Messungen von Kohlenstoff im Boden durch Neutron-Gamma-Analyse in statische und Scan-Modi
Summary
Hier präsentieren wir Ihnen das Protokoll für in Situ Messung von Kohlenstoff im Boden mit der Neutron-Gamma-Technik für einzelne Punktmessungen (statischen Modus) oder Bereich im Durchschnitt (Scan-Modus). Wir beschreiben auch Systemaufbau und Daten Behandlungsverfahren zu erarbeiten.
Abstract
Die hierin beschriebene Anwendung des inelastische Streuung (INS) Methode zur Bodenanalyse Kohlenstoff Neutrons basiert auf der Registrierung und Analyse von Gammastrahlen beim Neutronen mit Boden-Elementen interagieren erstellt. Die Hauptteile des INS-Systems sind eine gepulste Neutronen-Generator, Gammakamera Gamma-Detektoren, split Elektronik, Gamma-Spektren durch INS und Thermo-Neutron Capture (TNC) Prozesse und Software für Gamma-Spektren-Erfassung und Verarbeitung der Daten zu trennen. Diese Methode hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Methoden, es ist eine zerstörungsfreie in Situ -Methode, die den durchschnittliche Kohlenstoff misst Inhalte in großen Boden Volumen, wird geringfügig von lokalen starken Veränderungen in Kohlenstoff im Boden beeinflusst, und stationär einsetzbar oder Scan-Modi. Das Ergebnis der INS-Methode ist der Kohlenstoffgehalt von einer Website mit einer Grundfläche von ~2.5 – 3 m2 in der stationären Regime oder der durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt des durchlaufenen Bereichs in der Scan-Regime. Der Messbereich des derzeitigen Systems INS ist > 1,5 Gew.% Kohlenstoff (Standardabweichung ± 0,3 w %) in der oberen 10 cm Bodenschicht für 1 Hmeasurement.
Introduction
Kohlenstoffgehalt des Bodens sind Voraussetzung für die Optimierung der Bodenproduktivität und Rentabilität, Verständnis der Auswirkungen der landwirtschaftlichen Landnutzung auf Bodenressourcen und Bewertung von Strategien zur CO2-Sequestrierung1, 2,3,4. Kohlenstoff im Boden ist ein universal Indikator des Bodens Qualität5. Verschiedene Methoden wurden für Boden Kohlenstoff Messungen entwickelt. Trockene Verbrennung (DC) ist die am weitesten verbreitete Methode für Jahre6gewesen; Diese Methode basiert auf Feld Musterkollektion und Labor-Verarbeitung und Messung, die zerstörerisch, ist arbeitsintensiv und zeitaufwendig. Zwei neuere Methoden sind Laser-induced Breakdown Spectroscopy, und in der Nähe von und mid-Infrarot-Spektroskopie7. Diese Methoden sind auch destruktiv und nur sehr oberflächennahen Bodenschicht (0,1 – 1 cm Bodentiefe) zu analysieren. Darüber hinaus liefern diese Methoden nur Punkt Messungen der Kohlenstoffgehalt für kleine Probenmengen (~ 60 cm3 für DC-Methode und 0,01-10 cm3 für Infrarot-Spektroskopie-Methoden). Diese Punktmessungen erschweren es, Ergebnisse zu Feld oder Landschaft Skalen zu extrapolieren. Da diese Methoden destruktiv sind, sind auch wiederkehrende Messungen unmöglich.
Forscher am Brookhaven National Laboratory vorgeschlagen Neutron-Technologie für Boden Kohlenstoff-Analyse (INS-Methode)7,8,9. Diese anfänglichen Bemühungen entwickelte die Theorie und Praxis der Verwendung von Neutron-Gamma-Analyse für Boden CO2-Messung. Ab 2013 wurde diese Bemühungen in USDA-ARS nationalen Boden Dynamics Laboratory (NSDL) fortgesetzt. Der Ausbau dieser technologische Anwendung in den letzten 10 Jahren ist durch zwei wesentliche Faktoren: die Verfügbarkeit von relativ preiswerte kommerzielle Neutron Generatoren, Gamma-Detektoren und entsprechende Elektronik mit Software; und State-Of-The-Art Neutron-Kerne Interaktion Referenzdatenbanken. Diese Methode hat mehrere Vorteile gegenüber anderen. Eine INS System, platziert auf einer Plattform kann über jede Art von Feld manövriert werden, die Messung erfordert. Diese zerstörungsfreien in-Situ -Methode kann große Böden (~ 300 kg) analysieren, die zu einem gesamten landwirtschaftlichen Feld mit wenigen Messungen interpoliert werden können. Dieses INS System ist auch geeignet für den Betrieb in einem Scan-Modus, der den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt eines Raums Abtastung über einen vorn Raster des Felds oder der Landschaft bestimmt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Auf der Grundlage von früheren Forschern gegründet NSDL Personal angesprochen Fragen entscheidend für die praktische und erfolgreiche Anwendung dieser Technologie in der realen Welt Feldeinstellungen. Zunächst zeigten NSDL Forscher die Notwendigkeit das Hintergrundsignal INS System berücksichtigt beim Netto Kohlenstoff Peakflächen bestimmen. 11 ein weiterer Versuch zeigte, dass die net Carbon Peakfläche der durchschnittliche CO2-Gewichtsprozent in der oberen 10 cm Bodenschicht (unabhängig …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren sind verpflichtet, Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch und Marlin Siegford für technische Unterstützung bei der experimentellen Messungen, und Jim Clark und Dexter LaGrand für Unterstützung mit Hilfe von Computersimulationen. Wir danken dafür, dass die Verwendung ihrer Elektronik und Detektoren in diesem Projekt XIA LLC. Diese Arbeit wurde unterstützt von NIFA ALA Forschung Vertrag Nr. ALA061-4-15014 “Präzision Geospatial Kartierung der Erde Kohlenstoffgehalt für landwirtschaftliche Produktivität und Lifecycle-Management”.
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 |
Referências
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