قياسات كربون في التربة بتحليل النيوترون-غاما في ثابت والمسح الضوئي وسائط
Summary
هنا، هذا البروتوكول للقياس في الموقع من الكربون في التربة باستخدام هذه التقنية النيوترون-غاما للقياسات نقطة واحدة (الوضع الثابت) أو حقل المتوسطات (وضع المسح). ونحن أيضا وصف نظام البناء، ووضع إجراءات معالجة البيانات.
Abstract
ويستند تطبيق هذه الوثيقة وصف النيوترون غير مرن نثر الأسلوب (INS) لتحليل الكربون في التربة على تسجيل وتحليل لأشعة جاما التي تم إنشاؤها عندما تتفاعل النيوترونات مع العناصر التربة. الأجزاء الرئيسية للنظام الإضافية مولد نيوترون نابض، NaI(Tl) للكشف عن أشعة غاما وتقسيم الإلكترونيات للفصل بين أطياف أشعة غاما نظراً للوظائف والعمليات الحرارية-النيوترون التقاط (الشركات)، والبرمجيات لاقتناء أطياف أشعة غاما، وتجهيز البيانات. هذا الأسلوب له العديد من المزايا عبر طرق أخرى في ذلك هو أسلوب غير مدمرة في الموقع الذي يقيس متوسط الكربون المحتوى بكميات كبيرة من التربة، هو تأثر ماما المحلية تغييرات حادة في الكربون في التربة، ويمكن أن تستخدم في القرطاسية أو وسائط المسح الضوئي. هو نتيجة للأسلوب وظائف محتوى الكربون من موقع مع بصمة ~2.5-3 م2 في نظام ثابت، أو محتوى الكربون متوسط لمنطقة يتم اجتيازها في نظام المسح الضوئي. يتم قياس نطاق النظام الحالي للوظائف > 1.5% وزن الكربون (الانحراف المعياري ± 0.3 w %) في طبقة التربة العليا 10 سم هميسوريمينت 1.
Introduction
مطلوب معرفة محتوى الكربون في التربة لتحسين إنتاجية التربة والربحية، وفهم تأثير ممارسات استخدام الأراضي الزراعية على موارد التربة، وتقييم الاستراتيجيات ل تنحية الكربون1، 23،،4. الكربون في التربة مؤشر عالمي ل جودة التربة5. وقد وضعت عدة أساليب لقياس الكربون في التربة. وكان الاحتراق الجافة (DC) الأسلوب الأكثر استخداماً لسنوات6؛ يستند هذا الأسلوب على قياس مدمرة، العمل المكثف، ومضيعة للوقت وتجهيز المختبرات وجمع العينات الميدانية. اثنين من الأساليب الأحدث مطيافية الانهيار المستحثة بالليزر، والقرب ومنتصف مطيافية الأشعة تحت الحمراء7. هذه الأساليب هي أيضا المدمرة وسوى تحليل طبقة جداً قرب سطح التربة (0.1-1 سم عمق التربة). وبالإضافة إلى ذلك، تؤدي هذه الطرق فقط نقطة قياس المحتوى الكربوني لأحجام عينة صغيرة (~ 60 سم3 للأسلوب DC، و 0.01-10 سم3 لأساليب مطيافية الأشعة تحت الحمراء). هذه القياسات نقطة تجعل من الصعب على استقراء النتائج بجداول الحقل أو المناظر الطبيعية. وبهذه الطرق المدمرة، أيضا من المستحيل القياسات المتكررة.
واقترح الباحثين السابقة في “مختبر بروكهافن الوطني” تطبيق تكنولوجيا الأشعة النيوترونية للتربة الكربون التحليل (أسلوب INS)7،،من89. هذا الجهد الأولى وضعت نظرية وممارسة استخدام نيوترون جاما تحليل لقياس الكربون في التربة. ابتداء من عام 2013، استمر هذا الجهد في وزارة الزراعة-جمعية الإغاثة اﻷرمنية الوطنية التربة ديناميات المختبرية (NSDL). التوسع في هذا التطبيق التكنولوجي على مدى السنوات العشر الماضية يرجع إلى عاملين رئيسيين: توفر مولدات النيوترون تجارية رخيصة نسبيا، والكشف عن أشعة غاما والإلكترونيات المقابلة مع البرمجيات؛ ومن أحدث نواة النيوترون التفاعل قواعد بيانات مرجعية. هذا الأسلوب له مزايا عديدة أكثر من الآخرين. يمكن هيا نظام وظائف، ووضع على منصة، على أي نوع من الحقول التي تتطلب قياس. ويمكن تحليل هذا الأسلوب غير المدمرة في الموقع كميات التربة الكبيرة (~ 300 كجم) التي يمكن محرف إلى حقل زراعية بأكملها باستخدام قياسات قليلة فقط. هذا النظام الإضافية أيضا قادرة على العمل في وضع المسح ضوئي التي تحدد محتوى الكربون متوسط مساحتها استناداً إلى المسح الضوئي عبر شبكة بريديتيرميني من الحقل أو المناظر الطبيعية.
Protocol
Representative Results
Discussion
بناء على الأساس الذي أنشأه الباحثين السابقة، تناولت الموظفين NSDL الأسئلة الحاسمة للاستخدام العملي والناجح لهذه التكنولوجيا في العالم الحقيقي إعدادات الحقل. في البداية، أظهر الباحثون NSDL ضرورة لمراعاة الإشارات الخلفية نظام الوظائف عند تحديد مجالات ذروة الكربون الصافي. 11 جهد ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب المثقلة بالديون إلى درمان زاي باري، روبرت أ إيسينوجلي وخوان رودريغيز، موريس زاي ولش ومارلين سيجفورد للمساعدة التقنية في مجال القياسات التجريبية، وجيم كلارك ولاغراند دكستر للمساعدة في عمليات المحاكاة بالحاسوب. ونحن نشكر LLC شيا للسماح باستخدام الإلكترونيات وأجهزة الكشف في هذا المشروع. وأيد هذا العمل قبل NIFA علاء البحث العقد رقم ALA061-4-15014 “الدقة رسم الخرائط الجغرافية المكانية لمحتوى الكربون في التربة الزراعية الإنتاجية ودورة حياة إدارة”.
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
- Potter, K. N., Daniel, J. A., Altom, W., Torbert, H. A. Stocking rate effect on soil carbon and nitrogen in degraded soils. J. Soil Water Conserv. 56, 233-236 (2001).
- Torbert, H. A., Prior, S. A., Runion, G. B. Impact of the return to cultivation on carbon (C) sequestration. J. Soil Water Conserv. 59 (1), 1-8 (2004).
- Stolbovoy, V., Montanarella, L., Filippi, N., Jones, A., Gallego, J., Grassi, G. . Soil sampling protocol to certify the changes of organic carbon stock in mineral soil of the European Union. Version 2. , (2007).
- Smith, K. E., Watts, D. B., Way, T. R., Torbert, H. A., Prior, S. A. Impact of tillage and fertilizer application method on gas emissions (CO2, CH4, N2O) in a corn cropping system. Pedosphere. 22 (5), 604-615 (2012).
- Seybold, C. A., Mausbach, M. J., Karlen, D. L., Rogers, H. H., Lal, R., Kimble, J., Stewart, B. A. Quantification of soil quality. Soil processes and the carbon cycle. , 387-404 (1997).
- Nelson, D. W., Sommers, L. E., Sparks, D. L. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis., Part 3, Chemical Methods. , 961-1010 (1996).
- Wielopolski, L., Carayannis, E. Nuclear methodology for non-destructive multi-elemental analysis of large volumes of soil. Planet Earth: Global Warming Challenges and Opportunities for Policy and Practice. , (2011).
- Wielopolski, L., Yanai, R. D., Levine , C. R., Mitra, S., Vadeboncoeur, M. A. Rapid, non-destructive carbon analysis of forest soils using neutron-induced gamma-ray spectroscopy. Forest Ecol. Manag. 260, 1132-1137 (2010).
- Mitra, S., Wielopolski, L., Tan, H., Fallu-Labruyere, A., Hennig, W., Warburton, W. K. Concurrent measurement of individual gamma-ray spectra during and between fast neutron pulses. Nucl. Sci. 54 (1), 192-196 (2007).
- Yakubova, G., Wielopolski, L., Kavetskiy, A., Torbert, H. A., Prior, S. A. Field testing a mobile inelastic neutron scattering system to measure soil carbon. Soil Sci. 179, 529-535 (2014).
- Yakubova, G., Kavetskiy, A., Prior, S. A., Torbert, H. A. Benchmarking the inelastic neutron scattering soil carbon method. Vadose Zone J. 15 (2), (2016).
- Knoll, G. F. . Radiation Detection and Measurement. , (2000).
- Mitra, S., Dioszegi, I. Unexploded Ordnance identification – A gamma-ray spectral analysis method for Carbon, Nitrogen and Oxygen signals following tagged neutron interrogation. Nucl. Instrum. Meth. A. 693, 16-22 (2012).
