מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי
Summary
כאן, אנו מציגים את פרוטוקול בחיי עיר מדידה של פחמן בקרקע בטכניקה ניוטרון-גמא למדידות בנקודה אחת (מצב סטטי) או השדה הממוצע (מצב סריקה). אנחנו גם לתאר מערכת הבנייה ועיבוד נתונים הליכי הטיפול.
Abstract
יישום המתוארים בזאת וספקטרוסקופית פיזור שיטת (INS) עבור פחמן עכירות מבוססת על רישום וניתוח של קרני גמא נוצר בעת נייטרונים אינטראקציה עם אלמנטים בקרקע. החלקים העיקריים של המערכת הארצי הן גנרטור ניוטרון פעמו, גלאי גמא NaI(Tl), לפצל אלקטרוניקה כדי להפריד גמא ספקטרה בשל תוספות תהליכים תרמו-נייטרון הלכידה (TNC), ואת תוכנה עבור רכישת ספקטרה גמא ועיבוד נתונים. בשיטה זו יש כמה יתרונות על פני שיטות אחרות בכך שזה בשיטה גמישה בחיי עיר המודד את הפחמן הממוצע תוכן אדמה גדולים כרכים, מושפע החזרה המקומית שינויים חדים פחמן בקרקע, יכולים לשמש נייחים או מצבי סריקה. התוצאה של שיטת תוספות הוא פחמן מאתר עם טביעת של ~2.5 – 3 מ’2 במשטר נייח, או פחמן ממוצע של האזור שהועברה המשטר סריקה. טווח מדידה שיטת תוספות הנוכחית הוא > 1.5% משקל פחמן (± סטיית תקן 0.3 w %) לשכבת הקרקע העליון 10 ס מ עבור hmeasurement 1.
Introduction
הידע של אדמת בפחמן נדרש עבור אופטימיזציה של אדמה פריון ורווחיות, הבנת ההשפעה של קרקע חקלאית שימוש פרקטיקות משאבי הקרקע, והערכת אסטרטגיות עבור פחמן פחמיות1, 23,,4. פחמן בקרקע הוא מחוון אוניברסלי של איכות קרקע5. פותחו מספר שיטות למדידות פחמן בקרקע. יבש בעירה (DC) הייתה השיטה הנפוצה ביותר עבור שנים6; שיטה זו מבוססת על איסוף הדגימה השדה ואת מעבדה לעיבוד מידה היא הרסנית, עבודה אינטנסיבית ולאחר זמן רב. שתי שיטות חדשות יותר הן ספקטרוסקופית לייזר המושרה התמוטטות, ליד באמצע ספקטרוסקופית אינפרא אדום7. שיטות אלה גם הם הרסניים, רק לנתח את השכבה מאוד ליד-פני הקרקע (0.1 – 1 ס מ עומק הקרקע). בנוסף, שיטות אלה תשואות רק נקודת מדידות של פחמן תוכן עבור אמצעי אחסון מדגם קטן (~ 60 ס מ3 עבור שיטת DC ו- 0.01-10 ס מ3 עבור שיטות ספקטרוסקופית אינפרא אדום). מדידות כאלה נקודה להקשות לשחזר תוצאות שדה או נוף קשקשים. מאז שיטות אלה הם הרסניים, מדידות חוזרות הם גם בלתי אפשרי.
חוקרים קודמים כשהמטרה הציע החלת טכנולוגיה ניוטרון אדמה פחמן ניתוח (שיטת תוספות)7,8,9. המאמץ הראשוני הזה פיתח תאוריה ותרגול השימוש ניוטרון גמא ניתוח למדידה פחמן בקרקע. החל בשנת 2013, המאמץ הזה המשיך ב משרד החקלאות-ARS הלאומית אדמה Dynamics מעבדה (NSDL). הרחבת יישום טכנולוגי זה 10 השנים האחרונות היא בשל שני גורמים עיקריים: הזמינות של גנרטורים ניוטרון מסחרי זול יחסית, גלאי גמא ו אלקטרוניקה המתאימים בתוכנה; משוכללת ניוטרון-גרעינים אינטראקציה עם הפניה מסדי נתונים. בשיטה זו יש מספר יתרונות על פני אחרים. ניתן לתמרן מערכת תוספות, מניחים על משטח, מעל כל סוג שדה הדורש מידה. שיטה זו גמישה מקומיים ניתן לנתח אמצעי קרקעות גדול (~ 300 ק ג) יכול להיות אינטרפולציה על שדה חקלאי שלם באמצעות כמה מדידות. מערכת זו תוספות הוא גם מסוגל לפעול במצב סריקה הקובע פחמן ממוצע של אזור מבוסס על סריקה על רשת predetermine של השדה או נוף.
Protocol
Representative Results
Discussion
בונים על הקרן הוקמה על ידי חוקרים קודמים, הצוות NSDL התייחס שאלות קריטיות לשימוש מעשי ומוצלח של טכנולוגיה זו בהגדרות שדה בעולם האמיתי. בתחילה, חוקרים NSDL הפגינו את הצורך להביא בחשבון האות רקע מערכת תוספות בקביעת אזורי שיא פחמן נטו. 11 מאמץ נוסף הראה כי האזור שיא פחמן נטו המאפיינת א…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים חבים בארי ג דורמן, רוברט א Icenogle, חואן רודריגז, מוריס ג ולש של מרלין Siegford לסיוע טכני במדידות ניסיוני, ג’ים קלארק, דקסטר LaGrand לקבלת סיוע עם סימולציות מחשב. אנו מודים שיה LLC להתרת השימוש שלהם אלקטרוניקה, גלאי בפרויקט זה. עבודה זו נתמכה על-ידי NIFA עלא מחקר החוזה לא ALA061-4-15014 “גאו-מרחביים דיוק המיפוי של אדמת בפחמן עבור פרודוקטיביות החקלאי וניהול מחזור החיים”.
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).
