قياس وتحديد أنماط من تآكل التربة وترسب المتصلة بتركيزات كربونات التربة تحت الإدارة الزراعية

تتمثل الأهداف العامة لهذه الدراسة أولاً في توفير طريقة فعالة لتقدير وتوصيف الأنماط المكانية لتآكل التربة وترسبها على مقاييس حقلية، وثانياً في اختبار نموذج مفاهيمي يربط هذه الأنماط بكربونات التربة القريبة من السطح. وتمنحنا هذه الطرق فهماً أفضل للعلاقات المتبادلة بين كربونات التربة السطحية وعمليات تآكل السطح الأرضي وترسبه. وتكمن المزايا الرئيسية لهذه التقنيات في الكشف الدقيق عن التغيرات في ارتفاع سطح التربة بمرور الوقت، والتحليل السريع لكربونات التربة عبر العديد من عينات التربة.

لقد خطرت لنا فكرة هذا البحث أولاً بعد تحديث خرائط الارتفاع الرقمية. حيث أظهرت خريطة فروق الارتفاع أنماطاً واضحة من التعرية والترسيب، وأردنا دراسة كيفية ارتباط ذلك بتركيزات الكربونات. بالنسبة لهذا البروتوكول، استخدم برنامجاً ميدانياً لتسجيل بيانات موقع RTK GPS كل خمس دقائق في جميع أنحاء منطقة المسح.

ابدأ بإجراء معايرة للموقع وفقاً للمعايير المرجعية المحلية لضمان أعلى مستوى من الدقة. توفر معايرة الموقع المحلية للمنطقة المراد مسحها التحكم الأفقي والرأسي اللازم لطريقة الـ GPS، مما يضمن دقة على مستوى السنتيمتر وهي الدقة المطلوبة للكشف عن التغيرات الطفيفة في الارتفاع.

لجمع البيانات بكفاءة، قم بتثبيت هوائي GPS الخاص بجهاز الاستقبال (rover) على ارتفاع ثابت فوق سطح الأرض على مركبة. بعد ذلك، استورد مسار المقطع العرضي في شكل نقاط إلى جامع بيانات GPS، وتنقل بين هذه النقاط أثناء القيادة مع جمع البيانات بسرعة ثابتة لرسم خرائط على فواصل زمنية قدرها خمسة أمتار. بالإضافة إلى ذلك، استخدم آلة لاستخراج لب التربة تعمل بنظام هيدروليكي ومثبتة على مركبة، واستخدم أنبوب أخذ عينات بقطر لب التربة المطلوب.

لاستخراج العينات الأسطوانية في المواقع المحددة باستخدام بيانات الموقع بنظام RTK GPS. يتم أخذ عينات التربة عن طريق سحب عينة أسطوانية من التربة باستخدام آلة استخراج عينات التربة. ادفع العينة الأسطوانية خارج أنبوب أخذ العينات وقم بتقطيعها إلى زيادات العمق المطلوبة.

انقل عينات التربة إلى أكياس بلاستيكية قابلة للإغلاق وموسومة مسبقاً. ثم احفظ العينات في مبردات لنقلها إلى المختبر. وعند تكرار هذه التحاليل بعد حدوث عمليات تآكل وترسيب كبيرة للتربة، عُد إلى مواقع أخذ العينات نفسها باستخدام نظام GPS واجمع عينات لبية جديدة من التربة.

قم بتحضير عينات التربة للتحليل في المختبر. كبداية، جفف العينات في فرن عند درجة حرارة 60 °C طوال الليل. وفي اليوم التالي، اطحن عينات التربة المجففة عبر منخل بفتحات مقاس 2 mm، وذلك باستخدام مطحنة آلية أو عن طريق الطحن يدويًا باستخدام الهاون والمدقة.

تتطلب الخطوة التالية إعداد جهاز كالسيمتر ضغط معدل. أولاً، قم بتوصيل محول ضغط بمصدر طاقة باستخدام سلك عيار 14. قم بتضمين مقياس فولت رقمي متصل لمراقبة المخرجات الصادرة من محول الضغط.

قم بتضمين مرشح جسيمات بحجم 0.6 ميكرون لضمان تدفق منتظم، وبالتالي حماية محول الضغط. بعد ذلك، قم بتوصيل أنبوب بقاعدة مرشح الجسيمات، ثم صِل الأنبوب بإبرة تحت الجلد من نوع luer lock عيار 18. بعد ذلك، حدد ما إذا كان ينبغي أن تكون أوعية التفاعل عبارة عن زجاجات مصل بسعة 20 أو 100 ملليلتر.

بلل ملعقة طعام معدنية بالماء واستخرج حوالي ملعقة صغيرة من التربة التي قد تحتوي على تركيز عالٍ من الكربونات. استخدم الماصة لإضافة 1 ml من حمض الكبريتيك اللامائي بتركيز 0.5 إلى التربة ولاحظ حدوث الفوران. إذا كان الفوران كثيفاً، افترض أن نسبة كربونات الكالسيوم تزيد عن 15% واستخدم وعاءً سعة 100 ml.

خلاف ذلك، استخدم زجاجة مصل سعة 20 milliliters. ولتحديد تركيز الكربونات، زن جرام واحد من عينة التربة المحضرة في وعاء تفاعل مُلصق عليه بيان. بعد ذلك، انقل باستخدام الماصة 2 milliliters من كاشف الحمض إلى قارورة.

ضع القارورة برفق داخل وعاء التفاعل بحيث لا ينسكب محتواها، ثم أغلق الوعاء بعناية باستخدام سدادة من مطاط البوتيل الرمادي وثبتها بحلقة إغلاق من الألومنيوم. الآن، رج الوعاء لسكب الحمض على عينة التربة واترك التفاعل يستمر لمدة ساعتين على الأقل. وأثناء الانتظار، قم بإعداد منحنى معايرة قياسي باستخدام محاليل قياسية في إعداد موازٍ وبنفس المعايير.

قم بإعداد المحاليل القياسية عن طريق خلط كربونات الكالسيوم بنسبة 100% مع حبيبات زجاجية أو رمال بناءً على الوزن، وليس الحجم. عند تحديد قيمة gar القياسية، من المهم معرفة جهد كربونات الكالسيوم الصفرية بدقة لأن هذا يحدد حد الكشف للطريقة. عادة ما أقوم بقياس العينة الفارغة ثلاث مرات جنباً إلى جنب مع تركيزات قياسية معروفة لاستخلاص قيمة gar.

بعد اكتمال تفاعل عينة التربة، قم بثقب الحاجز المطاطي لوعاء التفاعل وسجّل جهد الخرج بواسطة محول ضغط الضغط. لاحقاً، احسب النسبة المئوية لكربونات الكالسيوم في العينة باستخدام المنحنى القياسي. وقد كشف رسم خرائط الفروق في نموذج الارتفاع الرقمي (DEM) بين عامي 2001 و2009 عن عمليات التعرية والترسيب على مدار تلك الفترة التي استمرت ثماني سنوات.

مع تغيرات في الارتفاع بمستوى الديسيمتر في معظم المناطق. تم العثور على أنماط تعرية وترسيب واسعة النطاق تشبه مسارات تدفق المياه، وقد حدثت في مناطق التقارب الطبوغرافي. تم أخذ عينات من كربونات الكالسيوم في عامي 2001 و2012، لمقارنتها بعمليات التعرية والترسيب التي حدثت في منطقة الدراسة ولاختبار النموذج المفاهيمي.

عند مقارنة عينات التربة من الكتلتين الشرقية والغربية لشرائط الإدارة، وُجدت علاقة عكسية بين التغير في كربونات الكالسيوم في التربة السطحية والتغير في ارتفاع سطح الأرض. ويظهر تحليل التباين أن التغير في الارتفاع يتأثر بشكل معنوي بجميع المتغيرات الجانبية. بينما كانت التغيرات في كربونات الكالسيوم تتأثر بشكل أكثر معنوية بفئة التعرية، أو وحدة التعرية التربوية (EDU)، أو وحدة التربة المحددة في الخريطة.

تم تحديد خمس وحدات تربة مسبقاً من خلال مسح للتربة في الموقع. وتُظهر عمليات الاستكمال لنتائج العينات النقطية أن المناطق المركزة الصغيرة نسبياً من كربونات الكالسيوم المرتفعة والمنخفضة في عام 2001 لم تكن واضحة في عام 2012، حيث أصبح النمط المكاني أقل تعقيداً.

تبدو حساسية الكشف عن تغيرات الارتفاع التي توفرها المسوحات الأرضية المتكررة باستخدام نظام RTK GPS مثالية في تكميم ووصف عمليات التعرية والترسيب على نطاق الحقل. وتعد طريقة تقارب الضغط المعدلة تقنية رائعة لقياس الكربونات، حيث يمكننا معالجة العديد من العينات في وقت قصير. وقد تم الكشف عن ارتفاع سطح التربة بسهولة أكبر من التغيرات في كربونات التربة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى زيادة عينات اللباب التي كانت 30 centimeters في عام 2001.

من شأن زيادة تكرار أخذ العينات مستقبلاً بفواصل قدرها 15 centimeters أن تحسن من قدرتنا على اكتشاف كربونات التربة. ويمكن تطبيق النموذج المفاهيمي والطرق الموصوفة هنا على مواقع أخرى تتواجد فيها طبقات كلسية بالقرب من سطح التربة.