הנוהל אדמת-דיגום המסורתית קובעת את מספר דגימות. אדמה באופן שרירותי. כאן, אנו מספקים פשוט אך יעיל מקובצים באשכולות עיצוב דיגום קרקע להדגים הטרוגניות מרחבי אדמה ולקבוע באופן כמותי מספר דגימות. אדמה נדרש דיוק דגימה המשויך.
קרקעות הם מאוד הטרוגנית. באופן כללי, מספר דגימות. אדמה הנדרשים למחקר אדמה תמיד נקבע באופן שרירותי, דיוק המשויכת אינה ידועה. כאן, אנו מציגים עבור קרקע באשכולות ויעילה דגימה בחלקה מחקר ועיבוד, בהסתמך על מדגם פיילוט באמצעות עיצוב זה, הוכחת הטרוגניות מרחבי אדמה ולהודיע גודל מדגם סביר ודיוק המשויך עבור פרוטוקול מפורט מחקר עתידית. הפרוטוקול בעיקר כוללת ארבעה שלבים: דגימה עיצוב, שדה, עכירות, וניתוחו geostatistical. התהליך צעד אחר צעד משתנה על פי פרסומים לשעבר. שתי דוגמאות יוצגו להפגין מנוגדים הפצות המרחבי של פחמן אורגני אדמה (SOC) פחמן ביומסה מיקרוביאלית בקרקע (MBC) תחת לשיטות ניהול שונים. בנוסף, אנו מציגים אסטרטגיה כדי לקבוע את הדרישה גודל המדגם (הסובייטית) נתון רמה מסוימת של דיוק המבוסס על ערך מקדם עלילה ברמת וריאציה (CV). פרוטוקול דגימה שדה, קביעת גודל המדגם כמותיים יסייעו חוקרים המבקשים דגימה ריאלי אסטרטגיות כדי לענות על הצרכים המחקר ואת זמינות המשאבים.
קרקעות הם מאוד הטרוגנית biomaterials1,2. דיגום קרקע מבוצע כדי לאסוף דגימות קנאס ולאפיין את המצב התזונתי של שדה במדויק ובזול ככל האפשר. השתנות בקרקע טמון קרקע הטרוגניות המרחבי והדיוק של כימות. כאשר וריאציה המרחבי בקרקע לא נלקחת בחשבון, דיגום קרקע טיפוסי יכול לגרום סטייה משמעותית הערך הממוצע האמיתי של הקרקע משתנה, גם אם עכירות עצמו הוא מאוד מדויקת3. מגרש מחקר הטרוגנית, השתנות זו לעתים קרובות יותר חשוב ממה אומר3; כלומר, עיצוב דגימה יכול למדוד את שניהם השתנות במדויק, מתכוון יהיה מועדף.
כאשר וריאציה מרחבי אדמה נוספת משתנה בשל קרקע ניהול שיטות4,5,6, קשה יותר לנהל את אדמת דגימה באופן מדויק. עם זאת, גם עולה חשש לגבי הווריאציות גדול במשתני מפתח קרקע (למשל, SOC, MBC)7 זה מופצים לגרום המסכן אילוצים של פרמטרים מפתח מודל אשר הם קריטיים עבור דגם אדמה הגלובלית לטווח ארוך תחזיות תחת אקלים לשנות8,9,10. כמו העלות של דיגום קרקע כדי לאפיין את השתנות השדה הוא בעיה מפתח, מתבקשת אסטרטגיה דיגום קרקע פשוט, אמין ויעיל.
ישנן גישות שונות רבות באיסוף דגימות. אדמה נציג בחלקה מחקר, יתרונות וחסרונות מסוכמים בטבלה1. ב מדגם אדמה מסורתי (קרי, דגימה אקראית ופשוט), אוסף מקרי של כמה כדי דגימות אדמה יותר מעשרה מתבצע על מגרש מחקר. בפרט, מספר דוגמאות בעיצוב דיגום קרקע מסורתיות של תמיד נקבע באופן שרירותי, השגיאה המשויכים דגימה (קרי, דיוק) אינו ידוע.
עיצוב דגימה | יתרון | חיסרון |
דגימה אקראית ופשוט | העלות האפקטיבית, מהירה, זולה, אומץ באופן נרחב, קל המבצע, מיטבית באתר הומוגנית | נמוכה וריאציה גבוהה, ודיוק < דגימות 5 |
דגימה שיטתית | רמת דיוק גבוהה, וריאציה ידועה, מיטבית באתר הטרוגנית בקנה מידה גדול | עלה מספר הדגימה יעילות, בחור גדול |
דגימה מרובדת | אומדן מדויק מרושע, הפעלה קלה יחסית, אופטימלית עבור אזור באשכולות, מרובדת | עלה מספר הדגימה יעילות, גדול (בדרך כלל פחות דגימה שיטתית/רשת) |
קומפוזיציה | אומדן רשע העלות האפקטיבית, מדויק, הפעלה קלה, מיטבית באתר הטרוגניות | וריאציה שדה לא ידוע, > 3 דוגמאות עבור הפרדות צבע |
טבלה 1: היתרונות והחסרונות של הקרקע הגדולות דגימה עיצובים אימצה את קהילת המחקר אדמה. הטבלה יש כבר מסוכמים של טאן. et al. 3, ג’ונס12ו סוונסון. et al. 11
לעומת דגימה אקראית ופשוט או קומפוזיציה, דגימה מרובדת ושיטתית עיצובים ניתן להשיג באמצעים עם רמת דיוק גבוהה יחד עם השתנות המשויך (טבלה 1). עם זאת, הם ידרשו דיגום קרקע אינטנסיביים (למשל, כמה דוגמאות 100). למרות הדיוק, ועל ביטחון, מגביר רמת הבדיקה אדמה עם דגימות קרקע נוספות שנאספו לכל מגרש11, הדרישה מספר גדול של דגימות. אדמה היא בדרך כלל רק ישימה עבור המחקר בקנה מידה גדול5,11 ; זה הרבה מעבר סבירים במיוחד של רוב הקרקע מחקרים שנערכו קנה המידה של חלקות השדה בשל אילוצי משאבים. עיצוב דיגום הוא העדיף כדי לאזן את יתרונות וחסרונות של שיטות שונות אלה.
סוגיה מרכזית עבור עיצוב דיגום קרקע היא לקבוע את מספר דגימות. אדמה נדרש ודיוק המשויך נתן את שאלות המחקר ואת תנאי המגרש. למשל, צמצום מספר דגימות. אדמה אפשרית ב פחות מופרע אתרים תוך השגת עדיין את אותה רמת דיוק6, רומז צורך לכמת באופן מפורש של הטרוגניות המרחבי (קרי, טבע, מופע של ראש המנזר קרקע דגימה3השתנות אדמה). למעשה, אין דגימה נסיוני כזה מומלץ רוב העיצובים דיגום קרקע. מדענים שדה לעתים קרובות נכשלים לזהות את החשיבות בהערכת עוצמה סטטיסטית, כאשר הם תכנון ניסויים.
כדי לשפר את הקשיחות ניסיוני בדגימה אדמה, מוצגת שיטה פשוטה ויעילה הדגימה במחקר זה. העיצוב החדש יהיה לא רק לאפשר אפיון מדויק אדמה מזין רמות ולשינויים אלא גם, על ידי הנהלת חשבונות עבור הטרוגניות מרחבי אדמה, לספק דרך כמותיים כדי ליידע את מספר דגימות. אדמה ואת הדיוק דגימה המשויך למחקר עתידי. העיצוב החדש של דיגום קרקע צריך לעזור לחוקרים לזהות אסטרטגיות אופציונלי שמתאימים לצרכים שלהם דגימה ומחקר. המטרה הכוללת של שיטה זו היא לספק קרקע biogeochemists אקולוגים עם גישה כמותית ומניפולטיבי לייעל אסטרטגיות דיגום קרקע בהקשר של עבודת שדה.
שיטת דיגום קרקע מסורתיות חסרה בסיס כמותי והוביל דיוק לא ידוע, ואילו האסטרטגיות דגימה מתקדם יותר מעורב אוספים קרקע אינטנסיביים, המושרה שאיננו עלויות עבור רוב המחקרים אדמה את המשקל מגרש שדה. עיצוב פשוט, יעיל, ו אמינים הדגימה צריך להיות כלי שימושי כדי לאזן את שתי השיטות הנ ל, וחשוב מכך, להודיע דרך כמותיים כדי לקבוע את המספר הנדרש תחת מסוימים דיוק למען צרכים עתידיים-הדגימה. אולם, עיצוב כזה הדגימה היא עדיין נעדרת. . הנה, שיטה לטיפול הליך הדגימה באשכולות לכמת הטרוגניות מרחבי אדמה הוצג ו, להסתמך על העיצוב הזה, כדי ליידע את מספר דגימות. אדמה הנדרש לדיגום עתידי תחת דיוק מסוים. ישנם שני שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול. הראשון הוא לקבוע את אזור הדגימה ולזהות את אזור הדגימה באזור מגרש נתון. כי הממדים והצורה של מגרש מחקר ספציפי יכול להשתנות מחקר אחד למשנהו, מספר ואורך הרשת מרובע המייצג את אזור הדגימה צריכה להיות שונה כדי ביותר להתאים את מאפייני עלילה ולכסות אזור ההתוויה ככל האפשר. באופן כללי, מספר מחותם צריכה להיות מוגבלת עד שמונה עד עשר כך דגימות. אדמה 24-30 ייאספו בתוך מגרש נתון. זה פחות אינטנסיבי דגימה דרישה מקובל עבור מחקר פיילוט בחלקה. השלב הקריטי השני הוא כדי לקבוע מספר דוגמאות הנדרש תחת דיוק מסוים. למרות מספר דגימות. אדמה תחת הדיוק הרצויה ניתן לגזור מבוסס על האסטרטגיה דגימה פיילוט, משאבים זמינים אחרים צריכים להיות אחראים (למשל, עבודה, עלויות, ואנשי). אם מספר דגימות. אדמה הדרושות הדיוק הרצויה חורג של מקלחון, הדיוק הרצויה צריך להיגרע כך מספר דגימות. אדמה יכול להיות מחושבים מחדש. החישובים מחדש יש לחזור עד מיטבית מושגת לאזן את הדיוק הרצויה ואת המשאבים הזמינים.
הפרוטוקול ניתן לשנות בקלות כדי להתאים את צורה ספציפיים, אזור ומיקום של מגרש מחקר. אפילו בתוך עלילה לא סדיר או אזור ההתוויה מאוד גדול או קטן, התהליך יכול להתבצע על ידי בקרה על גודלו של רשת מרובע כדי לכסות את רוב אזור התוויית הנתונים. מצד שני, כאשר דגימות. אדמה נאספים מעבר אזור הדגימה מעגלית בעלילה, הם יכולים להיות עדיין אחראים בניתוח תיאורי ו- geostatistical. הגמישות של הפרוטוקול בהקשר זה יש יתרון זה יכול, ובכך גם להפחית את העלות של הדגימה.
מגבלה חשוב של שיטה זו הוא כי מספר דגימות. אדמה נדרש דיוק מסוימים יהיה תלוי רמת מגרש CV נקבע על ידי קבוצה של 24-30 דגימות אדמה בדגימה אדמת פיילוט. מגרש הטרוגנית מאוד, דוגמאות 30 או פחות, יכולים לייצר קורות חיים גדול יותר מאשר זה מבוסס על מספר רב יותר של דוגמאות (> 30). כתוצאה מכך, מספר דגימות. אדמה לחשב את הדיוק זהה יהיה גדול. כלומר, מספר דגימות. אדמה הנדרש על הדיוק זהה טיפשה או בחלקה. מגרש מאוד הומוגנית, מספר קטן יותר של דוגמאות יהיה לייצר מגרש רמת קורות חיים דומה דגימות 30, לפיכך, וכתוצאה מכך הערכה מופרזת של צורך משאבים. לכן, עבור חלקות אלה מאוד הטרוגניות או הומוגניות, קרקע מדגם מספר (קרי, 30 או פחות) הציע בעיצוב דגימה פיילוט עלול לגרום השקעות מיותרות בשלב הדגימה פיילוט או בדגימה בעתיד.
נדגים יתרונות משמעותיים של האסטרטגיה דיגום קרקע באשכולות. הוא מספק דיגום קרקע אמינה ובמחיר אסטרטגיה להשגת הטרוגניות מרחבי אדמה ומציע דרך כמותיים כדי להפיק מספר דגימות. אדמה הדרושות הדיוק הרצויה מסוימים. למרות רצועת אינטנסיבית או דגימה מרובדת עשוי לספק תיאור טוב יותר של וריאציה המרחבי, העלות של ביצוע דיגום כזה הוא גבוה מדי עבור רוב המחקרים קרקע. דגימה המסורתית היא שרירותית, חסר כל בסיס כמותי דגימה דיוק. בפרוטוקול הנוכחי הוא עליון עקב שלה פחות אינטנסיבי דגימה דרישה, נוחות בהפעלתה בשטח, כוח כדי לחשוף דפוסים מרחבית באמצעות שיטות ניתוח קפדני geostatistical והקיבולת באופן כמותי לקבוע גודל המדגם נתן למישהו הדיוק הרצויה. הידע של גודל המדגם נדרש דיוק דגימה מסוים יאפשר חוקרים לתכנונים ההשקעה שלהם במאמצים דיגום קרקע.
העסקת את הליך יעיל דגימה באשכולות מאפשר בדיקות קפדניות של הטרוגניות המרחבי קרקע ומשפר את היכולת המדענים לבצע דיגום קרקע עם דיוק. הטבע פחות אינטנסיבית, תפוקה של האסטרטגיה דיגום קרקע יאפשר היישום שלה רחב בקהילות מחקר קרקע. בהתחשב הטרוגניות המרחבי של אדמה סביר להניח מסולף תחת שינויים כלליים מהירה, הדרישה דגימת קרקע דיוק דגימה באותו מגרש המחקר עשוי להשתנות במשך הזמן. מספר הצעת מדגם בעיצוב דגימה טייס עשוי להשתנות עם מערכות אקולוגיות ובעונות שונות. יישומים עתידיים יכול העולות מהעבודה הזו כוללים קביעת המספר מדגם ספציפי קרקעות או מערכות אקולוגיות. לפיכך, בהמשך עבודה אמפירית נחוץ על היישום, זיהוי של השיטה קרקעות שונים, מערכות אקולוגיות. יישומים לטווח ארוך ורחב עשוי לעזור לזהות דרישה גודל דגימת כלליים עבור מערכות אקולוגיות ספציפיים, אשר ניתן להמליץ על אדמת חוקרים.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי מימון מן אותנו המחלקה של חקלאות אוונס-אלן מענק (מספר 1005761). המחבר תודה חברי סגל-אלק הקמפוס הראשי של טסו בנשוויל, טנסי לסיוע שלהם. מגי Syversen עזר על-ידי קריאת הגירסה המוקדמת של כתב היד. הסופר מעריך הבודקים אנונימי עבור הערות בונה והצעות שלהם.
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 |