Toprak karbon nötron-gama analizi statik ve modları tarama tarafından ölçümleri
Summary
Burada, biz in situ ölçüm için tek noktadan ölçümler (statik modu) nötron-gama teknikle toprak karbon için iletişim kuralı mevcut veya alan (tarama modu) ortalamasını alır. Ayrıca sistem inşaat açıklar ve ayrıntılı veri tedavi yöntemleri.
Abstract
Esnek olmayan nötron saçılma (Ins) yöntemi toprak karbon analizleri için burada açıklanan uygulama kayıt ve gama ışınları nötron toprak öğelerle etkileşim sırasında oluşturulan analizine dayanır. Ana INS sistem elektronik INS ve termo-nötron yakalama (TMK) süreçleri ve gama spektrumları toplama ve veri işleme yazılımı nedeniyle gama spektrumları ayırmak için bölünmüş olan NaI(Tl) Gama dedektörleri, pulsed nötron jeneratör parçalarıdır. Ortalama karbon ölçen bir non-yıkıcı in situ büyük toprak güç içinde içerik yöntemidir, negligibly toprak karbon yerel keskin değişikliklerden etkilenir ve sabit kullanılan bu yöntem diğer yöntemler üzerinde birçok avantajı vardır veya Tarama modu. ~2.5 – 3 m2 sabit rejim bir yer kaplayan bir siteden karbon içeriği veya tarama rejimine geçilen alanında ortalama karbon içeriği INS yöntemi sonucudur. Geçerli INS sistem ölçüm aralığı > 1,5 karbon oranı % (standart sapması ± 0,3 w %) 1 hmeasurement üst 10 cm toprak katmanı.
Introduction
Toprak karbon içeriği bilgisidir optimizasyonu toprak verimlilik ve karlılık, tarımsal arazi kullanımı uygulamalarını toprak kaynakları üzerinde etkisini anlama ve karbon tutma1, stratejileri değerlendirmek için gerekli 2,3,4. Toprak karbon toprak kalitesi5evrensel bir göstergesidir. Toprak karbon ölçümleri için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Kuru yanma (DC) yıl6için en çok kullanılan yöntem olmuştur; Bu yöntem alan örnek koleksiyon ve laboratuvar işleme ve yıkıcıdır, ölçüm emek yoğun ve zaman alıcı dayanmaktadır. İki yeni yöntem lazer kaynaklı arıza spektroskopisi vardır ve yakın ve orta kızılötesi spektroskopi7. Bu yöntemler aynı zamanda yıkıcı ve sadece çok yakın yüzey toprak Katmanı (0.1 – 1 cm toprak derinliği) analiz. Buna ek olarak, bu yöntemler sadece noktası verim karbon içeriği küçük örnek birimlerin (DC yöntemi için ~ 60 cm3 ve kızılötesi spektroskopi yöntemleri için 0.01-10 cm3 ) ölçümleri. Böyle noktası ölçümleri alan veya yatay ölçek sonuçları tahmin güçleşebilir. Bu yöntemler yıkıcı olduğundan, yinelenen ölçümleri de imkansız.
Brookhaven Ulusal Laboratuarı önceki araştırmacılar nötron teknolojinin toprak karbon analizi (INS yöntemi)7,8,9için önerdi. Bu ilk çaba kuram ve uygulama nötron gama analizi toprak karbon ölçüm için kullanarak geliştirdi. 2013 yılında başlayan, bu çaba USDA-ARS Ulusal toprak Dynamics laboratuvar (NSDL adlı) devam edildi. Son 10 yılda bu teknolojik uygulama genişleme nedeniyle iki ana faktör var: nispeten ucuz ticari nötron jeneratörler, gama dedektörleri ve karşılık gelen elektronik yazılım; ve en son teknolojiye nötron-çekirdek etkileşim başvuru veritabanları. Bu yöntem diğer birçok avantajı vardır. Bir platformda yer bir INS sistem ölçüm gerektirir alan her türlü üzerinde manevra. Bu non-yıkıcı in-situ yöntem sadece birkaç ölçümleri kullanarak tüm tarımsal alan için hesaplanan büyük topraklar birimleri (~ 300 kg) analiz edebilirsiniz. Bu INS sistem aynı zamanda bir alan alan veya yatay bir predetermine tablo üzerinde tarama kurulu ortalama karbon içeriği belirler tarama modunda yeteneğine sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Önceki araştırmacılar tarafından kurulan temel üzerine bina, NSDL personel gerçek dünya alan ayarları’nda bu teknolojinin pratik ve başarılı kullanmak için kritik sorular ele. Başlangıçta, NSDL araştırma net karbon en yüksek alanlarda belirlerken INS sistem arka plan sinyal için hesap zorunluluk göstermek. 11 tarafından doğrudan orantılı bağımlılık net karbon en yüksek alan ortalama karbon ağırlığı yüzde üst 10 cm toprak Katmanı (ne olursa olsun karbon derinli…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch ve Marlin Siegford için deneysel ölçümler teknik yardım ve Jim Clark ve Dexter LaGrand bilgisayar simülasyonları hakkında yardım almak için borçlu bulunmaktadır. XIA LLC bu projede onların elektronik ve dedektörleri kullanımına izin için teşekkür ederiz. Bu eser NIFA ALA araştırma Sözleşme No ALA061-4-15014 tarafından desteklenen “Hassas Jeo uzamsal eşleme tarımsal verimlilik ve yaşam döngüsü yönetimi için toprak karbon içeriği”.
Materials
| Neutron Generator | Thermo Fisher Scientific, Colorado Springs, CO DNC software |
MP320 | |
| Gamma-detector: | na | ||
| – NaI(Tl) crystal | Scionix USA, Orlando, FL | ||
| – Electronics | XIA LLC, Hayward, CA | ||
| – Software | ProSpect | ||
| Battery | Fullriver Battery USA, Camarillo, CA | DC105-12 | |
| Invertor | Nova Electric, Bergenfield, NJ | CGL 600W-series | |
| Charger | PRO Charging Systems, LLC, LaVergne, TN | PS4 | |
| Block of Iron | Any | na | |
| Boric Acid | Any | na | |
| Laptop | Any | na | |
| mu-metal | Magnetic Shield Corp., Bensenville, IL | MU010-12 | |
| Construction sand | Any | na | |
| Coconut shell | General Carbon Corp., Patterson, NJ | GC 8 X 30S | |
| Reference Cs-137 source | Any | na |
References
- Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils. J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).
- Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration. J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).
- Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. . Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2. , (2007).
- Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system. Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).
- Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H., Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. Quantification of soil quality. Soil processes and the carbon cycle. , 387-404 (1997).
- Nelson, D. W., Sommers, L. E., Sparks, D. L. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods. , 961-1010 (1996).
- Wielopolski, L., Carayannis, E. Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil. Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice. , (2011).
- Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy. Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).
- Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses. Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).
- Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon. Soil Sci. 179, 529-535 (2014).
- Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method. Vadose Zone J. 15 (2), (2016).
- Knoll, G. F. . Radiation Detection and Measurement. , (2000).
- Mitra, S., Dioszegi, I. Unexploded Ordnance identification – A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation. Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).
