Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

الأرض أخذ عينات التربة في بحوث غير متجانسة

doi: 10.3791/58519 Published: January 7, 2019

Summary

ويحدد الإجراء عينات من التربة التقليدية عدد عينات التربة تعسفاً. هنا، نحن نقدم بسيطة لكنها فعالة تجمع تصميم عينات من التربة إثبات عدم تجانس التربة المكانية وتحديد الكمية عدد عينات التربة المطلوبة ودقة أخذ العينات المرتبطة بها.

Abstract

التربة الغاية غير متجانسة. وبصفة عامة، دائماً تحديد عدد عينات التربة اللازمة لأبحاث التربة تعسفاً ودقة المرتبطة بها غير معروف. نقدم هنا، بروتوكول مفصل للتربة تتسم بالكفاءة ومتفاوت المسافات أخذ العينات في مؤامرة لبحث، والاعتماد على عينات تجريبية باستخدام هذا التصميم، مما يدل على عدم تجانس التربة المكانية وإعلام أحجام العينة معقولة ودقة المقترنة دراسة في المستقبل. يتضمن البروتوكول أساسا أربع خطوات: أخذ العينات التصميم والجمع الميداني وتحليل التربة وتحليل الجيوإحصائية. يتم تعديل الإجراء خطوة بخطوة وفقا للمنشورات السابقة. ستعرض مثالين لإثبات التوزيعات المكانية المتناقضة للكربون العضوي في التربة (شركة نفط الجنوب) والكربون في الكتلة الحيوية الميكروبية التربة (أم بي سي) في إطار الممارسات الإدارية المختلفة. وباﻹضافة إلى ذلك، فإننا نقدم استراتيجية لتحديد متطلبات حجم العينة (SSR) نظراً لمستوى معين من الدقة استناداً إلى مستوى مؤامرة معامل الاختلاف (CV). بروتوكول أخذ العينات الميدانية، وتحديد كمي لحجم العينة ستساعد الباحثين في البحث عن استراتيجيات أخذ العينات الممكنة لتلبية الاحتياجات البحثية وتوافر الموارد.

Introduction

التربة هي الحيوية غير متجانسة عالية1،2. ويجري أخذ عينات التربة لجمع العينات الأكثر تمثيلاً وتميز حالة المغذيات لحقل أكبر قدر من الدقة وغير مكلفة قدر الإمكان. تقلب في طبقة من تربة يكمن في عدم تجانس التربة المكانية ودقة القياس الكمي. عند هو عدم مراعاة التباين المكاني في التربة، يمكن أن يؤدي عينات من التربة نموذجي خروجاً كبيرا من متوسط القيمة الحقيقية لمتغير التربة، حتى ولو كان تحليل التربة نفسها دقيقة للغاية3. لمؤامرة بحوث غير متجانسة، تقلب كثيرا ما أكثر أهمية مما يعني3؛ فسوف تكون تصميم عينات التي يمكن بدقة قياس كل تقلب ويعني المفضل.

عندما يتم تغيير التباين المكاني التربة كذلك بسبب الأراضي إدارة الممارسات4،،من56، من الصعب أكثر سلوك التربة أخذ العينات بطريقة دقيقة. ومع ذلك، تنشأ الشواغل أيضا فيما يتعلق بالاختلافات الكبيرة في متغيرات التربة الرئيسية (مثلاً، شركة نفط الجنوب وأم بي سي)7 التي تم نشرها لتسبب القيود الفقراء من معلمات النموذج الرئيسية التي تعتبر حاسمة بالنسبة لنموذج التربة العالمية الطويلة الأجل تغيير الإسقاطات في المناخ8،،من910. التكلفة لعينات من التربة لتحديد خصائص الحقل تقلب مشكلة رئيسية، سعى استراتيجية أخذ عينات تربة بسيطة وموثوق بها وفعالة.

هناك العديد من أساليب مختلفة لجمع عينات التربة الممثل في مؤامرة لبحث، ومزاياها وعيوبها ويرد في الجدول 1. في عينات تربة تقليدية (أي، أخذ عينات بسيطة وعشوائية)، يتم تنفيذ مجموعة عشوائية من عدد قليل من أكثر من 10 عينات التربة في مؤامرة لبحث. على وجه الخصوص، ويحدد عدد العينات في تصميم أخذ عينات تربة تقليدية دائماً تعسفاً وخطأ أخذ العينات المرتبطة بها (أي، الدقة) لا يزال غير معروف.

تصميم العينات ميزة العيب
أخذ عينات بسيطة وعشوائية عملية فعالة من حيث التكلفة، سريعة وغير مكلفة، معتمداً على نطاق واسع، سهلة، الأمثل في موقع متجانسة منخفض الدقة وعالية التباين، < 5 عينات
منهجية أخذ العينات درجة عالية من الدقة والاختلاف المعروف، الأمثل في موقع غير متجانسة كبيرة الحجم رقم العينة كبيرة وغير فعالة التكلفة
أخذ العينات الطبقية تقدير متوسط دقيق، عملية سهلة نسبيا، الأمثل لمنطقة متفاوت المسافات والطبقية تكلفة عدد عينة كبيرة وغير فعالة (عادة ما تكون أقل من العينات المنتظمة/الشبكة)
التركيب تقدير متوسط فعالة من حيث التكلفة، ودقيقة، عملية سهلة، الأمثل في موقع غير متجانسة التباين حقل غير معروف، > 3 عينات لمركب

الجدول 1: مزايا ومساوئ التربة الرئيسية أخذ عينات النماذج المعتمدة في الأوساط البحثية التربة- تم تلخيصها في الجدول من تان et al. 3وجونز12سوينسون et al. 11

بالمقارنة مع عينات بسيطة وعشوائية أو التركيب، يمكن تحقيق تصميم العينات المنتظمة والطبقية الوسائل بدقة عالية جنبا إلى جنب مع التقلبات المرتبطة بها (الجدول 1). ومع ذلك، فإنها تتطلب أخذ عينات التربة بصورة مكثفة (مثلاً، بعض العينات 100). عموما على الرغم من دقة، والثقة في، يزيد مستوى اختبار تربة مع مزيد من عينات التربة التي جمعت كل مؤامرة11، الحاجة إلى عدد كبير من عينات التربة لا ينطبق إلا دراسة واسعة النطاق5،11 ; أنها تتجاوز بكثير القدرة على تحمل معظم مشاريع بحثية في التربة، التي أجريت في حجم قطع الحقل بسبب القيود على الموارد. ويفضل تصميم عينات لتحقيق التوازن في ميزات وعيوب هذه الطرق المختلفة.

مسألة أساسية لتصميم عينات تربة لتحديد عدد عينات التربة المطلوبة ودقة المرتبطة بها نظراً للأسئلة البحثية والظروف الميدانية. على سبيل المثال، انخفاضا في عدد عينات التربة من الممكن في أقل المواقع المضطربة بينما لا يزال تحقيق نفس المستوى من الدقة6، مما يشير إلى حاجة إلى قياس صراحة إلى التباين المكاني (أي، طبيعة وحدوث تقلب التربة) السابقة التربة أخذ العينات3. في الواقع، ينصح لا أخذ العينات التجريبية هذه في معظم التصاميم أخذ عينات التربة. العلماء الميدانية تفشل غالباً الاعتراف بأهمية تقدير قوة إحصائية عند تصميم التجارب.

ويرد أسلوب أخذ عينات بسيطة وفعالة لتحسين دقة التجريبية في عينات من التربة، في هذه الدراسة. التصميم الجديد يجب تمكين توصيف دقيق لمستويات المغذيات في التربة وتقلب، بل أيضا، بالمحاسبة للتباين المكاني التربة، توفر طريقة كمية ليبلغ عدد عينات التربة ودقة أخذ العينات المرتبطة بها للبحث في المستقبل. تصميم أخذ عينات التربة الجديدة ينبغي أن تساعد الباحثين تحديد اختياري الاستراتيجيات التي تناسب احتياجاتهم أخذ العينات والبحوث. والهدف العام لهذا الأسلوب تزويد بيوجيوتشيميستس التربة وعلماء البيئة باتباع نهج كمي والتلاعب تحسين استراتيجيات أخذ عينات التربة في سياق البحث الميداني.

Protocol

1-تصميم العينات متفاوت المسافات في مؤامرة

  1. تحديد مناطق أخذ العينات داخل مؤامرة بحوث. تحديد عدد الشبكات المربعة مع متساوية الطول (أي، رقم 1؛ الشكل 3). استناداً إلى حجم وشكل الأرض البحوث، العدد المستهدف من الشبكات المربعة من المتوقع أن يكون ستة عشر حيث أن العدد الإجمالي لعينات التربة يتم التحكم أقل من 30 ضمن مؤامرة (راجع الخطوة 1، 3).
  2. علامة وسط كل شبكة مربعة (أي، centroid) وإنشاء منطقة لأخذ عينات دائرية يبلغ قطرها يساوي طول الجانب شبكة مربعة.
  3. الوقوف على centroid في منطقة دائرية بعيون مغلقة ورمي حجر صغير (أو كائن آخر مع الوزن) في اتجاه عشوائي والمسافة من centroid.
    1. إذا تم إسقاط الحجر خارج منطقة دائرية، نفعل ذلك مرة أخرى حتى يتم تحديد موقع أخذ العينات الأولى.
  4. كرر الخطوة 1، 3 حتى يتم الحصول على ثلاثة مواقع أخذ العينات العشوائية في منطقة دائرية.
  5. وضع علامات على ثلاثة مواقع أخذ العينات وعدد كل العلم (أي1 و 2 و 3).
  6. كرر الخطوات من 1.3-1.5 في سائر مناطق أخذ العينات دائرية حتى يتم تحديد جميع المواقع ومرقمة بترتيب تسلسلي (أي، 4، 5، 6، إلخ).

2-بعد القياسات وجمع التربة في مؤامرة

  1. اختر نقطة زاوية واحدة والتعرف عليه كالأصل لمنطقة أخذ العينات في المؤامرة.
  2. قياس المسافات الأفقية والرأسية لكل موقع من المواقع التي وضعت لها علامة بالنسبة للأصل وتسجيلها في دفتر الملاحظات ميدانية إحداثيات x و y .
  3. استخدام مثقب تربة لتأخذ نواة تربة (0-15 سم) من كل موقع من المواقع التي وضعت لها علامة، وتسمية الحقيبة على أساس عدد العلم. كرر هذه الخطوة حتى يتم أخذ النوى التربة التي وضعت لها علامة في جميع المواقع.
  4. للتقليل من تأثير أخذ العينات (مثلاً، تدوس على النباتات والتربة في الأرض)، ضمان أن الحقائب مع عينات التربة داخل الإقامة مع علمها كل منهما حتى تجميع جميع الحقائب في الأرض مرة واحدة في نهاية المجموعة.
  5. نقل عينات التربة في مبردات للمختبر وعملية كل نواة التربة في نفس اليوم.
  6. إزالة الجذور من كل نواة ومنخل أنه من خلال غربال تربة 2 مم، ومجانسة كل العينة الأساسية قبل أي تحليل دقيق.
  7. تحديد رطوبة التربة في كل عينة بفرن تجفيف عنها عن 24 ساعة عند 105 درجة مئوية وأرض عنها الهواء المجفف التربة إلى مسحوق ناعم لإجراء تحليل إجمالي كربون (C) باستخدام محلل عنصري4. مشتق استناداً إلى شركة نفط الجنوب على الرطوبة ومحتويات ج.
  8. وزن التربة الطازجة عنها (من كل 10 جرام) وقياس التربة أم بي سي من كلوروفورم التبخير-ك2حتى4 استخراج والبوتاسيوم فوق كبريتات الهضم أساليب5.
  9. الجمع بين dataset شركة نفط الجنوب وأم بي سي مع إحداثيات x و y استناداً إلى أرقام العلم في المؤامرة.

3-وصفية والتحليلات الجيوإحصائية في مؤامرة

  1. لكل متغير من شركة نفط الجنوب وأم بي سي، حساب الحد الأدنى، والحد الأقصى، يعني، والوسيط، والانحراف المعياري، فضلا عن معامل الاختلاف (CV).
  2. لكل متغير من متغيرات، بإجراء مجموعة من تحليل الجيوفضائية (أي، الاتجاه سطحية التحليل وترابط تلقائي وخريطة كريجينج) لتصوير نمط السطح الأساسي وتقلب مقياس غرامة، والتوزيع المكاني. يمكن الاطلاع على تفاصيل النهج تحليلات الجيوإحصائية في المنشورات السابقة4،5.

4-استكشاف الاشتراكية السوفياتية ودقة أخذ العينات المرتبطة بها في مؤامرة

  1. ارسم بإصلاح قطاع الأمن والخطأ النسبي (γ) استناداً إلى السيرة الذاتية التي تم الحصول عليها في مؤامرة. داخل كل قطعة، قد سجل تحول الاشتراكية السوفياتية والخطأ النسبي (γ) علاقة خطية سلبية (المعادلات 1-3). استناداً إلى العلاقة (المعادلة 3)، يمكن تحديد عدد العينات المطلوبة لدقة المحدد:
    Equation 1 
    Equation 2 
    Equation 3
    هنا, CI, Equation 6 , s, n, N، و السيرة الذاتية، والدلالة فاصل الثقة، يعني مؤامرة، مؤامرة الانحراف المعياري، ورقم العينة، معامل الاختلاف، والخطأ النسبي، على التوالي؛ t 0.975 = 1.96. شرط حجم عينة تحويل سجل (ن) له علاقة خطية سلبية (أي، المنحدر =-2) مع الخطأ النسبي تحويل سجل (γ).
  2. تطبيق العلاقة المذكورة أعلاه لأخذ العينات مستقبلا في مؤامرة بحساب N في المعادلة 3 تحت دقة المطلوبة (مثلاً، الخطأ النسبي [γ]). أو لعدد معين من عينات التربة التي جمعت بالفعل في مؤامرة، تطبيق العلاقة لاشتقاق في دقة المرتبطة بها.

Representative Results

وقد استخدم النهج المذكور أعلاه في حالتين إفراديتين، واحدة في منطقة الريف بجنوب الولايات المتحدة، وأخرى في "ولاية تينيسي الأوسط".

في منطقة جنوب بيدمونت الريفية، تم اختيار ثلاثة أنواع استخدام الأراضي، بما في ذلك الغابات 1) غير المزروعة جوز البلوط خشبية، 2) تزرع الحقول تستخدم فيها الحراثة التقليدية والتسميد سنوياً لإنتاج الذرة والقمح، والذرة، و 3). غابات الصنوبر أولدفيلد كل منها حوالي 50 سنة في العمر منذ زراعة الأخير4. وتم تحديد ثلاث قطع منسوخة بشكل مستقل 30 × 30 م من المنطقة لكل استخدام الأراضي. في كل الأرض، تم تطبيق تصميم أخذ عينات تربة كتلة (الشكل 1). وكان كل منطقة دائرية على مسافة 5 أمتار شعاعي من كل centroid. وجمعت النوى سبعة وعشرون من كل تسع قطع والنوى 81 الواحدة واستخدام الأراضي، والنوى 243 في المجموع. شركة نفط الجنوب كان كمياً بمحلل CHN. وكان الاستنتاج الرئيسي أن الأراضي المزروعة هوموجينيزيس إلى حد كبير إلى التباين المكاني من شركة نفط الجنوب و المتغيرات الأخرى4. الجمهورية الاشتراكية السوفياتية تختلف فيما بين استخدامات الأرض مع ترتيب تصاعدي عموما كالغابات أولدفيلد > إعادة إنشاء غابة الصنوبر > زراعة الأراضي الصالحة للفلاحة (الشكل 2). والاستثناءات هي أن قطعة واحدة من الغابات الخشبية كان الاشتراكية السوفياتية صغيرة كالأرض المزروعة، وكان واحد باين مؤامرة الاشتراكية السوفياتية كبيرة مثل الأرض الصلبة (الشكل 2). أخذ γ = 0.1 أو 10% على سبيل مثال، الاشتراكية السوفياتية كان 4 و 10، و 30 (أراضي المحاصيل المزروعة)، 80، 85، و 300 (غابة الصنوبر)، و 25، 200 و 350 (خشبية). إلا إذا تم جمع ثلاث عينات من التربة في جميع المؤامرات، كان من الخطأ النسبي ~ 10% إلى 30% (أراضي المحاصيل المزروعة) و ~ 50%-80% (غابة الصنوبر) ~ 28%-100% (خشبية).

Figure 1
الشكل 1 : مثال لتصميم عينات عشوائية متفاوت المسافات ضمن مؤامرة بحوث 30 × 30 م في الغابات التجريبية "كالهون، اتفاقية استكهولم، الولايات المتحدة الأمريكية"4- تمثل الدوائر مليئة سينترويدس (n = 9). دائرة متقطع كبير يمثل محيط centroid واحد أخذ العينات (نصف قطرها = 5 م). وتمثل Xs عينة مواقع مصممة من الاتجاهات المختارة عشوائياً والمسافات من centroid. وقد تم تعديل هذا الرقم من لي et al. 4- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : الأرض اشتراط حجم العينة (SSR) والخطأ النسبي (γ) لشركة نفط الجنوب الغابات الخشبية، وغابات الصنوبر وأراضي المحاصيل المزروعة. تم تطبيق مقياس لوغاريتمي على كلا محاور. وتمثل الخطوط المنقطة التربة المزروعة وتربة غابات الصنوبر خطوط رمادية وتربة الغابات الخشبية خطوط داكنة. تتوافق مع ثلاثة خطوط مختلفة لكل استخدام الأراضي إلى ثلاث قطع نسخ متماثل. وقد تم تعديل هذا الرقم من لي et al. 4 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

في "البحوث الزراعية الحرم الجامعي الرئيسي جامعة الدولة تينيسي" (تسو) ومركز الإرشاد (AREC) في ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية (36.12 شمالا، 36.98 درجة غربا، ارتفاع 127.6 م) في عام 2011، أنشئ حقل switchgrass التجربة مع ثلاث التسميد النيتروجين (N) تصميم العلاجات في كتلة عشوائية5. نوع المحاصيل بتنوع 'هايلاندر' الشرقية 'ألامو' switchgrass (دخن عصوي L.). تشمل العلاجات ن ثلاثة ن لا مدخلات الأسمدة ن الأسمدة الإدخال (NN)، منخفضة (LN: 84 كجم من N هكتار-1 في اليوريا)، وارتفاع مدخلات الأسمدة N (حماد: 168 كجم من N هكتار-1 في اليوريا). داخل كل الأرض، تحديد منطقة مستطيلة من المنطقة 2.75 x 5.5 متر وكذلك مقسمة إلى ثماني شبكات مربعة 1.375 x 1.375 م. داخل كل منطقة دائرية، حدد centroid، وجمعت النوى الثلاث باتجاه عشوائي والمسافة بالنسبة إلى كل centroid (الشكل 3). وهكذا جمعت مجموعة نوى 24 من كل من المؤامرات 12، تسفر عن 288 التربة النوى. وكان كمياً أم بي سي في كل نواة باستخراج كلوروفورم K2SO4 التبخير وأساليب الهضم فوق كبريتات البوتاسيوم. وكان الاستنتاج الرئيسي أن التسميد النيتروجيني عموما المحسن إلى التباين المكاني في أم بي سي في الأراضي المزروعة switchgrass. وكانت الجمهورية الاشتراكية السوفياتية عموما أكبر مع التسميد (الشكل 4). استثناء واحد أن الجمهورية الاشتراكية السوفياتية لمؤامرة حماد كان أقل من مؤامرة NN (الشكل 4). أخذ γ = 0.1 أو 10% على سبيل مثال، الاشتراكية السوفياتية كان 10 و 20 في قطعتي منسوخة (NN) و 30 و 50 (LN)، و 15 و 70 (حماد). إلا إذا تم جمع ثلاث عينات من التربة في جميع المؤامرات، كان من الخطأ النسبي ~ 20%-25% (NN) و % ~ 26-35% (LN) ~ 20 ٪-40 ٪ (خشبية).

Figure 3
الشكل 3 : شكل توضيحي لتصميم عينات عشوائية متفاوت المسافات ضمن مؤامرة 2.75 x 5.5 متر في موقع تجريبي إخصاب في مركز البحوث الزراعية جامعة الدولة تينيسي (تسو) في ناشفيل، تينيسي، الولايات المتحدة الأمريكية- تمثل الدوائر مليئة سينترويدس (n = 8) وكل قطعة تتكون من ثمانية سينترويدس في كل شبكة مربعة (من م 1.375 x 1.375). وفي كل حبكة فرعية، تم تحديد منطقة دائرية لعينات من التربة. وتمثل Xs عينة مواقع مصممة من اتجاهات عشوائية والمسافات من centroid داخل كل منطقة دائرية أخذ العينات (دائرة متقطعة). وقد تم تعديل هذا الرقم من لي et al. 5 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : الأرض اشتراط حجم العينة (SSR) والخطأ النسبي (γ) على أم بي سي تحت ثلاثة علاجات الإخصاب. تم تطبيق مقياس لوغاريتمي على كلا محاور. وتمثل الخطوط المنقطة التربة المزروعة وتربة غابات الصنوبر خطوط رمادية وتربة الغابات الخشبية خطوط داكنة. NN = لا سماد N المدخلات؛ LN = السماد N منخفضة المدخلات؛ وحماد = مدخلات الأسمدة ن عالية. تتوافق مع اثنين من خطوط مختلفة لكل استخدام الأراضي على قطعتي نسخ متماثل. وقد تم تعديل هذا الرقم من لي et al. 5- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

طريقة أخذ عينات التربة التقليدية تفتقر إلى أساس كمي وأدت إلى الدقة غير معروف، بينما تشارك مجموعات التربة بصورة مكثفة استراتيجيات أخذ العينات أكثر تقدما والناجمة عن التكاليف الباهظة لمعظم بحوث التربة على نطاق الأرض حقل. تصميم عينات بسيطة وفعالة وموثوق بها ينبغي أن تكون أداة مفيدة تحقيق التوازن بين كل الأساليب المذكورة آنفا، والأهم من ذلك، أبلغ بطريقة كمية لتحديد العدد المطلوب بموجب بعض الدقة من أجل احتياجات المستقبل أخذ العينات. ومع ذلك، هذا تصميم أخذ عينات ما زالوا مفقودين. هنا، قدم أسلوب للتعامل مع إجراءات أخذ عينات متفاوت المسافات لقياس التباين المكاني التربة، والاعتماد على هذا التصميم، يبلغ عدد عينات التربة المطلوبة لأخذ العينات المقبلة تحت الدقة المحددة. هناك اثنين من الخطوات الحاسمة ضمن البروتوكول. الأول هو تحديد مجال أخذ العينات وتحديد منطقة أخذ العينات في منطقة الأرض المعطاة. لأنه يمكن أن تختلف بالبعد والشكل من مؤامرة بحثية محددة من دراسة واحدة إلى آخر، ينبغي تعديل عدد وطول الشبكة مربعا تمثل منطقة أخذ العينات تناسب خصائص الأرض وتغطي مساحة الأرض إلى أقصى حد ممكن. بشكل عام، ينبغي أن تكون محدودة إلى ثمانية إلى عشرة عدد الشبكات المربعة حيث أنه سيتم جمع عينات التربة 24-30 في قطعة أرض معينة. هذا أقل كثافة العينات شرط مقبول لدراسة تجريبية في مؤامرة. الخطوة الحاسمة الثانية لتحديد عدد العينات المطلوبة بموجب دقة محددة. على الرغم من أن يمكن اشتقاق عدد عينات التربة تحت دقة المطلوبة في الاستناد إلى استراتيجية أخذ العينات التجريبية، الموارد المتاحة الأخرى تحتاج إلى أن تستأثر (مثلاً، والتكلفة والعمالة والموظفين). إذا تجاوز عدد عينات التربة المطلوبة الدقة المطلوبة القدرة على تحمل التكاليف، ينبغي تخفيض الدقة المطلوبة حيث أنه يمكن إعادة حساب عدد عينات التربة. يجب تكرار عمليات إعادة الحساب حتى يتم تحقيق أفضل ملائمة لتحقيق التوازن بين الدقة المطلوبة والموارد المتاحة.

يمكن بسهولة تعديل البروتوكول لتناسب الشكل المحدد، والمنطقة، وموقع من مؤامرة للبحث. حتى في إطار مؤامرة غير نظامية أو مساحة الأرض كبيرة جداً أو صغيرة، يمكن أن يؤديها الإجراء إلى التحكم في حجم الشبكة المربعة لتغطية الجزء الأكبر من مساحة الأرض. من ناحية أخرى، عندما يتم جمع عينات التربة خارج منطقة دائرية أخذ العينات في المؤامرة، يمكن أن يكون لا يزال يمثلن في التحليل الوصفي والجيواحصائيه. مرونة البروتوكول في هذا الشأن من المفيد كما أنه يمكن، وبالتالي، خفض تكاليف أخذ العينات.

قيداً هاما لهذا الأسلوب هو أن عدد عينات التربة اللازمة لبعض الدقة سيتوقف على مستوى الأرض السيرة الذاتية التي تحددها مجموعة من 24-30 عينات التربة في أخذ عينات التربة التجريبية. لمؤامرة متغايرة جداً، عينات 30 أو أقل يمكن أن تنتج السيرة ذاتية أكبر من ذلك استناداً إلى عدد أكبر من العينات (> 30). كنتيجة لذلك، سيكون عدد عينات التربة التي تحسب بنفس دقة أكبر. هو عدد عينات التربة اللازمة لدقة نفس سوف المغالاة في المؤامرة. للحصول على قطعة متجانسة إلى حد كبير، سوف تنتج عدد أصغر من عينات الأرض مستوى السيرة ذاتية مشابهة لعينات 30، وهكذا، أدى إلى المبالغة في تقدير الحاجة إلى الموارد. لذلك، لهذه المؤامرات متجانسة أو غير متجانسة للغاية، التربة العينة عدد (أي30 أو أقل) المقترح في تصميم العينات التجريبية قد يؤدي الاستثمار لا لزوم لها في مرحلة أخذ العينات التجريبية أو في المستقبل أخذ العينات.

علينا أن نظهر مزايا هامة لاستراتيجية أخذ عينات التربة متفاوت المسافات. استراتيجية أخذ عينات تربة موثوقة وميسورة التكلفة للحصول على تربة التباين المكاني ويقدم بطريقة كمية لاستخلاص العدد عينات التربة المطلوبة دقة معينة المطلوب. على الرغم من أن قطاع المكثفة أو أخذ العينات الطبقية قد تقدم وصفاً أفضل للتباين المكاني، تكلفة إجراء مثل هذه العينات مرتفع للغاية لمعظم الدراسات للتربة. أخذ العينات التقليدية هو إجراء تعسفي ويفتقر إلى أي أساس كمي لأخذ عينات من الدقة. البروتوكول الحالي أعلى بسبب أقل شرط أخذ العينات مكثفة، سهولة في التشغيل في الميدان، السلطة للكشف عن الأنماط المكانية استخدام أساليب التحليل الجيوإحصائية صارمة، والقدرات لتحديد حجم العينة نظراً لأي كمياً الدقة المطلوبة. سوف تسمح معرفة حجم العينة المطلوبة لدقة أخذ عينات خاصة الباحثين لوضع استراتيجية الاستثمار في الجهود أخذ عينات التربة.

استخدام إجراء أخذ العينات متفاوت المسافات كفاءة يسمح اختبار صارم للتباين المكاني التربة ويحسن قدرة العلماء على إجراء أخذ عينات التربة بدقة. طبيعة استراتيجية أخذ عينات التربة أقل كثافة وكمية سيمكن تطبيقها على نطاق واسع في الأوساط البحثية في التربة. ونظرا لعدم تجانس التربة يحتمل تغيير المكانية تحت التغيرات العالمية السريعة، قد تختلف شرط عينة التربة نفس دقة أخذ العينات في مؤامرة لبحث مع مرور الوقت. وقد يتفاوت عدد العينة المقترحة في تصميم العينات التجريبية مع مختلف أنواع التربة والنظم الإيكولوجية. وتشمل التطبيقات المستقبلية التي يمكن أن تنشأ عن هذا العمل تحديد عدد العينات للتربة محددة أو النظم الإيكولوجية. وبالتالي، هناك حاجة إلى المزيد من العمل التجريبي على التطبيق وتحديد الأسلوب في مختلف أنواع التربة والنظم الإيكولوجية. تطبيقات واسعة وطويلة الأجل قد تساعد في تحديد شرط حجم عينة عامة لنظم إيكولوجية محددة، التي يمكن التوصية بها للباحثين التربة.

Disclosures

ليس له علاقة بالكشف عن صاحب البلاغ.

Acknowledgments

هذه الدراسة كانت مدعومة بتمويل من لنا وزارة للزراعة إيفانز-الين "منحة" (رقم 1005761). صاحب البلاغ بفضل الموظفين في AREC تسو الحرم الجامعي الرئيسي في ناشفيل، تينيسي لمساعدتها. ماغي سيفيرسين ساعد بقراءة النسخة الأولى من المخطوطة. وتقدر مقدم البلاغ المراجعين المجهولين على التعليقات البناءة واقتراحاتها.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Young, I. M., Crawford, J. W. Interactions and Self-Organization in the Soil-Microbe Complex. Science. 304, (5677), 1634-1637 (2004).
  2. Masoom, H., et al. Soil Organic Matter in Its Native State: Unravelling the Most Complex Biomaterial on Earth. Environmental Science and Technology. 50, (4), 1670-1680 (2016).
  3. Tan, K. Soil Sampling, Preparation, and Analysis. CRC Press. Boca Raton, FL. (2005).
  4. Li, J. W., Richter, D. D., Mendoza, A., Heine, P. Effects of land-use history on soil spatial heterogeneity of macro- and trace elements in the Southern Piedmont USA. Geoderma. 156, (1-2), 60-73 (2010).
  5. Li, J., et al. Nitrogen Fertilization Elevated Spatial Heterogeneity of Soil Microbial Biomass Carbon and Nitrogen in Switchgrass and Gamagrass Croplands. Scientific Reports. 8, (1), 1734 (2018).
  6. Chung, C. K., Chong, S. K., Varsa, E. C. Sampling Strategies for Fertility on a Stoy Silt Loam Soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 26, (5-6), 741-763 (1995).
  7. Luo, Y. Q., et al. Toward more realistic projections of soil carbon dynamics by Earth system models. Global Biogeochemical Cycles. 30, (1), 40-56 (2016).
  8. Li, J., Wang, G., Allison, S., Mayes, M., Luo, Y. Soil carbon sensitivity to temperature and carbon use efficiency compared across microbial-ecosystem models of varying complexity. Biogeochemistry. 119, (1-3), 67-84 (2014).
  9. Conant, R. T., Ogle, S. M., Paul, E. A., Paustian, K. Measuring and monitoring soil organic carbon stocks in agricultural lands for climate mitigation. Frontiers in Ecology and the Environment. 9, (3), 169-173 (2011).
  10. Wieder, W. R., Bonan, G. B., Allison, S. D. Global soil carbon projections are improved by modelling microbial processes. Nature Climate Change. 3, (10), 909-912 (2013).
  11. Swenson, L. J., Dahnke, W. C., Patterson, D. D. Sampling for Soil Testing. North Dakota State University, Department of Soil Sciences. Research Report 8 (1984).
  12. Jones, J. Laboratory Guide for Conducting Soil Tests and Plant Analysis. CRC Press. Boca Raton, FL. (2001).
الأرض أخذ عينات التربة في بحوث غير متجانسة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, J. Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot. J. Vis. Exp. (143), e58519, doi:10.3791/58519 (2019).More

Li, J. Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot. J. Vis. Exp. (143), e58519, doi:10.3791/58519 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter