Mediciones de carbono del suelo por neutrón-Gamma análisis en estática y modos de exploración
Summary
Aquí, presentamos el protocolo para la medición en situ de carbono del suelo mediante la técnica de neutrón-gamma para mediciones de punto único (modo estático) o campo promedio (modo de exploración). También describimos la construcción del sistema y elaborar procedimientos de tratamiento de datos.
Abstract
La aplicación aquí descrita del neutrón inelástico Dispersión método (INS) para el análisis del carbono del suelo se basa en el registro y análisis de los rayos gamma creado cuando neutrones interactúan con elementos de suelo. Las partes principales del sistema INS son un generador de pulsos de neutrones, detectores gamma de NAI (TL), partida electrónica para separar espectros gamma por los INS y termo-neutrón captura (TNC) procesos y software para la adquisición de espectros gamma y procesamiento de datos. Este método tiene varias ventajas sobre otros métodos que es un método no destructivo en situ que mide la media de carbono contenido en volúmenes grandes de suelo, insignificante se ve afectado por cambios bruscos locales en el carbono del suelo y puede ser utilizado en papelería o modos de exploración. El resultado del método INS es el contenido de carbono de un sitio con una huella de ~2.5 – 3 m2 en el régimen estacionario, o el contenido de carbono promedio de la zona importante en el régimen de exploración. Es la gama de la medida del actual sistema de INS > 1,5% peso de carbón (desviación estándar ± 0.3% w) en la capa de suelo superior 10 cm para un 1 hmeasurement.
Introduction
Conocimiento del contenido de carbono del suelo es necesaria para la optimización de la productividad y rentabilidad, entender el impacto de las prácticas de uso de tierras agrícolas en los recursos de suelo y evaluación de estrategias de secuestro de carbono1, 2,3,4. Carbono del suelo es un indicador universal de suelo calidad5. Varios métodos han sido desarrollados para la medición de carbono del suelo. Combustión seca (DC) ha sido el método más ampliamente utilizado para los años6; Este método se basa en la recolección de muestras de campo y procesamiento de laboratorio y medición que es destructivo, trabajo intensivo y consume mucho tiempo. Dos nuevos métodos son la espectroscopía de descomposición inducida por láser y cerca y espectroscopia infrarroja7. Estos métodos también son destructivos y solo analizan la capa de suelo muy cerca de la superficie (profundidad de suelo de 0.1 – 1 cm). Además, estos métodos sólo producen punto de mediciones de contenido de carbono para volúmenes de muestra pequeños (~ 60 cm3 para el método de DC y 0.01-10 cm3 para los métodos de espectroscopia de infrarrojo). Estas mediciones de punto hacen difícil extrapolar resultados a escalas de campo o paisaje. Puesto que estos métodos son destructivos, mediciones recurrentes también son imposibles.
Investigadores anteriores en el laboratorio nacional de Brookhaven sugieren aplicar tecnología de neutrones para suelo carbono análisis (método de INS)7,8,9. Este esfuerzo inicial desarrolló la teoría y la práctica de utilizar análisis de gamma de neutrones para la medición de carbono del suelo. A partir de 2013, este esfuerzo fue continuado en el USDA-ARS nacional suelo dinámica de laboratorio (NSDL). La expansión de esta aplicación tecnológica en los últimos 10 años es debido a dos factores principales: la disponibilidad de generadores de neutrones comerciales relativamente baratos, los detectores gamma y electrónica correspondiente con el software; y estado del arte bases de datos de referencia de interacción de neutrones núcleos. Este método tiene varias ventajas sobre otros. Un sistema de INS, colocado en una plataforma, podría ser maniobrado sobre cualquier tipo de campo que requiere medición. Este método no destructivo in situ puede analizar los volúmenes de suelos grandes (~ 300 kg) que pueden ser interpolados a un campo totalmente agrícola utilizando pocas mediciones. Este sistema de INS es también capaz de operar en un modo de análisis que determina el contenido de carbono promedio de un área basado en la exploración sobre una cuadrícula predetermine del campo o paisaje.
Protocol
Representative Results
Discussion
Partiendo de la base establecida por los investigadores anteriores, el personal NSDL abordó preguntas fundamentales para el uso práctico y exitoso de esta tecnología sobre el terreno del mundo real. Inicialmente, los investigadores NSDL demostraron la necesidad de tener en cuenta la señal de fondo del sistema de INS al determinar las áreas de pico netos de carbono. 11 otro esfuerzo demostró que el área de pico de carbono neto caracteriza el porcentaje de peso media de carbono en la capa de …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores están en deuda a Barry G. Dorman, Robert A. Icenogle, Juan Rodriguez, Morris G. Welch y Siegford de Marlin para asistencia técnica en mediciones experimentales y a Jim Clark y Dexter LaGrand ayuda con simulaciones de computadora. Agradecemos a XIA LLC para permitir el uso de detectores y la electrónica en este proyecto. Este trabajo fue apoyado por NIFA ALA investigación contrato Nº ALA061-4-15014 “Geoespacial cartografía de precisión del contenido de carbono del suelo para el manejo agrícola de la productividad y el 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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