Misura e mappatura modelli di erosione e deposizione relazionati al suolo carbonato concentrazioni sotto gestione agricola

Gli obiettivi generali di questo studio sono, in primo luogo, fornire un metodo efficiente per quantificare e descrivere i modelli spaziali di erosione e deposizione del suolo su scala campionaria e, in secondo luogo, verificare un modello concettuale che relaziona tali modelli ai carbonati del suolo in prossimità della superficie. Questi metodi ci consentono di comprendere meglio le interrelazioni tra i carbonati superficiali del suolo e i processi di superficie relativi all'erosione e alla deposizione. I principali vantaggi di queste tecniche consistono nella rilevazione accurata delle variazioni dell'elevazione della superficie del suolo nel tempo e nell'analisi rapida dei carbonati del suolo su numerose campioni.

L'idea iniziale di questa ricerca è nata dopo l'aggiornamento delle mappe digitali di elevazione. Una mappa delle differenze altimetriche mostrava chiari modelli di erosione e deposizione, e abbiamo voluto analizzare come questi fossero correlati alle concentrazioni di carbonato. Per questo protocollo, utilizzare un software di campo per registrare i dati di posizione GPS RTK ogni cinque minuti lungo tutta l'area di rilevamento.

Iniziare eseguendo una calibrazione del sito rispetto a capisaldi locali per garantire il massimo livello di accuratezza. Una calibrazione locale del sito per l'area da rilevare fornisce il controllo planimetrico e altimetrico necessario per il metodo GPS. Ciò assicura un'accuratezza a livello di centimetro, necessaria per rilevare piccole variazioni di elevazione.

Per una raccolta dati efficiente, montare un'antenna GPS rover a un'altezza fissa dal suolo su un veicolo. Importare quindi il transect in punti nel raccoglitore dati GPS e spostarsi tra di essi guidando e raccogliendo dati a velocità costante per mappare intervalli di cinque metri. Inoltre, utilizzare una trivella idraulica montata sul veicolo e un tubo di campionamento del diametro desiderato per il campione di suolo.

Per estrarre campioni cilindrici in punti identificati mediante dati di posizione GPS RTK. Il campionamento del suolo viene effettuato prelevando un campione cilindrico con l'apparecchio per il campionamento del suolo. Espellere il campione dal tubo di campionamento e tagliarlo negli incrementi di profondità desiderati.

Trasferire i campioni di suolo in sacchetti di plastica sigillabili precedentemente etichettati. Successivamente, conservare i campioni in contenitori refrigerati per il trasporto in laboratorio. Quando si ripetono queste analisi dopo che si sono verificati eventi significativi di erosione e deposizione del suolo, tornare alle stesse posizioni di campionamento utilizzando il GPS e prelevare nuovi campioni di suolo cilindrici.

In laboratorio, preparare i campioni di suolo per l'analisi. Per iniziare, essiccarli in un forno a 60 °C per tutta la notte. Il giorno successivo, macinare i campioni di suolo secco attraverso un setaccio da due millimetri, utilizzando un macinatore motorizzato oppure macinando manualmente con mortaio e pestello.

Il passaggio successivo richiede l'allestimento di un apparato calcimetrico modificato. In primo luogo, collegare un trasduttore di pressione a un alimentatore elettrico mediante un cavo da 14 gauge. Includere un voltmetro digitale collegato per monitorare l'uscita del trasduttore.

Includere un filtro per particelle da 0,6 micron per raccogliere un flusso uniforme e, in tal modo, proteggere il trasduttore di pressione. Successivamente, collegare un tubo alla base del filtro per particelle e connettere il tubo a un ago ipodermico da 18 gauge con attacco luer lock. Quindi, determinare se i recipienti di reazione devono essere bottiglie da siero da 20 o da 100 millilitri.

Inumidire un cucchiaio metallico con acqua e prelevare circa un cucchiaino di terreno che potrebbe avere una concentrazione elevata di carbonati. Pipettare un millilitro di acido solforico anidro 0,5 M sul terreno e osservare l'effervescenza. Se l'effervescenza è intensa, si può presumere che il carbonato di calcio sia superiore al 15% e si deve utilizzare un recipiente da 100 millilitri.

In caso contrario, utilizzare un flacone da 20 millilitri per sieri. Per determinare la concentrazione di carbonato, pesare un grammo di campione di suolo preparato in un recipiente di reazione etichettato. Successivamente, pipettare due millilitri di reagente acido in un vial.

Posizionare delicatamente la provetta nel recipiente di reazione, facendo attenzione a non versarne il contenuto, quindi sigillare accuratamente il recipiente con un tappo in gomma butilica grigio e fissarlo con un anello di alluminio. Agitare ora il recipiente per far cadere l'acido sul campione di suolo e lasciare avvenire la reazione per almeno due ore. Nel frattempo, preparare un gar standard utilizzando standard in un apparato parallelo con gli stessi parametri.

Preparare gli standard mescolando carbonato di calcio al 100% con perline di vetro o sabbia in base al peso, non al volume. Quando si determina un gar standard, è importante conoscere con precisione la tensione dello zero in assenza di carbonato di calcio, poiché questo valore definisce il limite di rilevamento del metodo. Di solito misuro il bianco tre volte insieme a concentrazioni standard note per ricavare un gar.

Al termine della reazione del campione di suolo, perforare il setto di gomma del recipiente di reazione e registrare l'uscita di tensione del trasduttore di pressione. Successivamente, calcolare la percentuale di carbonato di calcio nel campione utilizzando la curva standard. L'analisi delle differenze del modello digitale del terreno (DEM) tra il 2001 e il 2009 ha rivelato fenomeni di erosione e deposizione nel corso di quell'arco temporale di otto anni.

Con variazioni decimetriche di elevazione nella maggior parte delle aree. Individuare modelli erosivi e deposizionali su larga scala che assomigliano ai percorsi di scorrimento dell'acqua verificatisi in aree di convergenza topografica. Campioni di carbonato di calcio sono stati prelevati nel 2001 e nel 2012, per confrontarli con l'erosione e la deposizione avvenute nell'area di studio e per verificare il modello concettuale.

Confrontando campioni di suolo dei blocchi est e ovest delle fasce gestite, è stata riscontrata una relazione inversa tra la variazione del carbonato di calcio nel suolo superficiale e la variazione dell'elevazione della superficie terrestre. Un'analisi delle varianti mostra che la variazione dell'elevazione è significativamente influenzata da tutte le variabili laterali. Al contrario, le variazioni del carbonato di calcio sono state maggiormente influenzate dalla classe erosiva o dall'EDU o dall'unità pedologica mappata.

Sono state determinate precedentemente cinque unità pedologiche mediante un rilevamento del suolo del sito. Le interpolazioni dei risultati dei campioni puntuali mostrano che le aree relativamente piccole e concentrate con alto e basso contenuto di carbonato di calcio nel 2001 non erano evidenti nel 2012. Il modello spaziale era diventato meno complesso.

La sensibilità del rilevamento delle variazioni altimetriche fornita da ripetute campagne di rilievo topografico RTK GPS sembra ottimale per quantificare e descrivere i processi di erosione e deposizione su scala campionaria. Il metodo modificato di prossimità alla pressione è una tecnica eccellente per misurare i carbonati e consente di analizzare numerosi campioni in breve tempo. Le variazioni dell'elevazione della superficie del suolo sono state rilevate più facilmente rispetto ai cambiamenti nei carbonati del suolo, probabilmente a causa dell'incremento di campionamento del nucleo, che era di 30 centimetri nel 2001.

Incrementi futuri del campionamento di 15 centimetri dovrebbero migliorare la nostra capacità di rilevare i carbonati nel suolo. Il modello concettuale e i metodi descritti qui possono essere applicati ad altri siti in cui sono presenti strati calcarei vicino alla superficie del suolo.