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Environment

Labor und Feld-Protokoll für die Schätzung der Blatt-Erosion-Raten von Dendrogeomorphology

Published: January 07, 2019
doi:
10.3791/57987
, , ,
1University of Castilla-La Mancha (UCLM), 2Department of Earth Sciences,University of Geneva, 3Institute for Environmental Sciences,University of Geneva, 4Departamento de Sistemas y Recursos Naturales,Universidad Politécnica de Madrid, 5Departamento de Biodiversidad, Ecología y Evolución,Universidad Complutense de Madrid

Summary

Charakterisierung von Erosion von Dendrogeomorphology konzentriert sich in der Regel auf der Suche nach genau die Startzeit der Wurzel Exposition durch die makroskopische Untersuchung oder Zelle Pegeländerungen verursacht durch die Exposition. Hier bieten wir eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen neuartigen Techniken genauere Erosionsraten von hochgenauen Microtopographic Daten zu erhalten.

Abstract

Blatt-Erosion ist unter den entscheidenden Treiber der Verschlechterung der Bodenqualität. Erosion wird durch Umweltfaktoren und menschlichen Aktivitäten, die oft zu schweren Auswirkungen auf die Umwelt führen. Das Verständnis der Blatt-Erosion ist folglich ein weltweites Problem mit Auswirkungen auf Umwelt und Wirtschaft. Das Wissen über wie Erosion entwickelt sich in Raum und Zeit ist jedoch noch Limited sowie deren Auswirkungen auf die Umwelt. Im folgenden erläutern wir, dass ein neues Dendrogeomorphological-Protokoll für die Ableitung von Boden Dicke (EX) durch genaue Microtopographic Datenerfassung mit terrestrischen Laserscanning (TLS) und Microtopographic Profil Messgeräte erodiert. Darüber hinaus werden standard Dendrogeomorphic Verfahren, abhängig von anatomischen Variationen im Wurzel-Ringe genutzt, um das Timing der Exposition zu etablieren. TLS und Microtopographic Profil, das Messgeräte verwendet werden, um Boden Oberfläche Profile, erhalten aus denen EX geschätzt wird, nachdem die Schwellenwertentfernung (TD) festgelegt ist, d. h. der Abstand zwischen dem Stamm und dem sediment Knickpoint, die Terminologie ermöglicht die Senkung der Bodenoberfläche durch Blatt Erosion verursacht. Für jedes Profil wird die Höhe zwischen der Oberseite der Wurzel und einer virtuellen Ebene tangential an der Bodenoberfläche gemessen. Auf diese Weise sollen wir kleine Auswirkungen des Bodens Verformung zu vermeiden, die möglicherweise aufgrund Drucks durch das Wurzelsystem oder durch die Anordnung der freiliegenden Wurzeln. Dies kann kleine Mengen von Boden Sedimentation oder Erosion je nachdem, wie sie körperlich den Oberflächenabfluss beeinflussen provozieren. Wir zeigen, dass eine angemessene Microtopographic Charakterisierung von freiliegenden Wurzeln und ihre damit verbundenen Bodenoberfläche sehr wertvoll, um genaue Erosionsraten zu erhalten. Diese Feststellung könnte genutzt werden, entwickeln die besten Praktiken entwickelt, um schließlich Einhalt zu Gebieten oder vielleicht zumindest vermindern Bodenerosion, so dass mehr nachhaltigen Verwaltungsrichtlinien in die Praxis umgesetzt werden können.

Introduction

Wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen, produziert durch Blatt Erosion macht dieses Thema in ein weltweites Problem1. Mehrere, vom direkten Techniken zur physikalisch-basierten und empirische Ansätze, Methoden, Boden-Erosion-Raten auf einer Vielzahl von zeitlichen und räumlichen Skalen zu berechnen. Direkte Techniken verwenden Feldmessungen unter natürlichen Bedingungen und basieren hauptsächlich auf den Einsatz von Gerlach Tröge2, Wasser Sammler3, Erosion pins4 und Profilometer5. Darüber hinaus haben Modelle der Bodenerosion zunehmend auf die Vertretung im Detail die realen physikalischen Prozesse verantwortlich für Erosion6konzentriert.

Dendrogeomorphology7 ist eine Unterteilung der Dendrochronologie8 ist es gelungen, Charakterisierung von Häufigkeit und Ausmaß der geomorphologischen Prozesse9,10,11,12, 13,14,15,16,17. Bezug auf Blatt Erosion Dendrogeomorphology wird normalerweise eingesetzt, zu verbessern oder zu ersetzen die Methoden erwähnt, vor allem in Gebieten, wo die Erosionsraten abgeleitet von direkten Techniken entweder knapp oder nicht verfügbar sind. Dendrogeomorphology ist eine sehr flexible Methode für die Bewertung der Bodenerosion und kann genutzt werden, um physikalisch-basierten und empirische Modelle zu kalibrieren, oder vielleicht als Daten Quelle zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der direkten Schätzung Techniken18, 19. Dendrogeomorphology ermöglicht Bodenerosion über große Flächen hergestellt werden wo freiliegende Wurzeln zur Verfügung stehen. Diese freigelegten Wurzeln sollten zeigen klare Baum Ringe Grenzen und reagieren auf jährliche Wachstumsmuster gelten als optimale Dendrogeomorphological Techniken20anzuwenden. Weitere, freiliegende Wurzeln zu untersuchenden sollte vorzugsweise in homogene Einheiten anhand ihrer Reaktion zu Erosion21Boden befinden.

Die konventionellen Dendrogeomorphical Lebensart schätzen Blatt Erosion gründet sich auf Messungen in Situ die erodierten Boden Dicke (Ex) aus der Zeit der ersten Exposition gegenüber der heutigen22,23, 24. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen wird genutzt, um einen Wert von Erosion in Mm∙yr1zu berechnen. Ein Großteil der Forschung bis heute konzentriert sich ganz auf effiziente Identifizierung des ersten Jahres der Exposition. Als Ergebnis werden Änderungen in der Wurzel durch Einwirkung auf der makroskopischen Ebene25oder auf das Gewebe und die zellulären Ebenen26,27,28analysiert. Die wichtigsten anatomischen Veränderungen vorhanden in den freiliegenden Wurzeln von Nadelbäumen wächst Wachstum Ringdicke als Folge eine beträchtliche Anzahl von Zellen innerhalb der Frühholz (EW)26. Der Abbau ist ebenso im Bereich Lumen des EW Tracheiden sowie eine verstärkte Zelle Struktur Wandstärke Spätholz (LW) Tracheiden24,27,29gefunden worden. Diese Änderungen wurden beschrieben und quantifiziert als Anfang bei der Erosion die Boden-Oberfläche über die Wurzel bis etwa 3 cm30senkt. Weniger Aufmerksamkeit wurde auf die angemessene Bestimmung des Parameters EX gewährt. Das Alter der freiliegenden Wurzeln war in der Regel mit der Höhe der Mittelachse der Wurzel des Wachstums über den Boden Oberfläche31,32verbunden. Die Schätzung der EX wurde daher korrigiert unter Berücksichtigung laufender sekundäre Wachstum30,33. Diese methodische Ansätze haben in jüngerer Zeit, auch die Charakterisierung des Bodens Mikrotopographie zu zuverlässigen Erosion Preise34,35,36integriert.

Wir präsentieren ein Labor- und Feldversuche Protokoll um mehr genaue und zuverlässige Blatt Erosionsraten von Dendrogeomorphology zu schätzen. In diesem besonderen Protokoll untersuchen wir die Hypothese, dass die Probenahme alle freiliegender Wurzeln, unabhängig von der Ausrichtung relativ zum Pfad der Abfluss und in Verbindung mit Microtopographical Analyse Erosionsraten genau rekonstruiert und quantifiziert werden kann. Unser Ziel ist daher, ein Protokoll zur Abschätzung Erosionsraten aus der Stichprobengröße von freiliegenden Wurzeln, mit makroskopischen und mikroskopischen Informationen im Wachstum Baumring-Serie und auch hochauflösende topografische Daten zu maximieren.

Protocol

(1) Probenahmestrategie Geomorphologischen Prozess Identifikation Implementieren Sie die hydrologischen Response Units Ansatz (fuhr)21. Zu diesem Zweck homogene Bereiche innerhalb der Studie Website, bestehend aus Lithologie und Oberfläche Ablagerungen, Überdachung Abdeckung, vegetative Rückstände in Kontakt mit der Bodenoberfläche und Neigung zu ermitteln. Wählen Sie unter alle HRUs diejenigen in denen der Blatt Erosionsprozess vorherrschend ist. <p …

Representative Results

Proben von freiliegenden Wurzeln leiden kambiale Verschlechterung aufgrund der Auswirkungen der Exposition (z. B. Änderungen in der Temperatur, Lichteinfall) sowie die körperliche Belastung durch trampling von Wanderern oder Tiere grasen und Surfen, die die Wurzeln unterziehen Sie, nachdem sie ausgesetzt sind. Feststellung des Vorliegens der diskontinuierlichen Ringe, als auch aus dem gerade das erste Jahr der Reaktion auf Exposition wurde im Labor wie in Protokoll Nr. 4 (Schri…

Discussion

Das Protokoll bereitgestellt demonstriert den Wert der detaillierte und korrekte Charakterisierung der Boden-Oberfläche-Struktur, da es ermöglicht, um vertrauenswürdige Blatt Erosionsraten von Dendrogeomorphology zu messen. Unsere methodische Ansatz konzentriert sich auf die Bedeutung der Charakterisierung der Struktur in der Umgebung von Exposition Wurzeln Erosion Preis Schätzung zu verbessern. Dieser Faktor wurde in früheren Studien, was zu einer Fehlinterpretation des Boden-Erosion-Raten abgeleitet Dendrogeomorph…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Forschungsprojekte, die diese Forschung finanziert wurden: MARCoNI (CGL2013-42728-R); Dendro-Avenidas (CGL2007-62063); MAS Dendro-Avenidas (CGL2010-19274) des spanischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie sowie das Projekt Idee-GESPPNN (OAPN 163/2010), das von der spanischen Umwelt Ministerium finanziert wurde.

Materials

Topographic map, soil map, land cover map To be obtained from public institutions or generate at the first phase of research
Single ring infiltometer Turf-Tec International IN16-W http://www.turf-tec.com/IN16Lit.html
Handsaw There is noy any specific characteristics to be considered regarding the model
Measuring tape With accuracy of 1 mm
Terrestrial Laser Scanning (TLS) Leica-Geosystems Leica ScanStation P16 https://leica-geosystems.com/products/laser-scanners/scanners/leica-scanstation-p16
Microtopographic Profile Gauge RS Online Facom, 19 https://www.classic-conservation.com/es/herramientas-para-talla-y-escultura-en-madera/511-galga-medidora-de-perfiles.html
Sandpaper from 80 to 400 grit
Scanner EPSON Perfection V800 Photo https://www.epson.co.uk/products/scanners/consumer-scanners/perfection-v800-photo
Image analysis system Regent Instruments Inc. WinDENDRO http://www.regentinstruments.com/assets/windendro_analysisprocess.html
Measuring table IML https://www.iml-service.com/product/iml-measuringtable/
Sliding microtome Thermo Fisher SCIENTIFIC Microm HM 450-387760 http://www.thermofisher.com/order/catalog/product/910020
Optical microscope OLYMPUS MX63/MX63L https://www.olympus-ims.com/en/microscope/mx63l/
Digital camera for microscope OLYMPUS DP74 https://www.olympus-ims.com/en/microscope/dc/
Safranin Empirical Formula (Hill Notation) C20H19ClN4 
Astrablue Empirical Formula C47H52CuN14O6S3
Alcohol Alcohol by volume (50%, 75% and 100%)
Distilled water H2O
Citrus oil clearing agent https://www.nationaldiagnostics.com/histology/product/histo-clear
Coated slides Thermo Fisher SCIENTIFIC https://www.fishersci.com/us/en/products/I9C8JXMT/coated-glass-microscope-slides.html
Hardening epoxy MERCK https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/03989?lang=es&region=ES
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Bodoque, J. M., Ballesteros-Cánovas, J. A., Rubiales, J. M., Stoffel, M. Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology. J. Vis. Exp. (143), e57987, doi:10.3791/57987 (2019).
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