Medições de carbono no solo por nêutrons-Gamma análise estática e modos de digitalização
Summary
Aqui, apresentamos o protocolo para medição em situ de carbono no solo usando a técnica de nêutron-gama para medições de ponto único (modo estático) ou campo médias (modo de digitalização). Também descrevemos a construção do sistema e elaborar procedimentos de tratamento de dados.
Abstract
O aplicativo descrito neste documento do neutrão inelástico dispersando método (INS) para análise de carbono do solo baseia-se no registo e análise de raios gama criado quando nêutrons interagirem com elementos do solo. As peças principais do sistema INS são um gerador de nêutron pulsado, detectores de gama NaI(Tl), dividir eletrônica para separar espectros gama devido a INS e thermo-nêutrons captura (TNC) processos e software para aquisição de espectros de gama e processamento de dados. Este método tem várias vantagens sobre outros métodos em que é um método não-destrutivo em situ que mede o carbono médio conteúdo em volumes grandes do solo, insignificante é afetado por mudanças bruscas locais em carbono no solo e pode ser usado em estacionária ou modos de digitalização. O resultado do método INS é o teor de carbono de um site com uma pegada de ~2.5 – 3 m2 no regime estacionário, ou o teor de carbono médio da área de atravessado no regime de verificação. É a faixa de medição do sistema atual de INS > 1,5% de peso de carbono (desvio padrão ± 0.3 w %) na camada do solo superior 10 cm para um 1 hmeasurement.
Introduction
Conhecimento do teor de carbono do solo é necessário para a otimização da produtividade do solo e da rentabilidade, compreender o impacto das práticas de uso de terras agrícolas sobre os recursos do solo e avaliar estratégias para sequestro de carbono1, 2,3,4. Carbono no solo é um indicador universal de solo qualidade5. Vários métodos foram desenvolvidos para medições de carbono do solo. Combustão seca (DC) tem sido o método mais utilizado para anos6; Este método baseia-se na coleta de amostra de campo e processamento de laboratório e medição que é destrutiva, mão de obra intensiva e demorado. Dois novos métodos são espectroscopia induzida por laser de avaria e perto e meados de espectroscopia de infravermelho7. Esses métodos também são destrutivos e analisar apenas a camada de solo muito perto da superfície (0.1 – 1 cm de profundidade de solo). Além disso, esses métodos apenas produzem ponto medições do teor de carbono para os volumes de amostra pequeno (~ 60 cm3 para o método de DC e 0,01-10 cm3 para métodos de espectroscopia de infravermelho). Tais medições ponto tornam difícil extrapolar os resultados para balanças de campo ou paisagem. Desde que estes métodos são destrutivos, medições recorrentes também são impossíveis.
Pesquisadores anteriores no Brookhaven National Laboratory sugeriram aplicar a tecnologia de nêutrons para solo carbono análise (método de INS)7,8,9. Este esforço inicial desenvolveu a teoria e a prática de utilizar a análise de gama de nêutrons para medição de carbono do solo. A partir de 2013, este esforço foi continuado no USDA-ARS nacional solo Dynamics Laboratory (NSDL). A expansão desta aplicação tecnológica nos últimos 10 anos é devido a dois fatores principais: a disponibilidade de geradores do nêutron comercial relativamente barato, detectores de gama e correspondente eletrônica com software; e bancos de dados de referência da interação do nêutron-núcleos de estado da arte. Este método tem várias vantagens sobre os outros. Um sistema de INS, colocado sobre uma plataforma, poderia ser manobrado sobre qualquer tipo de campo que requer a medição. Este método não-destrutivo in situ pode analisar volumes de solos grandes (~ 300 kg) que podem ser interpolados para um campo inteiro agrícola usando apenas algumas medições. Este sistema de INS também é capaz de operar em um modo de digitalização que determina o teor de carbono médio de uma área com base na verificação sobre uma grade de predeterminados do campo ou da paisagem.
Protocol
Representative Results
Discussion
Construindo sobre a Fundação criada por pesquisadores anteriores, o pessoal NSDL abordou questões críticas para o uso prático e bem sucedido desta tecnologia em configurações de campo do mundo real. Inicialmente, NSDL pesquisadores demonstraram a necessidade de contabilizar o sinal de fundo do sistema INS ao determinar as áreas de picos de carbono líquido. 11 outro esforço mostrou que a área do pico de carbono líquido caracteriza a porcentagem de peso médio de carbono na camada do sol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores estão endividados, Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch e Siegford de Marlin para assistência técnica em medições experimentais e Jim Clark e Dexter LaGrand para obter assistência com simulações de computador. Agradecemos XIA LLC permitindo o uso de sua eletrônica e detectores de neste projeto. Este trabalho foi apoiado por NIFA ALA pesquisa contrato n ALA061-4-15014 “Mapeamento geoespacial de precisão do teor de carbono do solo para gestão agrícola, produtividade e ciclo de vida”.
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
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