Den tradisjonelle jord-prøve prosedyren angir antall jordprøver vilkårlig. Her gir vi en enkel men effektiv gruppert jord-prøve design å demonstrere jord romlige heterogenitet og kvantitativt bestemme antall jordprøver kreves og tilknyttede prøvetaking nøyaktigheten.
Jordsmonnet er svært heterogen. Vanligvis antall jordprøver kreves for jord forskning har alltid blitt bestemt vilkårlig og tilknyttede nøyaktigheten er ukjent. Her presenterer vi en detaljert protokoll for effektiv og gruppert jord prøvetaking i et forskning plott, og stole på en pilot utvalg med dette motivet, for demonstrere jord romlige heterogenitet og informere rimelig utvalgene og tilknyttede nøyaktighet for fremtidige studie. Protokollen hovedsakelig består av fire trinn: prøvetaking design, feltet innsamling, analyse jord og geostatistical analyse. Fremgangsmåten er endret etter tidligere publikasjoner. To eksempler vil bli presentert for å demonstrere kontrasterende romlige distribusjoner av jord organisk karbon (SOC) og jord mikrobiell biomasse karbon (MBC) under forskjellige metoder. I tillegg presenterer vi en strategi for å bestemme prøven størrelsen kravet (SSR) gitt et visst nivå av nøyaktighet basert på den tomt nivå variasjonskoeffisienten (CV). Feltet prøvetaking protokollen og kvantitative fastsettelse av utvalgsstørrelsen vil assistere forskere i søker mulig utvalg strategier for å møte behov og ressursenes tilgjengelighet.
Jordsmonnet er svært heterogen biologisk materiale1,2. Jord prøvetaking er utført for å hente de mest representative utvalgene og prege næringsrike statusen for et felt så nøyaktig og billig som mulig. Variasjon i en jord ligger i jord romlige heterogenitet og nøyaktigheten for kvantifisering. Når romlige variasjon i jord ikke tas i betraktning, kan typisk jord prøvetaking medføre en betydelig avgang fra den sanne betyr verdien av en variabel som jord selv om jord analysen selv er svært nøyaktig3. For en heterogen forskning tomten er variasjon ofte viktigere enn betyr3; dvs blir en prøvetaking design som kan nøyaktig måler både variasjon og mener foretrukket.
Når jord romlige variant ytterligere endres på grunn av land management praksis4,5,6, er det vanskeligere å gjennomføre jord prøvetaking på en nøyaktig måte. Likevel bekymringer også oppstå i forbindelse med store variasjoner i viktige jord variabler (f.eksSOC og MBC)7 som gjennomføres for å forårsake dårlig begrensninger av viktige modell parametere som er avgjørende for langsiktig global jord modell anslag under klima endre8,9,10. Som kostnaden av jord prøvetaking å karakterisere feltet variasjon er et sentralt problem, er en enkel, pålitelig og effektiv jord prøvetaking strategi søkt.
Det er mange måter å samle representant jordprøver i en forskning plot sine fordeler og ulemper oppsummeres i tabell 1. I en tradisjonell jord prøvetaking (dvs.enkel og tilfeldig utvalg), en tilfeldig samling av noen få til mer enn 10 jordprøver utføres i en forskning plott. Spesielt antall prøver i tradisjonelle jord prøvetaking design er alltid bestemmes vilkårlig og tilknyttede utvalgsfeil (dvs., nøyaktighet) er fortsatt ukjent.
Prøvetaking design | Fordel | Ulempen |
Enkel og tilfeldig utvalg | Kostnadseffektiv, rask og billig, vidt vedtatt, enkel operasjon, optimal homogen området | Lav nøyaktighet og høy variasjon, < 5 eksempler |
Systematisk prøvetaking | Høy nøyaktighet og kjente varianten, optimale i storskala heterogene området | Koste ineffektiv, stort utvalg nummer |
Lagdelt prøvetaking | Nøyaktig mener anslag, relativt enkel betjening, optimale for klynger og lagdelt | Koste ineffektiv, store utvalget antall (vanligvis mindre enn systematisk/rutenett utvalg) |
Sammensetting | Kostnadseffektive, nøyaktig mener anslag, enkel betjening, optimal heterogene området | Ukjent felt variasjon, > 3 prøver for sammensatt |
Tabell 1: fordeler og ulemper av store jord prøvetaking design i jord forskningen fellesskapet. Tabellen summert fra Tan et al. 3, Jones12og Swenson et al. 11
Sammenlignet med enkel og tilfeldig prøvetaking eller sammensetting, kan systematisk og lagdelt prøvetaking design oppnå betyr med høy nøyaktighet med tilknyttede variasjon (tabell 1). De vil imidlertid kreve intensiv jord prøvetaking (f.eks, noen 100 prøver). Selv om nøyaktigheten av, og tillit til, en jord test øker med mer jordprøver samlet per tomten11, er behovet for et stort antall jordprøver vanligvis bare gjelder for en omfattende studie5,11 ; Det er godt utover overkommelighet av de fleste jord prosjekter utført på omfanget av feltet tomter på grunn av begrensninger i ressurser. En prøvetaking design foretrekkes å balansere avveininger av disse metoder.
En viktig sak for en jord prøvetaking design er å bestemme antall jordprøver kreves og tilknyttede nøyaktigheten problemstillinger og feltforhold. For eksempel, er en reduksjon i antall jordprøver mulig i mindre forstyrret nettsteder mens fortsatt oppnå samme grad av presisjon6, foreslår et behov for å eksplisitt kvantifisere den romlige heterogenitet (dvs., natur og forekomst av jord variasjon) før jord prøvetaking3. Faktisk anbefales ingen slik pilot prøvetaking i de fleste jord prøvetaking design. Feltet forskere unnlater ofte å anerkjenne viktigheten av å beregne statistisk styrke når de utformer eksperimenter.
For å forbedre den eksperimentelle fasthet i jord prøvetaking, er en enkel og effektiv sampling metoden presentert i denne studien. Ny design skal ikke bare aktiverer nøyaktig karakterisering av jord nivåer av næringsstoffer og variasjon, men gir også en kvantitativ måte å informere jordprøver og tilknyttede prøvetaking nøyaktigheten av regnskap for jord romlige heterogenitet, for fremtidig forskning. Den nye jord prøvetaking designen bør hjelpe forskerne identifisere valgfrie strategier som passer deres prøvetaking og forskning behov. Det overordnede målet med denne metoden er å gi jord biogeochemists og økologer med en kvantitativ og manipulerende tilnærming til optimalisere jord prøvetaking strategier i sammenheng med feltarbeid.
Den tradisjonelle jord prøvetaking metoden manglet en kvantitativ basis og førte til ukjent nøyaktighet, mens de mer avanserte strategiene for prøvetaking involvert intensiv jord samlinger og indusert unaffordable kostnader for de fleste jord forskning på tomten Feltskalaen. En enkel, effektiv og pålitelig prøvetaking design bør være en nyttig verktøyet å balansere både nevnte metodene og, enda viktigere, informere en kvantitativ måte å fastslå hvor nødvendig under enkelte nøyaktighet for fremtidige prøvetaking behov. Slik prøvetaking utforming er imidlertid fremdeles mangler. Her en metode for å manipulere en gruppert prøvetaking prosedyre for å kvantifisere jord romlige heterogenitet ble presentert, og stole på denne design, å informere antall jordprøver kreves for fremtidige prøvetaking under bestemte nøyaktighet. Det er to avgjørende skritt i protokollen. Først er å avgjøre Prøvetakingsområdet og identifisere sonen prøvetaking i en gitt tegneområdet. Fordi dimensjon og formen på et bestemt forskning plott kan variere fra en studie til en annen, bør antall og lengde på kvadratiske rutenettet som representerer sonen prøvetaking endres passer tomten egenskapene og dekke tegneområdet som mulig. Generelt, bør antall firkantet rutenett begrenses til åtte til ti slik at 24-30 jordprøver samles i en gitt tomt. Dette mindre intensiv prøvetaking kravet er akseptabelt for en pilotstudie i et plott. Andre kritiske trinn er å bestemme hvor prøven nødvendig under bestemte nøyaktighet. Selv om antall jordprøver under en ønsket nøyaktighet kan utledes ved basert på pilot prøvetaking strategi, må andre tilgjengelige ressurser regnskapsføres (f.eks, arbeid, kostnader og personell). Hvis jordprøver kreves for en ønsket nøyaktighet overskrider kostnader, bør ønsket nøyaktigheten senkes slik at antall jordprøver kan beregnes. Omberegningene bør gjentas til beste tilpassing er oppnådd for å balansere ønsket nøyaktigheten og de tilgjengelige ressursene.
Protokollen kan enkelt endres for å passe bestemt form, området og plasseringen av et forskning plott. Selv innenfor en uregelmessig plot eller en veldig stor eller liten tegneområdet, kan prosedyren utføres ved å kontrollere størrelsen på Kvadrat nettet for å dekke mesteparten av tegneområdet. På den annen side, når jordprøver samles utenfor sonen sirkulær utvalg i plottet, regnskapsføres de fortsatt i beskrivende og geostatistical analysen. Fleksibiliteten av protokollen er i denne forbindelse en fordel som det kan, dermed redusere kostnaden for prøvetaking.
En viktig begrensning av denne metoden er at antall jordprøver nødvendig for visse nøyaktigheten vil avhenge av hvilket tomten CV bestemmes av en gruppe av 24-30 jordprøver i piloten jord prøvetaking. For en svært heterogen plott, 30 prøver eller mindre kan produsere en større CV enn basert på et større antall prøver (> 30). Som et resultat, blir antall jordprøver beregnet med samme nøyaktighet større. Det vil si vil antall jordprøver kreves for den samme nøyaktigheten overvurderes i plottet. For en svært homogen plott, vil et mindre antall eksempler produsere en plottet nivå CV lik 30 prøver, dermed resulterer i en overvurdering av behovet for ressursen. Derfor for disse svært heterogen eller homogen, kan jord eksempel nummeret (dvs.30 eller mindre) foreslått i piloten prøvetaking design forårsake unødvendig investering i piloten prøvetaking scenen eller fremtidige prøvetaking.
Vi viser betydelige fordeler av gruppert jord prøvetaking strategi. Det gir en pålitelig og rimelig jord prøvetaking strategi for å skaffe jord romlige heterogenitet og tilbyr en kvantitativ måte å utlede antall jordprøver kreves for en bestemt ønsket nøyaktighet. Selv om intensiv stripe eller lagdelt prøvetaking kan gi en bedre beskrivelse av romlige variasjon, er kostnaden for gjennomføre slike prøvetaking for høyt for de fleste jord studier. Tradisjonelle prøvetaking vilkårlig og mangler alle kvantitativt basis for prøvetaking nøyaktighet. Gjeldende protokollen er overlegen på grunn av dens mindre intensiv prøvetaking kravet, enkelt betjene det i feltet makt å avsløre romlige mønstre ved hjelp av strenge geostatistical analyseteknologi og kapasitet for å finne kvantitativt utvalgsstørrelsen gitt noen ønsket nøyaktighet. Kunnskap om utvalgsstørrelse nødvendig for et bestemt utvalg nøyaktighet kan forskere til strategi sine investeringer i jord prøvetaking innsats.
Ansette effektive gruppert prøvetaking prosedyren kan streng testing av jord romlige heterogenitet og forbedrer forskernes evne til å utføre jord prøvetaking med nøyaktighet. Natur mindre intensiv og kvantitativ jord prøvetaking strategien vil gjøre sin bredt program i jord forskningsmiljøene. Gitt den sannsynligvis forandret jord romlige heterogenitet under rask globale endringer, variere jord eksempel kravet for samme prøvetaking nøyaktigheten i en forskning plot over tid. Foreslåtte eksempel nummeret i piloten prøvetaking design kan variere med ulike jord og økosystemer. Fremtidige programmer som kan komme ut av dette arbeidet omfatter bestemme hvor prøven for spesifikke jord eller økosystemer. Dermed kreves ytterligere empirisk arbeid på programmet og identifikasjon av metoden i ulike jord og økosystemer. Langsiktig og bred programmer kan bidra til å identifisere et generisk prøven størrelseskrav for bestemte økosystemer, som kan anbefales for jord forskere.
The authors have nothing to disclose.
Denne studien ble støttet av finansiering fra oss avdeling av landbruk Evans-Allen stipend (nr. 1005761). Forfatteren Takk ansatte på TSU’S Main Campus AREC i Nashville, Tennessee for deres hjelp. Maggie Syversen hjulpet ved å lese den tidlige versjonen av manuskriptet. Forfatteren setter anonym korrekturleserne for konstruktive kommentarer og forslag.
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 |