जवाबदेह हो सकता है । इस संबंध में प्रोटोकॉल के लचीलेपन के रूप में यह लाभप्रद है, इस प्रकार, नमूना की लागत को कम कर सकते है ।
इस विधि की एक महत्वपूर्ण सीमा है कि कुछ सटीकता के लिए आवश्यक मिट्टी के नमूनों की संख्या भूखंड स्तर CV पायलट मिट्टी नमूने में 24-30 मिट्टी के नमूनों के एक समूह द्वारा निर्धारित पर निर्भर करेगा । एक अत्यंत विषम भूखंड के लिए, 30 नमूनों या उससे कम एक बड़ा CV कि नमूनों की अधिक से अधिक संख्या (> 30) के आधार पर उत्पादन कर सकते हैं । नतीजतन, एक ही सटीकता के साथ गणना की मिट्टी के नमूनों की संख्या बड़ा हो जाएगा । यही नहीं, प्लॉट में ही शुद्धता के लिए जरूरी मिट्टी के नमूनों की संख्या का आंकलन किया जाएगा । एक उच्च समरूप भूखंड के लिए, नमूनों की एक छोटी संख्या एक भूखंड स्तर CV 30 नमूनों के समान उत्पादन होगा, इस प्रकार, संसाधन की जरूरत के एक अधिक अनुमान में जिसके परिणामस्वरूप । इसलिए, इन अत्यंत विषम या सजातीय भूखंडों के लिए, मिट्टी नमूना संख्या (यानी, 30 या उससे कम) पायलट नमूना डिजाइन में प्रस्तावित या तो पायलट नमूना मंच में या भविष्य के नमूने में अनावश्यक निवेश का कारण हो सकता है ।
हम संकुल मिट्टी नमूना रणनीति के महत्वपूर्ण लाभ का प्रदर्शन । यह मिट्टी स्थानिक विविधता प्राप्त करने के लिए एक विश्वसनीय और सस्ती मिट्टी नमूना रणनीति प्रदान करता है और एक निश्चित वांछित सटीकता के लिए आवश्यक मिट्टी के नमूनों की संख्या निकलने के लिए एक मात्रात्मक तरीका प्रदान करता है । हालांकि गहन पट्टी या स्तरीकृत नमूना स्थानिक भिंनता का एक बेहतर विवरण प्रदान कर सकते हैं, इस तरह के नमूने के संचालन की लागत ज्यादातर मिट्टी के अध्ययन के लिए बहुत अधिक है । पारंपरिक नमूना मनमाना है और नमूना सटीकता के लिए किसी भी मात्रात्मक आधार का अभाव है. वर्तमान प्रोटोकॉल अपने कम गहन नमूना आवश्यकता के कारण बेहतर है, यह क्षेत्र में काम करने में आसानी, शक्ति स्थानिक कठोर geostatistical विश्लेषण विधियों का उपयोग कर पैटर्न प्रकट करने के लिए, और क्षमता मात्रा नमूना किसी भी दिया आकार निर्धारित करने के लिए वांछित सटीकता । नमूना एक विशिष्ट नमूना सटीकता के लिए आवश्यक आकार के ज्ञान शोधकर्ताओं मिट्टी नमूना प्रयासों में अपने निवेश strategize करने के लिए अनुमति देगा ।
कुशल संकुल नमूना प्रक्रिया को रोजगार मिट्टी स्थानिक विविधता के कठोर परीक्षण की अनुमति देता है और वैज्ञानिकों की क्षमता में सुधार के लिए सटीकता के साथ मिट्टी नमूने का संचालन । मिट्टी नमूना रणनीति के कम गहन और मात्रात्मक प्रकृति मिट्टी अनुसंधान समुदायों में अपनी विस्तृत आवेदन सक्षम हो जाएगा । संभावना को देखते हुए बदल मृदा तीव्र वैश्विक परिवर्तन के तहत स्थानिक विविधता, एक अनुसंधान साजिश में एक ही नमूना सटीकता के लिए मिट्टी नमूना आवश्यकता समय के साथ भिंन हो सकते हैं । पायलट नमूना डिजाइन में प्रस्तावित नमूना संख्या अलग मिट्टी और पारिस्थितिकी प्रणालियों के साथ भिन्न हो सकते हैं । भविष्य अनुप्रयोगों है कि इस काम से उभर सकता है विशिष्ट मिट्टी या पारिस्थितिकी प्रणालियों के लिए नमूना संख्या का निर्धारण शामिल है । इस प्रकार, आगे अनुभवजंय काम विभिंन मिट्टी और पारिस्थितिकी प्रणालियों में आवेदन और विधि की पहचान पर की जरूरत है । दीर्घकालिक और विस्तृत अनुप्रयोगों विशिष्ट पारिस्थितिकी प्रणालियों के लिए एक जेनेरिक नमूना आकार की आवश्यकता है, जो मिट्टी के शोधकर्ताओं के लिए सिफारिश की जा सकती है की पहचान कर सकते हैं ।
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन के एक अमेरिकी कृषि विभाग इवांस-एलन ग्रांट (सं १००५७६१) से धन का समर्थन किया था । लेखक धंयवाद नैशविले में त्सू मुख्य परिसर AREC में स्टाफ के सदस्यों, टेनेसी उनकी सहायता के लिए । मैगी के शुरुआती वर्जन को पढ़ने से Syversen ने मदद की । लेखक अपनी रचनात्मक टिप्पणियों और सुझावों के लिए अनाम समीक्षकों की सराहना करता है ।
Soil auger | AMS | 350.05 | For soil collection |
Screwdriver | Fisher Scientific | 19-313-447 | For soil collection |
Rope | Fisher Scientific | 19-313-429 | For delineating sampling zone |
FatMax 35 ft. Tape Measure | Home Depot | #215880 | For measuring distances |
Marking flag | Fisher Scientific | S99537 | For marking sampling locations |
Plastic Zipper Seal Storage Bag | Fisher Scientific | 09-800-16 | For soil collection |
Sharpie | Fisher Scientific | 50-111-3135 | For soil collection |
Marking pencil | Fisher Scientific | 50-294-45 | For recording data in field |
Lab notebook | Fisher Scientific | 11-903 | For recording data in field |
ArcGis 10.3 | ESRI | For producing kriging map | |
Sieve | Fisher Scientific | 04-881G | For sieving soil sample |