測定と土壌侵食と堆積土炭酸濃度農業経営に関連のパターンのマッピング
Summary
土壌侵食と堆積の空間パターンは、適切な時間刻みでマップされている地面の高低差から推測できます。標高でこのような変更は、表面近くの土の炭酸塩の変化に関連しています。これらの量及びデータ解析手法のフィールドと実験室の測定再現性のある方法は以下のとおりです。
Abstract
土壌侵食と堆積の空間パターンは、適切な時間刻みでマップされている地面の高低差から推測できます。標高でこのような変更は、炭酸塩 (炭酸カルシウム3) 表面近傍地盤の変化に関連しています。目的は、単純な概念モデルおよび繰り返し可能フィールドと実験室測定これらの量のための詳しいプロトコルについて説明することです。ここでは、正確な標高を用いて、地上ベース差分グローバル ポジショニング システム (GPS);その他のデータの収集方法は、同じ基本メソッドに適用でした。土壌試料は、深さ間隔を規定して無機炭素濃度の定量分析のための効率的で正確な変更された圧力 calcimeter メソッドを使用してラボで分析から収集されます。標準的な統計手法をポイント データに適用し、代表結果昇格で土壌表層 CaCO3の変更と変更の間の相関を示す、概念モデルと一致してCaCO3は一般的に堆積地域で減少し、侵食の分野で増加しました。マップは、標高や土壌分析を支援するために CaCO3の点の測定から得られます。小麦休閑ストリップを交互にトリミング天水冬麦畑研究サイトで侵食・堆積パターンのマップは、管理と地形の影響を受ける水や風の浸食の相互作用効果を示します。代替の採取方法と奥行間隔は論議され、CaCO3を土壌に土壌侵食・堆積に関する今後の作業をお勧めします。
Introduction
土壌浸食は、農地の持続可能性を脅かします。作物の耕作の従来の冬小麦休閑輪作などの管理、休耕期間中に裸の土壌は風と水の力1,2,になりやすい、侵食と堆積のプロセスを加速することが3,4,5 (図 1)。これらのプロセスは明白であることが、彼らを定量化することは困難することができます。
本研究の目的は最初を定量化し、侵食の空間パターンを記述する効率的な方法を提供するために、フィールドで付着スケール地球測位システム (GPS) 技術および地理情報システム (GIS) マッピング ツールを使用しています。表層土壌炭酸塩 (炭酸カルシウム3) へのこれらのパターンに関する簡単な概念モデルも提示、所定のフィールドと実験方法によってテストします。これらのリレーションシップは、侵食と堆積、GPS メソッドの結果を検証中の間接的な手段を提供します。本稿では、シェロッドらで使用される方法を強調しています。彼らが、繰り返すことの一部または全体、他の場所6と同様の研究。
図 1。侵食 (a) と (b) 次の豪雨イベント研究サイトで堆積の写真。写真 (b) の右下隅のトラクターのタイヤの跡は、小麦/休耕ストリップのボーダーで蒸着の深さを示します。
様々 な直接土壌浸食を測定する方法は Stroosnijder7で検討しました。方法についての提案は測定目的と、利用可能なリソースによって異なりますが、「サーフェスの標高の変化」メソッド斜面スケールでお勧め侵食と堆積を測定利点を提供します。このメソッドを適用する 1 つの方法は、土にピンをインストールし、ピン7の上端を基準土の高さの変化を監視することです。土地の調査の技術の進化により、ただし、この手間のかかるアプローチ取替えることができる (TLS)8,9,10,11地上レーザーなどの他の技術,12,13,14,15,16、航空レーザ測量 (ALS)17,18,19,20,21, GPS6,22, 高度な測量23 ,24、またはこれらの技術の25,26,の27の組み合わせ。レーザーながらスキャン、通称 (光検出と測距)、LiDAR により高密度サーフェスの標高データセットの最も急速な獲得、植生などの永続的オブジェクトを削除する修正を行う必要があります。最小の標高変化をしかし TLS ミリ波レベル垂直精度で検出できる Perroyら。沢下部の侵食の TLS 経由推奨 ALS スキャン領域が大きく、良い楽器の方向 (少ない地形シャド ウイング) に深く切り込んだ谷28スキャンのための見積もり。実時間キネマティック GPS (RTKGPS)、データ後処理なしセンチ レベルの精度を提供することは、本研究に使用されます。空間分解能と RTKGPS 収集データの精度は、農業分野や実質的なグランド カバーとその他の環境の支配的な侵食と堆積の機能を検出する最適です。
土壌 CaCO3を定量化するため圧力 calcimeter 方法は CO の解放に終って、クローズド システムで酸性土壌の反応に頼る2.一定の温度で反応容器内の圧力の増加直線的土壌 CaCO329の量に相関しています。シェロッドらによって記述された伝統的な圧力 calcimeter メソッドへの変更、反応容器を血清ボトルに変更し、圧力の変化の検出のためのデジタル電圧計を有線圧力トランスデューサーを使用してが含まれます。30. 検出下限のこれらの変更により、毎日の土壌サンプルより高い容量を実行します。重量または単純な滴定法法土壌 CaCO3測定は大きいエラーを生成、これより検出限界変更圧力 calcimeter メソッド30。
概念モデル
侵食と堆積の直接測定が可能でない場合、これらのプロセスの間接的な指標を使用することがあります。シェロッドら。半乾燥気候で土壌表層 CaCO3濃度は (侵食、堆積と負の相関と正の相関) 地表面の変化に反比例することを仮定される6。仮説は広く、適用する必要がありますが、特定の関係 (土壌、植生、管理、および気候) サイトの条件によって異なります。土壌テスト サイト (表 1) で通常明確な石灰質の層が含まれて, 地表下 15-20 cm。概念的には、侵食は、土壌表面に高い CaCO3を近くのこの石灰質の層を残して比較的低い CaCO3濃度の表層が削除されます。低 CaCO3土後 (図 2) 地表面下深く埋められる石灰質の層を引き起こす堆積のエリアに転送します。時間をかけて適切な深さ間隔でこれらの土壌のサンプリング、このモデルによると、CaCO3濃度によって侵食や堆積 (またはどちらも) を推論可能性があります。
| 土シリーズ | 斜面 | 分類学的分類 | 深さ | pH | EC | 合計 N | SOC | CaCO3 |
テーブル 1。土壌テスト サイトにします。土壌マップ単位と分類学的分類、土壌 pH、電気伝導度 (EC), 全 N, 土壌有機 C (SOC) および CaCO3濃度、0 15- と 15-30 cm 深さ増分でスコット フィールド 2012 年 (シェロッドから etアル.)6。
図 2。概念的な土壌プロファイル。(A) CaCO3静的土のマトリックスの概念地盤表面層からの溶出し、深い層、 (b)表面層の緩やかな侵食、 (c)適度な蒸着材料の沈殿以前の表面層の上。深さ間隔 (左) では (シェロッドet al.) からサイト データに基づく近似6.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
サイトの説明と歴史
109-ha スコット フィールド (40.61oN、104.84oW、図 3) 北東コロラド州のドレイク ファームの一部である、この研究のため 2012 年まで 2001 年から監視されました。平均降水量と蒸発散量、短時間・高強度の対流性降雨が夏の間に共通だった、この半乾燥気候で、約 350 1200 mm をそれぞれ、だった。1559 年からの独特の風景の位置とこの起伏のある地形で 1588 m まで標高: サミット、部谷北向き (側 NF)、部谷壁斜面南向き (側平方フィート)、および板状 (図 4 b)。交互ストリップ (〜 120 メートル幅) は、その他のすべてのストリップはすべて 24 ヶ月ローテーション サイクルから約 14 ヶ月間休耕通常この天水冬小麦休閑中回転で管理されました。浅耕 (〜 7 cm)、通常 v ブレード スイープ、雑草防除のための休耕期間を 6 回に 4 が発生しました。現場の土壌を持っている土壌損失の許容範囲、または 11 Mg のT値-1年-1、このT値を下回る侵食速度が継続的な農業生産4の許容と見なされます分類されました。.
図 3。サイトの場所は、米国コロラド州の地形レリーフ画像 (4401 に 1011 m) に表示されます。サイトの平均標高は 1577 m です。
図 4。地図とスコット フィールドの地形表面の土します。土壌マップ ポイントの土壌サンプルの場所と作物管理を示すスコット フィールドのストリップを(、) 。土の単位の略号は、: 1 = Wagonwheel ローム 0-2% 勾配、2 Wagonwheel ローム 2 5% 勾配、3 を = = コルビー ローム 5-9% 勾配、4 金微細砂壌土 2 5% 勾配、5 を = = 金微細砂壌土 5-9% 勾配;(b)土地表面高度に基づいて 2001年 5 m メ ッ シュ デジタル標高モデル (DEM)、土壌サンプルの場所 (シェロッドet al.) から土地分類で示されているフィールドの6。
最初の地盤サーフェスの標高調査 RTKGPS サイトのデジタル標高モデル (DEM) を生成する 2001 年に集めた。マカッチョンらと一緒に、土壌サンプル (図 4 a) は、2001 年にも行った、どの面から3が変更された圧力 calcimeter メソッド30,31 によって分析された炭酸カルシウムの土壌。.視覚的に明白である侵食と堆積の 10 年間の発生風、主に北西部と降雨流出からイベントで求められた 2 番目の RTKGPS 標高調査 (2010 年に完了フィールドの部分) で、2009 年。DEM の違い地図32を介して元の 2001 DEM に新しい DEM の比較確認重要な侵食と堆積、これらのプロセス (図 5) の複数の要因が示唆されたパターンを表示します。サイトと歴史的土壌 CaCO3データで実質的な表層土壌再配布を考えると、2001年土壌サンプルは、前のセクションで説明するよう hydropedological プロセス6、概念モデルをテストするのには 2012 年に繰り返されました。
図 5。変更の地図 (2001-2009 *) 5 m グリッド北東コロラド州のスコット フィールド内に土地の表面の標高 (Δz)。交互休閑地冬小麦作付体系、上作物ストリップ番号が付き、セクション A A’ が表示されます (図 11で指定された詳細)。* ストリップ 2、4、6、8 (シェロッドet al.) から 2009 DEM を完了、2010 年に調査されました。6.この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
Protocol
Representative Results
Discussion
標高 (図 5) にマップされた変更は、複数のスケールで重要な侵食と堆積農業分野で空間パターン複数要因の指標を示しています。風、水の流れによって生成された微細樹状パターンに関連付けられているフィールド スケール パターンから本研究に関連するプロセスが認識できます。最適な繰り返し RTKGPS 地盤調査によって提供される標高変化検出のレベルが表示されま…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
研究現場はデヴィッド ・ ドレークによる管理農場で、この長期的な調査の間に彼の協力に感謝いたします。我々 も彼女の助けのこのプロジェクトとロビン Montenieri フィールド作業の彼の多くの年のため本稿で使用するグラフィックをマイク マーフィーに感謝します。
Materials
| Real-time kinematic GPS system | Trimble | Model 5800 | |
| GPS field data collector | Trimble | Model TSC2 | |
| GPS field software | Trimble | Trimble Access (Trimble Survey Controller used in 2001 for site calibration but this software is no longer supported) | |
| Hydraulic soil coring machine | Giddings Machine Company | ||
| Utility vehicle | John Deere | Gator 6×4 | |
| GIS software | ESRI | ArcGIS for Desktop with Spatial Analyst and Geostatistical Analyst Extensions | |
| Statistical software | SAS | SAS Institute Inc. | |
| Pressure transducer 0-105 kPa | Serta | Model 280E | Setra Systems, In., Boxborough, MA |
| Volt meter | WaveTek | 5XL | Digital meter set to read volts |
| Serum Bottles | Wheaton | 223747 | 100 ml |
| Serum Bottles | Wheaton | 223762 | 20 ml |
| Sealing Cap 20 mm Aluminum | Wheaton | 224183-01 | Case of 1000 |
| 20 mm gray butyl stopper (2-prong) | Wheaton | 224100-192 | Septum; Case of 1000 |
| Hand crimper | Wheaton | W225303 | 20 mm size |
| Hand Decapper | Wheaton | W225353 | 20 mm size |
| Acid vials | Wheaton | 224881 | 0.50 dram size (2-ml) |
| Power supply | SR Components | DDU240060 | Class 2 Transformer AC adaptor; Input 120VAC , Output 24VDC |
| Calcium carbonate | Fisher | 471-34-1 | 500 g of 100% w/w CaCO3 |
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