el muestreo de suelos repetida ha sido recientemente demostrado ser una manera eficaz de controlar el cambio de suelos forestales durante años y décadas. Para apoyar su uso, un protocolo se presenta que sintetiza la información más reciente sobre los métodos de remuestreo del suelo para ayudar en el diseño e implementación de programas de vigilancia del suelo exitosas.
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.
El desarrollo del suelo ha sido considerado tradicionalmente en términos de procesos que tienen lugar a lo largo de escalas de tiempo centenaria milenarias 1. El monitoreo de suelos que no habían sido perturbados por usos intensivos tales como la agricultura no se considera típicamente importante para cuestiones de política o de gestión en la escala de tiempo de años a décadas. Sin embargo, la investigación en suelos recientes han demostrado que importantes características químicas del suelo pueden cambiar en menos de una década, a menudo el resultado de grandes cambios ambientales impulsadas por las consecuencias de las actividades humanas como la contaminación atmosférica y el cambio climático 2. En el este de América del Norte, el muestreo de suelos repetida está proporcionando información valiosa sobre los efectos de la deposición ácida a través de los registros de cambio de suelo en los entornos forestales. En un esfuerzo para apoyar y coordinar este trabajo, se formó el suelo del noreste de Vigilancia Cooperativa (NESMC) en 2007 3. Este documento es parte del esfuerzo continuo de la NESMC a favorinformación vide que avanza el uso de muestreo de suelos repetida de los suelos forestales como una valiosa herramienta para el seguimiento de nuestro entorno cambiante.
Un muestreo repetido ha sido utilizado para evaluar los cambios de manipulaciones experimentales, pero el seguimiento a largo plazo de los suelos forestales en respuesta a los factores medioambientales es una práctica relativamente nueva que no está bien documentada en la literatura y sólo recientemente ha sido ampliamente aceptado por la comunidad científica. escepticismo pasado se debió en gran parte a la opinión de que la tasa de cambio del suelo era demasiado lento para detectar la presencia de la alta variabilidad espacial (horizontal y vertical) típica de los suelos forestales. Debido a que la colección de suelo es destructiva, remuestreo sólo puede realizarse cerca de la ubicación de muestreo original. Por lo tanto, la variabilidad espacial dentro del espacio de 3 dimensiones a partir del cual se recogen muestras debe cuantificarse correctamente para detectar cambios reales y evitar resultados que son un artefacto del método de recogida. Por otra parte, el proceso de toma de muestras de suelo y análisis químicos crea fuentes potenciales de inestabilidad de medición que pueden enmascarar los cambios o resultados sesgo 4. la inestabilidad de medición no puede ser eliminado por completo, pero puede ser suficientemente controlada con los protocolos adecuados para producir resultados con la incertidumbre mínima.
Diseño del estudio de monitorización del suelo
El monitoreo del suelo requiere que las muestras de suelo se recogen repetidamente durante un intervalo de tiempo definido por el investigador. Intervalos de tiempo más cortos disminuyen la cantidad de tiempo necesario para detectar un cambio estadísticamente, pero intervalos más largos proporcionan más oportunidades para cambios en el suelo que se produzca 4. Se recomienda un intervalo de remuestreo de 5 años para equilibrar estos dos factores, pero si el monitoreo se está haciendo para evaluar un controlador específico, el intervalo debe establecerse en función de la tasa de cambio esperado en el que el conductor-2. monitoreo exitoso de los suelos forestales también requierenEs que una unidad de estudio se define dentro de un área de terreno boscoso que se ha seleccionado para la vigilancia del suelo. Un muestreo repetido en varias ubicaciones dentro de la unidad de estudio se utiliza para determinar si el suelo de esa unidad estudio específico ha cambiado con el tiempo. unidades de estudio adicionales se pueden seleccionar, pero cada uno se analizaron estadísticamente por separado para evaluar si se han producido cambios en el suelo. Resultados estadísticos de múltiples unidades de estudio a continuación, se pueden agrupar con el propósito de análisis regional, como se demuestra en Lawrence et al. 5. El tipo y tamaño de la unidad de estudio dependerán de las preguntas formuladas y monitoreo siendo las siguientes consideraciones de diseño del estudio. El muestreo del suelo dentro de la unidad de estudio se puede hacer en lugares al azar o en una rejilla para obtener muestras repetidas siempre que el muestreo se realiza en lugares suficientes para caracterizar la variabilidad areal de la unidad de estudio sin sesgo 4. Una unidad de estudio se encuentra dentro de un mismo tipo de paisaje en lo que respecta a las características such como pendiente, laderas, aspecto, la vegetación, material parental y el drenaje tenderá a tener menos variabilidad de área de una unidad de estudio que abarca más de un tipo de paisaje. Se necesita evitar el sesgo de muestreo en cada colección para permitir que los valores de los pozos de la muestra en una cualquiera de colección para ser estadísticamente en comparación con los valores obtenidos en colecciones anteriores y futuras. A medida que el tamaño de la unidad de estudio aumenta, la variabilidad de área dentro de la unidad de estudio también puede aumentar de factores como la vegetación o de pendiente cambios. Si posibles causas de variación como éstas se convierten englobados dentro de la unidad de estudio, serán necesarias otras ubicaciones de muestreo para caracterizar la posible variabilidad en los suelos que se pueden producir. Por lo tanto, el tamaño de la unidad de estudio necesita ser determinado por el investigador basado en la variabilidad de la área que está siendo considerado y los recursos del proyecto disponibles para esfuerzos de muestreo y remuestreo.
Un criterio clave que se debe tener en cuentaed en la localización de la unidad de estudio es el potencial para futuras alteraciones sitio no deseados. Debe haber algún nivel de certeza de que las condiciones del sitio seguirán siendo adecuado para los objetivos del monitoreo definidos para varias décadas o más. Por ejemplo, una unidad de estudio con el objetivo único de los efectos del cambio climático monitoreo debe estar ubicado en un área donde la tala no ocurrirá en un futuro previsible.
La metodología descrita en este documento cubre el muestreo de una unidad de estudio individual. unidades de estudio pueden replicarse dentro de un tipo de paisaje o unidades de estudio pueden ser añadidos para caracterizar tipos de paisajes adicionales en función de los objetivos y el alcance del estudio, incluyendo si el estudio implica una manipulación experimental. Un ejemplo de un diseño de vigilancia del suelo se ilustra en la Figura 1. Dentro de la zona de interés (región de Adirondack occidental), seis unidades de estudio han sido localizados. En este caso, cada unidad de estudio se cuadriculada en 25 de igual tamañoparcelas. Cada parcela debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar un espacio adecuado para la excavación a cielo. En terreno de secano boscosa del noreste de Estados Unidos y el este de Canadá, un espacio adecuado para excavar un pozo a una profundidad de 1,2 m por lo general se pueden encontrar dentro de un área de 10 m por 10 m. Por lo tanto, en nuestro ejemplo, la superficie total de la unidad de estudio es igual a 1,0 ha. Cada vez que la unidad de estudio se muestrea, un número seleccionado de parcelas son seleccionados al azar para el muestreo. Si cinco parcelas de reproducción son seleccionados al azar para el muestreo en un intervalo de cinco años, la unidad de estudio podría ser monitoreado durante 25 años. El área requerida para excavar un pozo y muestra variará entre los paisajes y debe tomarse en consideración en el diseño de la muestra.
El grado de replicación dentro de una unidad de estudio y la frecuencia de muestreo repetido variará dependiendo de las características de la unidad de estudio, las preguntas formuladas y la naturaleza de las perturbaciones que se anticipan. Con base en estudios de remuestreo del suelo que tienendetectado cambios con las mediciones de uso común en los suelos forestales, se recomienda un intervalo de remuestreo de 5 años y un mínimo de 5 puntos de muestreo replicarse dentro de cada unidad de estudio. La disminución de la frecuencia de remuestreo y el aumento de muestreo de la replicación fortalecerá la capacidad de detectar cambios.
Figura 1: Ejemplo de diseño de estudio Un diseño de estudio remuestreo generalizada.. Tenga en cuenta que la unidad de estudio se encuentra para evitar las zonas de ribera de dos canales de la corriente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Recogida de muestras de suelo – Antecedentes
La colección de muestras de suelo se debe hacer durante la temporada, cuando los suelos tienden a ser seco, lo que ocurre con mayor frecuencia enla última parte de la temporada de crecimiento. Por remuestreo en este momento, la consistencia se consigue también con respecto a plantar fenología, una posible influencia de las condiciones químicas del suelo. El muestreo se debe evitar durante o inmediatamente después de fuertes lluvias o cuando los suelos son excesivamente húmedo. Al menos una ubicación dentro de la unidad de estudio debe ser descrito y documentado siguiendo el USDA Service Conservación de Recursos Naturales (NRCS) Cuaderno de campo para los suelos de Describiendo 6, u otros protocolos apropiados si un sistema de clasificación del suelo utilizado fuera de los EE.UU. El protocolo de campo que se proporciona en este documento sigue el sistema y la clasificación de Estados Unidos requiere una copia del libro de campo del NRCS para la descripción de suelos en el campo. El muestreo debería tener una formación y experiencia que describe y toma de muestras del tipo de suelo se está supervisando antes de implementar los protocolos de monitoreo de suelos.
de recogida de residuos se puede hacer en una variedad de formas, pero el uso de una técnica repetible es crucialpara el seguimiento del cambio del suelo. La metodología de campo debe ser registrada en un procedimiento operativo estándar (SOP). Los cambios en los procedimientos de recolección entre muestreos deben ser evitados, pero cuando esto no es posible, todos los datos deben estar documentados.
Las pruebas también se debe hacer para evaluar el potencial de sesgo causado por los cambios de procedimiento. El muestreo puede realizarse por el horizonte, donde (1) límites pueden ser claramente identificados en el campo y (2) los horizontes son lo suficientemente gruesa para eliminar la suciedad sin contaminación de horizontes encima o por debajo. Si no se cumplen estos criterios, el muestreo por intervalo de profundidad se puede hacer. En cualquier toma de muestras, especial cuidado se debe tomar para evitar la mezcla de suelo del horizonte orgánico rico en superficie (por lo general O o A) con el horizonte mineral más alta (por lo general B o E). En algunos suelos, cambios en la textura y el color son fácilmente visibles a través de la interfaz orgánico-mineral, mientras que en otros suelos cambios de color pueden ser mínimos cambios texturales de modo que reflejen diferencias en la concentración de carbón orgánico (C) deben ser invocados para identificar la localización de la interfaz. La determinación de esta interfaz de cambios de textura puede ser difícil, incluso para los científicos del suelo experimentados. Verificación de la interfaz orgánico mineral se puede hacer con análisis de laboratorio de la concentración de carbono (horizonte orgánico se define por la concentración de carbono orgánico> 20% 7). En algunos suelos, el horizonte O puede ser inferior a 1 cm de espesor y puede ser demasiado fina para tomar muestras. El muestreo por tanto horizonte y la profundidad dentro de la misma perfil del suelo puede ser eficaz en el tratamiento de variaciones en la distinción de espesores de horizontes dentro de dicho perfil. Los horizontes o profundidades a muestrear también dependerá de los objetivos del programa de monitoreo. Cambios en el suelo en capas más cercanas a la superficie se han identificado con mayor frecuencia que en las capas más profundas, pero incluyendo horizontes más profundos o intervalos de profundidad pueden proporcionar información que es útil para reducir la incertidumbre de los resultados. Por ejemplo, en un muestreo inicial, un suelo glaciar, fuertemente lixiviado por deposición ácida, mostró saturación de bases a ser mínima en el horizonte B superior luego aumentar con la profundidad. En un muestreo repetido, este modelo también debería ocurrir incluso si las concentraciones de capas individuales cambian. Si un patrón diferente se observa en la toma de muestras repetida, existe una fuerte posibilidad de que los dos muestreos no se realizaron en el suelo comparable. Idealmente, la muestra debe ser recogida sobre el espesor del horizonte completo. Sin embargo, en horizontes excesivamente gruesas integración vertical de recogida de muestras puede ser difícil en todo el espesor. En esta situación, las muestras de igual volumen pueden ser recogidos a intervalos igualmente espaciados desde la parte inferior a la parte superior del horizonte. Si el muestreo no se realiza a través del espesor del horizonte completo, registre el intervalo de profundidad de muestreo dentro de ese horizonte.
Procesamiento de muestras de suelo y análisis – Antecedentes
el pproceso en que la eliminación de una muestra de suelo a partir del perfil altera que muestra cortando las raíces, y causando cambios en los factores tales como la temperatura, la humedad, oxígeno y otros gases de concentraciones. Por lo tanto, algunas medidas se deben realizar de forma rápida y sin la capacidad de conservar la muestra, lo que dificulta su uso en los programas de seguimiento a largo plazo. Sin embargo, para las mediciones más comunes físicas y químicas tales como la textura, densidad aparente, C total y nitrógeno (N), y las concentraciones del total y metales intercambiables, secado al aire, la muestra después de la recogida proporciona un método relativamente constante para la estabilización de la química antes del análisis . En casi todos los casos, las mediciones del suelo se definen operacionalmente, que refleja tanto las condiciones del suelo in situ, y las consecuencias de la obtención de muestras, preparación y análisis empleado. Los artefactos se reducen al mínimo mediante la selección de los mejores métodos para los objetivos del programa, y la consistencia en la metodología a través del tiempo. Una vez seco, más c ambios en la muestra de suelo se reducen al mínimo, y con la mayor parte de la humedad que se elimina, la muestra puede ser tamizados para romper los terrones y eliminar los fragmentos de piedra y raíces. Estos pasos permiten la muestra que se homogeneizó antes de submuestreo para el análisis químico. Al igual que la consistencia de los métodos de recolección y procesamiento de la muestra debe mantenerse a través del tiempo, el potencial de sesgo del análisis químico también debe ser controlada. Documentación del procedimiento operativo estándar (SOP) para el análisis químico utilizado cada vez que las muestras se recogen y analizan es esencial, y lo ideal, el mismo SOP se utiliza para todas las colecciones de muestras. El éxito del análisis químico debe ser verificado con un programa de garantía de calidad que implica el uso de internos muestras de referencia y el intercambio de muestras entre laboratorios, así como los procedimientos de control interno de la calidad estándar. Para obtener información sobre la comparabilidad de los métodos de análisis químicos de uso común ver Ross et al. 8.
ntent "> Cuando remuestreo se realiza durante cinco a intervalos de diez años, algunos cambios son propensos a ocurrir en uno o más aspectos del análisis químico tal como el SOP, instrumentos de laboratorio, personal de laboratorio, o el laboratorio haciendo el análisis. Estos factores crear la posibilidad de un sesgo analítica entre las colecciones. para controlar el sesgo analítico, las partes no utilizadas de las muestras de cada colección deben ser archivados para su uso futuro. las muestras de la colección anterior pueden ser analizados con las muestras recién recogidas, y mediante la comparación de los datos, las posibilidad de sesgo analítico puede ser abordados. Este enfoque se basa en la suposición de que los cambios químicos no se producen en la muestra archivados durante el periodo de almacenamiento. la pérdida por ignición y las concentraciones de bases intercambiables, al intercambiable, C total y N total han demostrado ser estables en diversos estudios que se han extendido hasta 30 años 9-11. Sin embargo, el almacenamiento de los suelos secados al aire se ha demostrado que disminuye el pH del suelo <shasta> 12 y 13 óxidos de manganeso. La masa de suelo recogida en cada horizonte o intervalo de profundidad debería ser suficiente para completar un conjunto completo de química planeado analiza más masa adicional durante al menos cuatro series de análisis en el futuro. Una variedad de métodos se han utilizado para archivar muestras de suelo. El método descrito en este documento sigue los procedimientos de almacenamiento utilizados por el Museo del Estado de Nueva York.Selección de los cuales horizontes o incrementos de profundidad para tomar muestras se guía por los objetivos de la supervisión, pero en última instancia, depende de las características del suelo. Por lo tanto, la decisión de dónde y cómo muestrear el perfil es un paso crítico en la observación de los suelos. Por ejemplo, el Spodosol muestra en la Figura 12 tiene un suelo del bosque con un límite entre la Oe (materia orgánica moderadamente descompuesto) y OA (negro materia orgánica humificada) que es abrupta y los dos horizontes son suficientemente gruesas para que puedan tomarse muestras por separado . Este perfil también tiene un horizonte E bien definida, con un límite abrupto que separa el horizonte Oa orgánica del horizonte mineral E. Estos horizontes de colores con límites abruptos permiten obtener el mismo material horizonte que se repite constantemente, haciendo que estos horizontes excelentes candidatos para la vigilancia del suelo. Si el límite entre las capas minerales y orgánicos no se ve claramente o es gradual relative al espesor horizonte, el muestreo repetido de capas directamente sobre y debajo de esta interfaz probablemente incluirá cantidades variables de suelo de las capas adyacentes. Esta característica añade la variación incontrolada y por lo tanto hacer que estos horizontes menos deseable para el muestreo repetido.
En algunos casos, el muestreo por intervalo de profundidad puede proporcionar un método de muestreo consistente en suelos donde ciertos horizontes se mezclan o entremezclan, si esta mezcla es una característica constante de los suelos se está supervisando. En la Figura 12, los 10 cm superiores del horizonte B tiene un límite brusco con el horizonte E, pero la variación de color sugiere la presencia de Bh y Bhs horizontes que se entremezclan. En esta situación, el muestreo de los 10 cm superiores del horizonte B sería el método de recogida más repetible. Este enfoque ha demostrado ser exitoso en Spodosoles tales como se muestra en la Figura 12 7.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1">descripciones perfil completo son extremadamente útiles en la reducción de la probabilidad de sesgo de muestreo e interpretación de los datos, pero la recopilación de esta información es mucho tiempo y podrían limitar el tiempo disponible para la replicación de muestreo disponible, dependiendo de los recursos del proyecto y el tiempo de campo disponible. Una alternativa a las descripciones de los perfiles completos de cada hoyo sería hacer una descripción completa de un pozo principal (con foto), a continuación, limitar las descripciones de los pozos replicados a las mediciones de espesor a lo largo del horizonte wITH perfil de fotografías. Esta información sería suficiente para verificar que remuestreo se hizo en el mismo suelo en una forma compatible con el muestreo previo. Imágenes de alta calidad son sumamente valiosos para mantener la coherencia de muestreo cuando remuestreo perfiles para determinar los cambios químicos en el tiempo.
Evaluación del potencial de sesgo de muestreo inconsistencias puede ser evaluado a través de la comparación de las mediciones entre los horizontes. Por ejemplo, se observaron concentraciones más bajas de carbono orgánico en el horizonte Oa en una segunda toma de muestras que en el muestreo inicial llevada a cabo a principios de 10-12 años 9. Esto podría ser el resultado de una muestra de sesgo más del horizonte subyacente mineral E puede haberse recogido en la segunda toma de muestras que en el primer muestreo. Esto reduciría la concentración de carbono orgánico, y es probable que reducir la concentración de Ca de cambio porque las concentraciones E horizonte Ca en el suelo que está siendo estudiados fueron al menos un orden de Magnitude más bajo en el horizonte que en Oa. La falta de una disminución en las concentraciones de E-horizonte Ca observados en este estudio proporciona evidencia que apoya la interpretación de que las concentraciones más bajas de C orgánico en el segundo muestreo no eran un resultado de un sesgo de muestreo. Este tipo de comparación entre los horizontes proporciona información valiosa para evaluar la consistencia de muestreo. Por lo tanto horizontes de muestreo adicionales no necesarios específicamente para los objetivos del proyecto está garantizado para ayudar a reducir la incertidumbre en los resultados.
El nuevo análisis de muestras de suelo archivados, es una práctica clave en la reducción de la incertidumbre. Sin embargo, el archivo de los suelos requiere recursos para gestionar el espacio de archivo y almacenamiento que puede ser difícil de adquirir en forma permanente. Por lo tanto, la masa de suelo archivado debe utilizarse juiciosamente. Volver a analizar todas las muestras de suelo archivados para un estudio nuevo muestreo particular, suele ser el enfoque más eficaz para reducir la incertidumbre análisis químico, sino selectiva o reanálisisf archivada muestras, siempre que sea posible, ayudará a conservar el suelo insustituible para usos futuros. El nuevo análisis de todas las muestras archivadas no se debe hacer menos que sea necesario. Una variedad de métodos para archivar suelo están actualmente en uso y se han demostrado ser eficaces. El método y los materiales recomendados en este artículo se basan en la experiencia de los curadores del Museo del Estado de Nueva York, que han encontrado que este diseño de envases altamente eficiente con el espacio protege la muestra en,, materiales fácilmente etiquetados resistente al agua irrompibles, que son estables durante muchas décadas.
La protección de las muestras de suelo archivados es un paso clave en la vigilancia del suelo, ya que no sólo permite la consistencia analítica entre muestreos, sino que también proporciona la oportunidad para el análisis futuro con métodos que aún no se han desarrollado. Por otra parte, las muestras archivadas pueden proporcionar información para hacer frente a nuevas preguntas a medida que sin duda surgirán en el futuro. Había archivado muestras de suelo anteriores a unalluvia cid estado disponible, los efectos de esta perturbación sobre los suelos se han identificado dentro de unos años en lugar de décadas después de su descubrimiento. En su lugar, la química del suelo lluvia pre-ácido sigue siendo incierto ya que ahora controlar la recuperación de los suelos de la disminución de los niveles de lluvia ácida.
El monitoreo del suelo es un poco limitado por el plazo de tiempo durante el cual el cambio se puede detectar (por lo general de 5 años o más), y con una dependencia de muestreo destructivo, la zona de muestreo necesarios para el seguimiento aumenta con el tiempo. Sin embargo, sin la vigilancia del suelo, cambios en el suelo deben ser inferidas a partir de los enfoques indirectos, tales como cronosecuencias (espacio para la sustitución del tiempo), los balances de masa de las cuencas hidrográficas, de bosque,, manipulaciones a corto plazo y el modelado. Estos enfoques proporcionan estimaciones gruesas de cambio del suelo, y todos requieren supuestos que aumentan la incertidumbre que puede ser mejor reducirse a través de medidas directas de suelo a través del tiempo. Los procedimientos de muestreo de suelos repetida también se pueden Apld para experimentos controlados a largo plazo de manipulación, tales como la cuenca del experimento Ca-Además en el Bosque Experimental de Hubbard Brook, Nueva Hampshire, con una duración de más de 12 años el 16 y el Calhoun, Carolina del Sur, el experimento del suelo a largo plazo que dura más de 50 años 2.
The authors have nothing to disclose.
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global positioning system | outdoor suppliers such as Forestry Suppliers | A wide variety of makes and models of GPS systems would be suitable. | |
water-proof paper | Forestry Suppliers | 49450 | Available through any outdoor supplier |
iron rod (approximately 3 ft length) | Available at any hardware store | ||
vinyl flagging | Available through any outdoor supplier | ||
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a copy of "Field Book for Describing Soils" | Currently available only online at: http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_052523.pdf; Reprinting by the National Resource Conservation Service is expected in October 2026. | ||
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Indelible felt markers for bag labeling and pencils for field recording forms | Widely available | ||
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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. |