amostragem de solo repetida foi recentemente mostrado ser uma forma eficaz para monitorar a mudança solo da floresta ao longo de anos e décadas. Para apoiar a sua utilização, um protocolo é apresentada que sintetiza as últimas informações sobre métodos de reamostragem do solo para ajudar na concepção e implementação de programas de monitorização do solo de sucesso.
Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental changes. Repeated sampling to monitor these changes in forest soils is a relatively new practice that is not well documented in the literature and has only recently been broadly embraced by the scientific community. The objective of this protocol is therefore to synthesize the latest information on methods of soil resampling in a format that can be used to design and implement a soil monitoring program. Successful monitoring of forest soils requires that a study unit be defined within an area of forested land that can be characterized with replicate sampling locations. A resampling interval of 5 years is recommended, but if monitoring is done to evaluate a specific environmental driver, the rate of change expected in that driver should be taken into consideration. Here, we show that the sampling of the profile can be done by horizon where boundaries can be clearly identified and horizons are sufficiently thick to remove soil without contamination from horizons above or below. Otherwise, sampling can be done by depth interval. Archiving of sample for future reanalysis is a key step in avoiding analytical bias and providing the opportunity for additional analyses as new questions arise.
Desenvolvimento do solo tem sido tradicionalmente visto em termos de processos que ocorrem ao longo do centenário para escalas de tempo milenares 1. Acompanhamento dos solos que não tinha sido perturbado por usos intensivos, tais como a agricultura não era tipicamente consideradas importantes para a política ou de gestão preocupações sobre a escala de tempo de anos a décadas. No entanto, os solos recentes pesquisas têm mostrado que importantes características químicas do solo pode mudar em menos de uma década, muitas vezes o resultado de amplas mudanças ambientais dirigidos por consequências das actividades humanas como a poluição atmosférica e as alterações climáticas 2. No leste da América do Norte, amostragem de solo repetida está fornecendo informações valiosas sobre os efeitos da deposição ácida através de registros da mudança do solo em ambientes florestais. Em um esforço para apoiar e coordenar este trabalho, o solo do nordeste Monitoramento Cooperative (NESMC) foi formada em 2007 3. Este trabalho é parte do esforço contínuo da NESMC para proinformações vide que avança o uso de amostragem de solo repetido dos solos florestais como uma ferramenta valiosa para monitorar o nosso ambiente em mudança.
amostragem repetida tem sido utilizado para avaliar as mudanças de manipulações experimentais, mas o monitoramento de longo prazo dos solos florestais em resposta a factores ambientais é uma prática relativamente nova que não está bem documentado na literatura e só recentemente foi amplamente adotado pela comunidade científica. cepticismo passado foi devido em grande parte à visão de que a taxa de variação do solo era muito lenta para detectar na presença de variabilidade espacial alta (horizontal e vertical) típica dos solos florestais. Uma vez que a recolha de solo é destrutivo, de reamostragem pode ser feito apenas perto do local de amostragem original. Portanto, a variabilidade espacial no espaço 3-dimensional a partir do qual as amostras são coletadas devem ser devidamente quantificadas para detectar mudanças reais e evitar resultados que são um artefato do método de coleta. Além disso, o processo de amostragem do solo e análise química cria potenciais fontes de instabilidade de medição que podem mascarar alterações ou preconceito Resultados 4. Medição instabilidade não pode ser completamente removido, mas pode ser controlada de forma adequada com os protocolos adequados para produzir resultados com o mínimo de incerteza.
Projetando o estudo de monitorização do solo
monitorização do solo requer que amostras de solo são recolhidos várias vezes ao longo de um intervalo de tempo definido pelo investigador. Intervalos de tempo mais curtos diminuir o período de tempo necessário para detectar uma alteração estatisticamente, mas intervalos mais longos proporcionam mais possibilidades de mudanças de solo para ocorrer 4. Um intervalo de reamostragem de 5 anos é recomendado para equilibrar esses dois fatores, mas se o monitoramento está sendo feito para avaliar um driver específico, o intervalo deve ser definido com base na taxa de variação esperada do que o condutor 2. monitoramento sucesso dos solos florestais também requeremé que uma unidade de estudo ser definida dentro de uma área de terra florestada que foi selecionado para a monitorização do solo. amostragem repetida em vários locais no interior da unidade de estudo é utilizado para determinar se o solo da unidade de estudo que específico mudou ao longo do tempo. unidades de estudo adicionais podem ser seleccionados, mas cada um é estatisticamente analisados separadamente para avaliar se ocorreram alterações do solo. Os resultados estatísticos de múltiplas unidades de estudo pode, então, ser agrupados com o objectivo de análise regional, tal como demonstrado em Lawrence et al. 5. O tipo eo tamanho da unidade de estudo vai depender das questões de monitoramento a ser feitas e as seguintes considerações de projeto de estudo. A amostragem do solo dentro da unidade de estudo pode ser feito em localizações aleatórias ou numa grelha para obter amostras idênticas, enquanto a amostragem é feito em localizações suficientes para caracterizar a variabilidade de área da unidade de estudo sem enviesamento 4. A unidade de estudo localizada dentro de um único tipo de paisagem em relação à apresenta such como inclinação, posição hillslope, aspecto, vegetação, material de origem e drenagem tendem a ter menor variabilidade areal do que uma unidade de estudo que se estende por mais de um tipo de paisagem. Evitando viés de amostragem em cada coleção é necessária para permitir que os valores de poços amostrados em qualquer uma coleção para ser estatisticamente em comparação com os valores obtidos em coleções anteriores e futuras. À medida que o tamanho da unidade de análise aumenta, a variabilidade de área no interior da unidade de estudo também pode aumentar de factores tais como a vegetação ou declive alterações. Se as causas potenciais de variabilidade, tais como estas se tornem englobados dentro da unidade de estudo, os locais de amostragem adicionais serão necessários para caracterizar a possível variação em solos que podem ocorrer. Por conseguinte, o tamanho da unidade de estudo tem de ser determinado pelo investigador com base na variabilidade da área a ser considerada e os recursos disponíveis de projecto para os esforços de amostragem e de reamostragem.
Um critério fundamental para ser considereEd na localização da unidade de estudo é o potencial para futuros distúrbios indesejáveis do sítio. Deve haver algum nível de garantia de que as condições do local continuará a ser adequado para os objectivos de monitorização definidos para várias décadas ou mais. Por exemplo, uma unidade de estudo com o objetivo único de efeitos monitorização das alterações climáticas deve estar localizado em uma área onde o log não irá ocorrer em um futuro previsível.
A metodologia aqui descrito abrange a amostragem de uma unidade de estudo individual. unidades de estudo pode ser replicado dentro de um tipo de paisagem ou unidades de estudo podem ser adicionados para caracterizar tipos de paisagem adicionais dependendo dos objetivos e escopo do estudo, incluindo se o estudo envolve uma manipulação experimental. Um exemplo de um desenho de monitorização do solo é ilustrada na Figura 1. Dentro da área de interesse (região de Adirondack ocidental), seis unidades de estudo ter sido localizado. Neste caso, cada unidade de estudo é em grade em 25 de mesmo tamanhoparcelas. Cada parcela precisa ser grande o suficiente para fornecer um espaço adequado para pit escavação. Em terreno de sequeiro florestal do nordeste dos Estados Unidos e Canadá oriental, um espaço adequado para escavar um poço a uma profundidade de 1,2 m geralmente podem ser encontrados dentro de uma área de 10 m por 10 m. Assim, no nosso exemplo, a área total da unidade de estudo igual a 1,0 ha. Cada vez que a unidade de estudo é amostrado, um número escolhido de parcelas são selecionados aleatoriamente para amostragem. Se cinco parcelas idênticas, são selecionados aleatoriamente para amostragem em um intervalo de cinco anos, a unidade de estudo poderia ser monitorado por 25 anos. A área necessária para escavar e experimentar um pit variará entre as paisagens e deve ser levado em consideração na concepção de amostragem.
O grau de replicação dentro de uma unidade de estudo e a frequência de amostragem repetida irá variar dependendo das características de unidade de estudo, as perguntas feitas e da natureza dos distúrbios que são esperados. Com base em estudos de reamostragem do solo que têmdetectadas alterações com medições comumente utilizados em solos florestais, um intervalo de reamostragem de 5 anos e um mínimo de pontos de amostragem 5 replicar no interior de cada unidade de estudo são recomendados. Diminuição da frequência dos resampling e aumentando a amostragem replicação irá reforçar a capacidade de detectar mudanças.
Figura 1: Projeto Exemplo estudo Um desenho do estudo resampling generalizada.. Note-se que a unidade de estudo está localizada a evitar as áreas ribeirinhas de dois canais de fluxo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Coleta de Amostras de solo – Informação de fundo
A recolha de amostras de solo deve ser feito durante a temporada, quando os solos tendem a ser seco, o que ocorre mais freqüentemente ema última parte do período de crescimento. Redefinindo neste momento, a consistência é também alcançada no que diz respeito a plantar fenologia, uma possível influência sobre as condições químicas do solo. A amostragem deve ser evitada durante ou imediatamente após fortes chuvas ou quando os solos são excessivamente molhada. Pelo menos um local dentro da unidade de estudo devem ser descritos e documentados na sequência do USDA Conservação dos Recursos Naturais Serviço (NRCS) livro de campo para descrever Solos 6, ou outros protocolos apropriados se na sequência de um sistema de classificação do solo utilizado fora os EUA O protocolo campo aqui fornecido segue o sistema e classificação dos EUA exige uma cópia do campo Livro NRCS para Descrevendo Solos no campo. O amostrador deve ter formação e experiência descrevendo e amostragem do tipo de solo que está sendo monitorado antes de implementar os protocolos de monitoramento do solo.
recolha do solo pode ser feito de uma variedade de maneiras, mas o uso de uma técnica repetível é cruciala monitorização das alterações do solo. A metodologia de campo devem ser registrados em um procedimento operacional padrão (SOP). Mudanças nos procedimentos de cobrança entre as amostragens devem ser evitados, mas quando isso não for possível, todos os detalhes devem ser documentados.
Os testes também deve ser feito para avaliar o potencial de polarização causada por alterações processuais. A amostragem pode ser realizado por horizonte onde (1) limites podem ser claramente identificados no campo e (2) horizontes são suficientemente espessas para remover o solo sem contaminação a partir de acima ou abaixo do horizonte. Quando estes critérios não forem cumpridos, a amostragem por intervalo de profundidade pode ser feito. Em qualquer amostragem, um cuidado especial deve ser tomado para evitar a mistura do solo do horizonte-orgânica rica superfície (geralmente O ou A) com o horizonte mineral superior (normalmente B ou E). Em alguns solos, alterações na textura e cor são facilmente visíveis através da interface organo-mineral, enquanto que em outros solos mudanças de cor pode ser mínimas alterações para texturais que reflectem diferenças em carbono concentração orgânica (C) deve ser invocado para identificar a localização do interface. Determinando esta interface de mudanças de textura pode ser difícil, mesmo para os cientistas experientes do solo. Verificação da interface de organo-mineral pode ser feito com a análise laboratorial da concentração de carbono (horizonte orgânica é definida pela concentração de carbono orgânico> 20% 7). Em alguns solos, o horizonte O pode ser inferior a 1 cm de espessura e pode ser muito fino para amostra. A amostragem por ambos horizonte e a profundidade dentro do mesmo perfil do solo pode ser eficaz no tratamento variações na distinção de espessuras de horizontes no interior desse perfil. Os horizontes ou profundidades a amostrar também será dependente dos objectivos do programa de monitoramento. alterações do solo nas camadas mais próximas à superfície foram mais comumente identificado que em camadas mais profundas, mas incluindo horizontes mais profundos ou intervalos de profundidade podem fornecer informações que são úteis na redução da incerteza dos resultados. Por exemplo, em uma amostragem inicial, um solo glaciar, fortemente lixiviado por deposição ácida, mostrou saturação de base a ser mínima no horizonte superior B, em seguida, aumenta com a profundidade. Em uma amostragem repetida, este padrão também deve ocorrer mesmo se as concentrações de camadas individuais mudar. Se um padrão diferente é observado na amostragem de repetição, existe uma forte possibilidade de que as duas amostras não foram feitas no solo comparável. Idealmente, a amostra deve ser recolhida durante a espessura horizonte cheio. No entanto, em horizontes excessivamente grossas integrando verticalmente coleta de amostras pode ser difícil ao longo de toda a espessura. Nesta situação, as amostras de igual volume podem ser recolhidos em intervalos igualmente espaçados a partir do fundo para o topo do horizonte. Se a amostragem não é feito ao longo da espessura do horizonte cheia, gravar o intervalo de profundidade de amostragem dentro desse horizonte.
Processamento de amostra de solo e Análise – Informação de fundo
O PROCESSO da remoção de uma amostra de solo a partir do perfil que altera amostra cortando as raízes, e causando alterações em factores tais como a temperatura, humidade, oxigénio e outras concentrações de gás. Portanto, algumas medições deve ser feito rapidamente sem a capacidade de preservar a amostra, tornando-os difíceis de usar em programas de controlo de longo prazo. No entanto, para medições mais comuns físicas e químicas, tais como a textura, a densidade, um total de C e de azoto (N) e as concentrações totais e metais permutáveis, a amostra depois de recolha secagem ao ar proporciona um método relativamente consistente para estabilizar a química antes da análise . Em quase todos os casos, as medições do solo são operacionalmente definido, refletindo tanto as condições do solo in situ, e as consequências da coleta de amostras, preparação e análise empregado. Artefatos são minimizados pela seleção dos melhores métodos para as metas do programa e da coerência na metodologia ao longo do tempo. Uma vez seca, ainda mais c Hanges na amostra de solo são minimizados, e com a maior parte da humidade removida, a amostra pode ser peneirado para romper os torrões e remover os fragmentos de pedra e de raízes. Estes passos permitir a amostra a ser homogeneizada antes de subamostragem para análise química. Assim como a coerência dos métodos de recolha e processamento de amostras deve ser mantida ao longo do tempo, o potencial de viés a partir da análise química também deve ser controlada. Documentação do procedimento operacional padrão (SOP) para a análise química usada cada vez que as amostras são coletadas e analisadas é essencial e, idealmente, a mesma SOP é usado para todas as coletas de amostras. O sucesso da análise química tem de ser verificadas com um programa de controlo de qualidade que envolve o uso de amostras de referência internos e amostras de intercâmbio entre laboratórios, bem como os procedimentos de controlo de qualidade interno padrão. Para obter informações sobre a comparabilidade dos métodos de análise química comumente usados ver Ross et al. 8.
ntent "> Quando reamostragem é feito ao longo de cinco a intervalos de dez anos, algumas mudanças são prováveis de ocorrer em um ou mais aspectos da análise química como a SOP, instrumentação de laboratório, pessoal de laboratório, ou o laboratório fazer a análise. Esses fatores criar a possibilidade de viés analítico entre as coleções. para controlar o viés analítico, partes não utilizadas de amostras de cada coleção deve ser arquivada para uso futuro. as amostras da colecção anterior pode ser analisado com as amostras recém-colhidas, e comparando os dados, os possibilidade de viés analítico pode ser abordada. Esta abordagem é baseada no pressuposto de que mudanças químicas não ocorrem na amostra arquivados durante o período de armazenamento. Perda de peso por ignição e as concentrações de bases trocáveis, Al trocável, o total de C e N total foi demonstrado que ser estável em vários estudos que se estenderam até 30 anos 9-11. no entanto, o armazenamento de solos secos ao ar tenha sido mostrado para reduzir o pH do solo <s-se> 12 e óxidos de manganês 13. A massa de solo recolhido de cada horizonte ou intervalo de profundidade deve ser suficiente para completar um conjunto completo de química análises planeadas mais massa adicional de pelo menos quatro conjuntos de análises no futuro. Uma variedade de métodos têm sido utilizados para arquivar amostras de solo. O método descrito aqui segue os procedimentos de armazenamento usados pelo New York State Museum.Seleção dos quais horizontes ou incrementos de profundidade para provar é guiado pelos objectivos do monitoramento, mas é em última análise, depende das características do solo. A decisão de onde e como para provar o perfil é, portanto, um passo crítico na monitorização do solo. Por exemplo, o Espodossolo mostrado na Figura 12 tem um piso de floresta com um limite entre o OE (matéria orgânica moderadamente decomposto) e Oa (matéria orgânica humificada preto) que é abrupta e os dois horizontes são suficientemente espessas para que possam ser amostradas separadamente . Este perfil também tem um horizonte E bem definido, com uma fronteira abrupta separando o horizonte Oa orgânica do horizonte mineral E. Estes horizontes coloridos com limites abruptos permitir a coleta do mesmo material horizonte a ser constantemente repetido, tornando estes horizontes excelentes candidatos para a monitorização do solo. Se o limite entre as camadas de minerais e orgânicos não é claramente visto ou é gradual relative à espessura horizonte, a amostragem repetida de camadas directamente acima e abaixo desta interface, provavelmente, incluirá quantidades variáveis de solo das camadas adjacentes. Esta característica acrescenta variação descontrolada e, portanto, tornar esses horizontes menos desejável uma amostragem repetida.
Em alguns casos, a amostragem por intervalo de profundidade pode proporcionar uma abordagem de amostragem coerente em solos onde certos horizontes são misturados ou misturados, se esta mistura é uma característica consistente dos solos a serem monitorizados. Na Figura 12, os 10 cm superiores do horizonte B tem um limite abrupta com o horizonte E, mas a variação de cor sugere a presença de Bh e Bhs horizontes que são misturados entre si. Nesta situação, a amostragem dos 10 cm superiores do horizonte B seria o método de recolha mais repetível. Esta abordagem tem sido bem sucedida no espodossolos tais como mostrado na Figura 12 7.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1">descrições perfil completo são extremamente úteis para reduzir a chance de viés de amostragem e interpretação dos dados, mas a recolha desta informação é demorado e poderia limitar o tempo disponível para a replicação de amostragem disponíveis, dependendo de recursos do projeto e tempo de campo disponíveis. Uma alternativa para descrições perfil completo de cada poço seria fazer uma descrição completa de um poço principal (com foto), então limitar descrições para poços replicar para medições da espessura do horizonte ao longo wom perfil fotografias. Esta informação seria suficiente para verificar que reamostragem foi feito no mesmo solo de uma maneira consistente com a amostragem prévia. Imagens de alta qualidade são extremamente valiosos para manter a consistência de amostragem quando reamostragem perfis para determinar mudanças químicas ao longo do tempo.
Avaliação do potencial de polarização de inconsistências de amostragem pode ser avaliada através de comparações de medições entre horizontes. Por exemplo, concentrações inferiores de carbono orgânico foram observados no horizonte Oa numa segunda amostra do que na amostra inicial realizado 10-12 anos antes 9. Isso pode ter resultado de uma amostra pode ter sido recolhido viés mais do horizonte mineral E subjacentes na segunda amostragem do que na primeira amostragem. Isto reduziria a concentração de carbono orgânico, e, provavelmente, diminuir a concentração de Ca trocável, pois as concentrações E horizonte Ca no solo sendo estudados eram, pelo menos, uma ordem de magnitude menor em que no horizonte Oa. A falta de uma diminuição nas concentrações de Ca E-horizonte observados neste estudo fornece evidência para apoiar a interpretação que as concentrações de C orgânico inferiores na segunda amostragem não foram resultado de viés de amostragem. Este tipo de comparação entre os horizontes fornece informações valiosas para avaliar a consistência de amostragem. Portanto amostragem horizontes adicionais não especificamente necessários para os objetivos do projeto está garantido para ajudar a reduzir as incertezas dos resultados.
Reanálise de amostras de solo arquivados é uma prática fundamental na redução da incerteza. No entanto, o arquivamento dos solos requer recursos para gerenciar o espaço de arquivo e de armazenamento que pode ser difícil de adquirir em uma base permanente. Por conseguinte, a massa de solo arquivado deve ser utilizado judiciosamente. Re-análise de todas as amostras de solo arquivados para um estudo resampling particular é geralmente a abordagem mais eficaz para reduzir a análise de incerteza química, mas seletiva reanálise of arquivados amostras, sempre que possível, ajudará a conservar o solo insubstituível para usos futuros. Reanálise de todas as amostras arquivadas não deve ser feito a menos que necessário. Uma variedade de métodos para arquivar solo estão actualmente em utilização e têm mostrado ser eficazes. O método e os materiais recomendado neste artigo são baseadas na experiência de curadores do Museu do Estado de Nova Iorque, que descobriram que esse design de embalagens altamente eficiente de espaço protege a amostra, materiais facilmente rotulados resistentes à água inquebráveis, que são estáveis durante muitas décadas.
Proteger amostras de solo arquivados é um passo fundamental na monitorização do solo, pois não só permite a consistência analítica entre amostragens, ele também oferece a oportunidade para análise futura com métodos que ainda não foram desenvolvidos. Além disso, as amostras arquivadas podem fornecer informações para abordar novas questões como eles vão, sem dúvida surgir no futuro. Tinha arquivado amostras de solo anterior a umachuva cid estado disponível, efeitos desta perturbação em solos teriam sido identificadas dentro de anos em vez de décadas após sua descoberta. Em vez disso, pré-ácido chemistry chuva solo permanece incerto como agora monitorar a recuperação de solos de declínio dos níveis de chuva ácida.
monitorização dos solos é um pouco limitado pelo espaço de tempo durante o qual a mudança pode ser detectada (geralmente 5 anos ou mais), e com uma dependência de amostragem destrutiva, a área de amostragem, para acompanhar os aumentos ao longo do tempo. No entanto, sem a monitorização do solo, alterações do solo deve ser inferida a partir de abordagens indirectas, como cronosseqüências (espaço para a substituição do tempo), balanços de massa de bacias hidrográficas, dendrochemistry, manipulações de curto prazo e modelagem. Estas abordagens fornecer estimativas grosseiras da mudança do solo, e todos requerem pressupostos que aumentam a incerteza que pode ser melhor reduzido através de medidas diretas de solo ao longo do tempo. Os procedimentos de amostragem do solo repetido também pode ser Aplicd para experimentos controlados de longo prazo de manipulação, como o divisor de águas experimento Ca-adição ao Experimental Forest Hubbard Brook, NH, com duração de mais de 12 anos 16 e o experimento em solo Calhoun, SC, de longo prazo com duração de mais de 50 anos 2.
The authors have nothing to disclose.
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testing sieves | Duel Manufacturing Co., Inc. | 2 mm: 200MM-2MM 4 mm: 200MM-4MM 6 mm: 200MM-6.3MM | |
National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) approved N95 Particulate Filtering Facepiece Respirator | MSA Safety Works, model number 10102483 | available through multiple suppliers | |
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*Note, several of the authors are government scientists and are therefore not allowed to endorse the products of private companies. |