يمكن الاستدلال على الأنماط المكانية لتآكل التربة وترسب من اختلافات في ارتفاع الأرض المعينة بزيادات في الوقت المناسب. هذه التغيرات في ارتفاع تتعلق بالتغييرات في التربة القريبة من السطح الكربونات. ويرد وصف أساليب قابلة للتكرار للقياسات الميدانية والمختبرية لأساليب تحليل هذه البيانات والكميات هنا.
يمكن الاستدلال على الأنماط المكانية لتآكل التربة وترسب من اختلافات في ارتفاع الأرض المعينة بزيادات في الوقت المناسب. هذه التغيرات في ارتفاع تتعلق بالتغييرات في التربة القريبة من السطح (3من كربونات الكالسيوم) كربونات التشكيلات الجانبية. والهدف وصف نموذج مفاهيمي بسيط والبروتوكول مفصلاً لحقل قابل للتكرار والقياسات المختبرية لهذه الكميات. هنا، يتم قياس ارتفاع دقيقة استخدام الأرضي عالمي تحديد المواقع نظام تفاضلي (GPS)؛ ويمكن تطبيق أساليب اقتناء البيانات الأخرى بنفس الأسلوب الأساسي. يتم جمع عينات التربة من عمق الفواصل الزمنية المقررة وتحليلها في المختبر باستخدام طريقة فعالة ودقيقة معدلة ضغط-كالسيميتير للتحليل الكمي لتركيز الكربون غير العضوي. يتم تطبيق الأساليب الإحصائية القياسية نقطة البيانات، وتبين النتائج الممثل الارتباطات الهامة بين التغيرات في طبقة التربة السطحية3 من كربونات الكالسيوم، والتغيرات في الارتفاع تمشيا مع النموذج النظري؛ كربونات الكالسيوم3 عموما انخفضت في مناطق ترسبية وزادت في مناطق تحاتيه. خرائط مستمدة من نقطة قياسات الارتفاع والتربة كربونات الكالسيوم3 للمساعدة في التحليل. وتبين خريطة أنماط تحاتيه وترسبيه في موقع الدراسة، حقل قمح الشتوي البعلية المزروعة في مدرجات القمح البور، بالتناوب المتفاعلة آثار تآكل المياه والرياح تتأثر إدارة والتضاريس. طرق أخذ العينات البديلة وعمق الفواصل وتناقش والموصى بها للعمل في المستقبل بشأن تآكل التربة وترسب التربة كربونات الكالسيوم3.
انجراف التربة يهدد استدامة الأراضي الزراعية. إدارة، مثل تناوب المحاصيل القمح الشتوي-البور حرث تقليديا المحاصيل، ويمكن تسريع عمليات التعرية والترسب حسب التربة العارية أثناء فترات الإراحة أكثر عرضه للرياح والمياه القوات1،2، 3 , 4 , 5 (الشكل 1). في حين قد تكون هذه العمليات واضحة، أنها يمكن أن تكون يصعب قياسها كمياً.
والغرض من هذه الدراسة أولاً لتوفير وسيلة فعالة للتحديد الكمي وتصف الأنماط المكانية للتآكل والترسيب في المجال توسيع نطاق استخدام التكنولوجيا (GPS) نظام تحديد المواقع العالمية ونظم المعلومات الجغرافية (GIS) أدوات رسم الخرائط. كما قدم نموذج مفاهيمي بسيطة المتعلقة بهذه الأنماط القرب من سطح التربة الكربونات (3من كربونات الكالسيوم) واختبارها الحقول المحددة والأساليب المختبرية. هذه العلاقات توفر التدابير غير المباشرة من التآكل والترسب، أثناء التحقق من صحة نتائج أسلوب لتحديد المواقع. وتشدد هذه الورقة على الأساليب المستخدمة في شيرود وآخرون. ذلك أنها يمكن أن تتكرر، جزئيا أو كلياً، لإجراء بحوث مماثلة في مواقع أخرى6.
رقم 1. صور من (أ) التآكل والترسيب (ب) في موقع الدراسة بعد حدث هطول أمطار الغزيرة- مسار إطارات جرار في الزاوية اليمنى السفلي من الصورة (ب) يشير إلى عمق ترسب على حدود قطاع القمح/البور.
المختلفة مباشرة واستعرض ستروسنيجدير7أساليب لقياس تعرية التربة. تختلف الأساليب المقترحة بغرض قياس والموارد المتاحة، ولكن أسلوب “تغيير في ارتفاع السطح” يوصي بمقياس هيلسلوبي ويوفر ميزة قياس التآكل والترسيب. طريقة واحدة لتطبيق هذا الأسلوب هو تثبيت دبابيس في التربة، ورصد التغير في الارتفاع للتربة بالنسبة للجزء العلوي من دبوس7. مع التقدم في تكنولوجيا المعلومات المساحية، ومع ذلك، يمكن استبدال هذا النهج كثيفة العمالة بأساليب أخرى، مثل الليزر الأرضية المسح الضوئي (TLS)8،9،،من1011 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16، الليزر المحمول جوا المسح الضوئي (ALS)17،،من1819،،من2021، نظام تحديد المواقع6،22، متقدمة التصويري23 ،24أو تركيبات من هذه التقنيات25،،من2627. بينما ليزر المسح الضوئي، ويشار إليها باسم يدار (ضوء الكشف وتتراوح)، يوفر الأكثر سرعة الحصول على مجموعات بيانات ارتفاع سطح كثيفة، ويجب إجراء التصحيحات لإزالة الكائنات الدائمة، مثل الغطاء النباتي. مع ملليمتر-مستوى الدقة العمودية، TLS يمكن الكشف عن تغيير ارتفاع أصغر، لكن بري وآخرون. ALS الموصى بها عبر TLS لتآكل gulley التقديرات بسبب البصمة المسح أكبر وأفضل اتجاه الصك (أقل الطبوغرافية التظليل) للمسح الضوئي إلى أخاديد عميقة قطعي28. ويستخدم في الوقت الحقيقي الحركية “لتحديد المواقع” (رتكجبس)، تقديم سنتيمتر-مستوى الدقة دون تجهيز البيانات، لهذه الدراسة. القرار المكانية ودقة البيانات التي تم جمعها رتكجبس الأمثل للكشف عن ميزات تحاتيه وترسبيه المهيمنة في حقل الزراعة أو البيئات الأخرى مع غطاء أرضي كبير.
الأسلوب كالسيميتير الضغط للتحديد الكمي للتربة من كربونات الكالسيوم3 يعتمد على رد الفعل في التربة إلى حمض في نظام مغلق، أسفرت عن الإفراج عن شركة2- زيادة الضغط داخل وعاء التفاعل في درجة حرارة ثابتة يرتبط خطيا إلى كمية التربة كربونات الكالسيوم329. إدخال تعديلات على أسلوب الضغط التقليدية-كالسيميتير، وصف شيرود et al.، وتشمل تغيير السفينة رد فعل لزجاجات المصل واستخدام ضغط على المفاتيح السلكية الفولتميتر رقمي للكشف عن تغيرات الضغط 30. تسمح هذه التعديلات بأدنى حدود الكشف، ويعمل بقدرة أعلى على عينة التربة يوميا. أساليب تيتريميتريك الجاذبية أو بسيطة لقياس التربة كربونات الكالسيوم3 تنتج أخطاء أكبر وتعديل حدود الكشف من هذا الضغط-كالسيميتير الأسلوب30.
النموذج المفاهيمي
عندما لا تكون التدابير المباشرة للتآكل والترسيب ممكناً، يمكن استخدام المؤشرات غير المباشرة لهذه العمليات. شيرود وآخرون. الافتراض بأن تركيز الطبقة السطحية كربونات الكالسيوم3 التربة في مناخ شبه قاحلة يرتبط ارتباطاً عكسيا بالتغيير في ارتفاع سطح الأرض (ارتباطاً إيجابيا بالتعرية، يرتبط ارتباطاً سلبيا بالترسب)6. الفرضية القائلة بأن تطبق على نطاق واسع، ولكن علاقات محددة يتوقف على ظروف الموقع (التربة والغطاء النباتي، وإدارة، والمناخ). التربة في موقع للتجارب (الجدول 1) عادة ما تحتوي على طبقة كلسية متميزة 15-20 سم تحت سطح التربة. من الناحية المفاهيمية، سيزيل تآكل الطبقة السطحية من كربونات الكالسيوم منخفضة نسبيا3 تركيز ترك هذه الطبقة الجيرية من كربونات الكالسيوم عالية3 أقرب إلى سطح التربة. ثم يتم نقل التربة3 كربونات الكالسيوم المنخفضة إلى مناطق ترسبية، مما تسبب في طبقة كلسية أن يدفن أعمق تحت سطح التربة (الشكل 2). أخذ العينات هذه التربة على مر الزمن على فترات مناسبة العمق، أما تآكل أو ترسب (أو لا) يجوز الاستدلال بتركيز3 كربونات الكالسيوم، ووفقا لهذا النموذج.
سلسلة التربة | منحدر | تصنيف تصنيفية | العمق | الأس الهيدروجيني | المفوضية الأوروبية | N إجمالي | شركة نفط الجنوب | كربونات الكالسيوم3 |
الجدول 1. التربة في موقع التجارب. التربة وحدات تعيين وتصنيف تصنيفية، مع حموضة التربة متوسط، الكهربائية الموصلية (المفوضية الأوروبية)، مجموع N، التربة العضوية ج (شركة نفط الجنوب)، وكربونات الكالسيوم3 تركيزات في 0–15-وزيادة عمق 15-30 سم لسكوت الميدانية في عام 2012 (من شيرود et al.) 6.
رقم 2. التشكيلات الجانبية للتربة المفاهيمية. مواصفات التربة المفاهيمية (أ) مصفوفة تربة ثابتة مع كربونات الكالسيوم3 المقلوعة من الطبقة السطحية وعجلت في طبقة أعمق، (ب) تآكل معتدلة للطبقة السطحية، وترسب المواد المعتدلة (ج) فوق الطبقة السطحية السابقة. عمق الفواصل (إلى اليسار) تقريبية استناداً إلى بيانات الموقع (من شيرود et al.) 6– الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
وصف الموقع والتاريخ
109-ها الميدان سكوت هو جزء من “المزرعة دريك” في شمال شرق ولاية كولورادو (40.61سن، 104.84سث، الرقم 3) وتم رصد من عام 2001 إلى عام 2012 لهذه الدراسة. متوسط هطول الأمطار السنوي والتبخر والنتح كانت حوالي 350 و 1200 ملم، على التوالي، في هذا المناخ شبه القاحلة، حيث كانت الأمطار الحراري لمدة قصيرة، وارتفاع كثافة المشتركة خلال فصل الصيف. ارتفاعات تتراوح من 1559 إلى 1588 م في هذه التضاريس المتموجة مع مواقع المناظر الطبيعية المتميزة: قمة سيديسلوبي الشمالية التي تواجه (الجانب-NF)، سيديسلوبي التي تواجه الجنوب (الجانب-SF) وتوسلوبي (الشكل 4 باء). شرائط التناوب (~ 120 مترا) عادة تدار في هذا التناوب القمح الشتوي-البور البعلية مثل أن كل قطاع أخرى كان إراحة الأرض لحوالي 14 شهرا من كل دورة التناوب 24 شهرا. حدث الضحلة الحرث (~ 7 سم)، عادة الاحتلالات الخامس-بليد، 4 إلى 6 مرات خلال فترة إراحة الأرض لمكافحة الأعشاب الضارة. تم تصنيف التربة في الموقع أن يكون التسامح فقدان التربة، أو قيمة T ، مغ 11 هكتار السنة-1 -1، حيث تعتبر معدلات تآكل أقل من هذه القيمة T مقبولة لاستمرار الإنتاج الزراعي4 .
الشكل 3. موقع يرد على “الإغاثة صورة طبوغرافية” من ولاية كولورادو، الولايات المتحدة الأمريكية (م 1011 إلى 4401). يعني الارتقاء بالموقع 1577 م.
الشكل 4. التربة خريطة و “ارتفاع سطح الأرض” من الميدان سكوت. (أ) تجرد خريطة تربة الحقل سكوت عرض مواقع نقاط عينة التربة وإدارة المحاصيل. الاختصارات وحدة التربة: 1 = واجونوهيل الطفال 0-2% المنحدر، 2 = واجونوهيل الطفال 2-5 ٪ المنحدر، 3 = كولبي الطفال المنحدر 5-9 ٪، 4 = كيم الطفال الرملي غرامة 2-5 ٪ المنحدر، 5 = كيم الطفال الرملي غرامة 5-9 ٪ المنحدر؛ و (ب) الأراضي ارتفاع سطح الحقل استناداً إلى نموذج الارتفاع الرقمي الشبكة 5-م 2001 (ماركاً)، مع مواقع عينة التربة أظهرت بتصنيف الأراضي (من شيرود et al.) 6.
وجمعت أول دراسة استقصائية لارتفاع سطح الأرض قبل رتكجبس في عام 2001 لإنتاج نموذج ارتفاع رقمي (ماركاً) للموقع. بالتزامن مع ماك كوتشون et al.، وأجرى عينة تربة بصورة مكثفة (الشكل 4 أ) أيضا في عام 2001، من أي سطح التربة كربونات الكالسيوم3 تم تحليلها من قبل كالسيميتير ضغط تعديل أسلوب30،31 . واضح بصريا التآكل والترسيب التي تحدث على مدى العقد التالي بسبب الرياح، والغالب من الشمال الغربي، وجريان مياه الأمطار الأحداث دفعت مسح ارتفاع رتكجبس ثاني في عام 2009 (مع جزء من حقل الانتهاء في عام 2010). وأكد مقارنة ماركاً ألمانيا الجديدة إلى ماركاً 2001 الأصلي عن طريق خريطة “ماركاً ألمانيا للفرق”32 كبير التآكل والترسب، عرض الأنماط التي اقترحت متعددة العوامل المتحكمة لهذه العمليات (الشكل 5). نظراً لأن إعادة توزيع كبيرة من التربة السطحية في الموقع والبيانات3 كربونات التربة التاريخية، عينة التربة 2001 تكررت في عام 2012 لاختبار نموذج مفاهيمي ل العمليات هيدروبيدولوجيكال6، كما هو موضح في المقطع السابق.
الرقم 5. خريطة التغييرات (2001-2009 *) في ارتفاع “سطح الأرض” (Δض) على شبكة 5 أمتار داخل الحقل سكوت في شمال شرق ولاية كولورادو. المسماة أرقام قطاع المحاصيل عبر نظام زراعة بديلة الشتاء-القمح-البور، والجزء ألف-أ ‘ يرد (التفاصيل الواردة في الشكل 11). * شرائط 2، 4، 6، 8 التي شملتها الدراسة الاستقصائية في عام 2010 لاستكمال ماركاً 2009 (من شيرود et al.) 6– الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
توضح التغييرات المعينة في الارتفاع (الشكل 5) كبير التآكل والترسيب في حقل الزراعة والأنماط المكانية إرشادية متعددة العوامل المتحكمة على جداول متعددة. من حقل جدول أنماط المرتبطة بالرياح، وصولاً إلى أنماط الجذعية حجم الغرامة التي تنتجها تدفق المياه، والعمليات ذات الصلة بهذ?…
The authors have nothing to disclose.
موقع الدراسة الميدانية في مزرعة يديرها ديفيد دريك ونحن نشكره على تعاونه خلال هذه البحوث الطويلة الأمد. ونشكر أيضا مايك ميرفي لسنوات عديدة من العمل الميداني في هذا المشروع وروبن مونتينيري لمساعدة لها مع الرسومات المستخدمة في هذه الورقة.
Real-time kinematic GPS system | Trimble | Model 5800 | |
GPS field data collector | Trimble | Model TSC2 | |
GPS field software | Trimble | Trimble Access (Trimble Survey Controller used in 2001 for site calibration but this software is no longer supported) | |
Hydraulic soil coring machine | Giddings Machine Company | ||
Utility vehicle | John Deere | Gator 6×4 | |
GIS software | ESRI | ArcGIS for Desktop with Spatial Analyst and Geostatistical Analyst Extensions | |
Statistical software | SAS | SAS Institute Inc. | |
Pressure transducer 0-105 kPa | Serta | Model 280E | Setra Systems, In., Boxborough, MA |
Volt meter | WaveTek | 5XL | Digital meter set to read volts |
Serum Bottles | Wheaton | 223747 | 100 ml |
Serum Bottles | Wheaton | 223762 | 20 ml |
Sealing Cap 20 mm Aluminum | Wheaton | 224183-01 | Case of 1000 |
20 mm gray butyl stopper (2-prong) | Wheaton | 224100-192 | Septum; Case of 1000 |
Hand crimper | Wheaton | W225303 | 20 mm size |
Hand Decapper | Wheaton | W225353 | 20 mm size |
Acid vials | Wheaton | 224881 | 0.50 dram size (2-ml) |
Power supply | SR Components | DDU240060 | Class 2 Transformer AC adaptor; Input 120VAC , Output 24VDC |
Calcium carbonate | Fisher | 471-34-1 | 500 g of 100% w/w CaCO3 |