La procédure d’échantillonnage des sols traditionnelle détermine le nombre d’échantillons de sol arbitrairement. Ici, nous fournissons un simple mais efficace en cluster sol-méthode d’échantillonnage pour démontrer l’hétérogénéité spatiale du sol et déterminer quantitativement le nombre d’échantillons de sol requis et la précision d’échantillonnage associé.
Les sols sont très hétérogènes. En général, le nombre d’échantillons de sol requis pour la recherche pédologique a toujours été déterminé de façon arbitraire et ne connaît pas la précision associée. Nous présentons ici un protocole détaillé pour sol efficace et ordonné en clusters d’échantillonnage dans une parcelle de recherche et, en s’appuyant sur un échantillon de pilote à l’aide de cette conception, pour démontrer l’hétérogénéité spatiale du sol et informer des tailles d’échantillon raisonnable et associés pour études futures. Le protocole comprend essentiellement quatre étapes : conception, collecte sur le terrain, analyse de sol et analyse géostatistique de l’échantillonnage. La procédure pas à pas a été modifiée selon les anciennes publications. Deux exemples seront présentés pour démontrer contrastées des distributions spatiales de carbone organique du sol (cos) et de carbone de la biomasse microbienne du sol (MBC) selon les pratiques de gestion différentes. En outre, nous présentons une stratégie afin de déterminer l’exigence de taille d’échantillon (SSR) compte tenu d’un certain niveau de précision placette un coefficient de variation (CV). Le protocole d’échantillonnage de terrain et la détermination quantitative de la taille de l’échantillon aideront les chercheurs à la recherche de stratégies d’échantillonnage possible afin de répondre aux besoins de recherche et de la disponibilité des ressources.
Les sols sont très hétérogènes biomatériaux1,2. Échantillonnage des sols est menée pour recueillir des échantillons les plus représentatives et de caractériser l’état nutritif d’un champ au plus juste et économiquement que possible. Variabilité dans un sol réside dans l’hétérogénéité spatiale du sol et la précision de dosage. Lorsque la variation spatiale du sol n’est pas prise en considération, échantillonnage des sols typiques peut entraîner une dérogation importante à la vraie valeur moyenne d’une variable de sol, même si l’analyse de sol lui-même est extrêmement précis3. Pour un terrain de recherche hétérogènes, variabilité revêt souvent plus d’importance qu’on entend3; Autrement dit, une méthode d’échantillonnage qui peut précisément mesurer les deux variabilité et veux dire sera préféré.
Lorsque la variation spatiale du sol est plus altérée en raison des terres gestion pratiques4,5,6, il est plus difficile d’effectuer l’échantillonnage de façon précise des sols. Néanmoins, des inquiétudes surgissent aussi en ce qui concerne les grandes variations dans les variables clés de sol (p. ex., SOC et MBC)7 qui sont propagées pour provoquer de mauvaises contraintes de paramètres de modèle clés qui sont essentiels pour le modèle sol global à long terme projections sous climat changent8,9,10. Comme le coût de l’échantillonnage du sol afin de caractériser la variabilité du champ est un problème majeur, une stratégie d’échantillonnage de sol simple, fiable et efficace est recherchée.
Il y a beaucoup de différentes approches afin de recueillir des échantillons de sol représentatif dans un terrain de recherche, et leurs avantages et inconvénients sont résumés dans le tableau 1. Dans un échantillon de sol traditionnels (c.-à-d., d’échantillonnage aléatoire simple), une collection aléatoire de quelques nanomètres à plus de 10 échantillons de sol est réalisée dans un terrain de recherche. En particulier, le nombre d’échantillons dans un plan d’échantillonnage de sol traditionnel est toujours déterminé de façon arbitraire et l’erreur d’échantillonnage associée (c.-à-d., exactitude) reste inconnue.
Méthode d’échantillonnage | Avantage | Désavantage |
D’échantillonnage aléatoire simple | Opération rentable, rapide et peu coûteuse, largement adoptée, facile, optimale dans le site homogène | Faible précision et forte variation, < 5 échantillons |
Échantillonnage systématique | Une précision et une variation connue, optimale dans le site hétérogène à grande échelle | Numéro de l’échantillon d’inefficaces, grand prix |
Échantillonnage stratifié | Estimation moyenne exacte, opération relativement facile, optimale pour la région en cluster et stratifiée | Numéro de l’échantillon d’inefficaces, grand prix (généralement moins d’échantillonnage systématique/grille) |
Compositing | Estimation moyenne efficace, précise, opération facile, optimale dans le site hétérogène | Variation de champ inconnu, > 3 échantillons pour composites |
Tableau 1 : les avantages et les inconvénients du sol majeur adoptés dans la communauté de recherche de sol de plans d’échantillonnage. La table a été résumée de Tan et al. 3, Jones12et Swenson et al. 11
Comparativement d’échantillonnage aléatoire simple ou compositing, les plans d’échantillonnage systématique et stratifié peuvent atteindre moyens avec une grande précision ainsi que la variabilité associée (tableau 1). Cependant, ils exigeront des échantillonnages de sol intensif (par exemple, quelques 100 échantillons). Bien que l’exactitude et la confiance en, une augmentation de niveau test sol avec plusieurs échantillons de sol recueillis par parcelle11, l’obligation pour un grand nombre d’échantillons de sol est généralement applicable uniquement pour une étude à grande échelle5,11 ; C’est bien au-delà de l’abordabilité, la plupart du sol des projets de recherche menée à l’échelle des parcelles de terrain en raison de contraintes de ressources. Un plan d’échantillonnage est préféré à équilibrer les compromis de ces différentes méthodes.
Une question clé pour un plan d’échantillonnage de sol consiste à déterminer le nombre d’échantillons de sol requis et l’exactitude associé compte tenu des questions de recherche et les conditions sur le terrain. Par exemple, une réduction du nombre d’échantillons de sol est possible en moins de sites perturbés tout en assurant toujours le même niveau de précision6, suggérant qu’il fallait quantifier explicitement l’hétérogénéité spatiale (c.-à-d., la nature et apparition de Prieur de variabilité du sol) d’échantillonnage3sur le sol. En fait, aucun pilote tel échantillonnage n’est recommandé dans la plupart des conceptions d’échantillonnage du sol. Scientifiques du champ échouent souvent à reconnaître l’importance de l’estimation de puissance statistique lorsqu’ils conçoivent les expériences.
Pour améliorer la rigueur expérimentale dans l’échantillonnage du sol, une méthode simple et efficace d’échantillonnage est présentée dans cette étude. Le nouveau design doit non seulement permettre la caractérisation précise de la teneur en éléments nutritifs du sol et de la variabilité, mais également, en tenant compte de l’hétérogénéité spatiale du sol, offrent un moyen quantitatif d’informer le nombre d’échantillons de sol et la précision d’échantillonnage associé pour de futures recherches. Le nouveau plan de sondage de sol devrait aider les chercheurs à identifier des stratégies facultatifs qui correspondent à leurs besoins d’échantillonnage et de la recherche. L’objectif général de cette méthode est de fournir une approche quantitative et manipulatrice pour optimiser les stratégies d’échantillonnage du sol dans le cadre de recherches sur le terrain de sol biogéochimistes et écologistes.
La méthode d’échantillonnage de sol traditionnel manquait une base quantitative et conduit à une précision inconnue, alors que les stratégies d’échantillonnage plus avancés impliqués collections sol intensif et induit des coûts inabordables pour la plupart des recherches du sol à l’échelle de parcelle de terrain. Une méthode simple, efficace et fiable d’échantillonnage devrait être un outil utile pour équilibrer les deux méthodes susmentionnées et, surtout, informer de manière quantitative pour déterminer le nombre requis sous certaine exactitude dans un souci de besoins futurs d’échantillonnage. Toutefois, une telle conception de l’échantillonnage est toujours porté disparue. Ici, une méthode permettant de manipuler une procédure d’échantillonnage en cluster afin de quantifier l’hétérogénéité spatiale du sol a été présentée et, s’appuyant sur cette conception, pour informer le nombre d’échantillons de sol requise pour futurs d’échantillonnage au titre de l’exactitude spécifique. Il y a deux étapes cruciales au sein du protocole. La première consiste à déterminer la zone d’échantillonnage et d’identifier la zone de prélèvement dans un terrain donné. Parce que la dimension et la forme d’un terrain de recherche spécifiques peuvent varier d’une étude à l’autre, le nombre et la longueur de la grille carrée, ce qui représente la zone de prélèvement devraient être modifiés comme conviennent le mieux les caractéristiques du terrain et de couvrir la zone de traçage autant que possible. En général, le nombre de grilles carrées devrait être limité à huit à dix afin qu’on recueillera des échantillons de sol de 24 à 30 dans une parcelle donnée. C’est les moins intensifs d’échantillonnage exigence acceptable pour une étude pilote dans un complot. La deuxième étape critique est pour déterminer le nombre d’échantillons requis en vertu de la précision spécifique. Bien que le nombre d’échantillons de sol sous une précision désirée peut être dérivé à basé sur la stratégie d’échantillonnage pilote, autres ressources disponibles doivent être pris en compte (p. ex., travail, coût et du personnel). Si le nombre d’échantillons de sol requise pour une précision désirée dépasse l’abordabilité, la précision souhaitée devrait être abaissée pour que le nombre d’échantillons de sol peut être recalculé. Les nouveaux calculs doivent être répétés jusqu’à ce que le meilleur ajustement est réalisé afin d’équilibrer la précision désirée et les ressources disponibles.
Le protocole peut être facilement modifié pour s’adapter à la forme spécifique, zone et emplacement d’un terrain de recherche. Même au sein d’un terrain irrégulier ou une zone de traçage très grandes ou petites, la procédure peut être effectuée en contrôlant la taille de la grille carrée pour couvrir la majeure partie de la zone de traçage. En revanche, lorsque des échantillons de sol sont collectées au-delà de la zone d’échantillonnage circulaire dans l’intrigue, ils peuvent être encore comptabilisés dans l’analyse descriptive et géostatistiques. À cet égard la souplesse du protocole est avantageuse comme il peut, ainsi, réduire le coût de l’échantillonnage.
Une limitation importante de cette méthode est que le nombre d’échantillons de sol requis pour certains précision dépendra de l’échelle de la parcelle CV déterminé par un groupe de 24-30 échantillons de sol dans l’échantillonnage du sol pilote. Pour un tracé très hétérogène, 30 échantillons ou moins peut produire un CV plus grand que celle basée sur un plus grand nombre d’échantillons (> 30). En conséquence, le nombre d’échantillons de sol calculée avec la même précision sera plus grand. Autrement dit, le nombre d’échantillons de sol requise pour l’exactitude même va être surestimé dans l’intrigue. Pour un terrain très homogène, un plus petit nombre d’échantillons produira un intrigue CV niveau similaire à 30 échantillons, donc, ce qui entraîne une surestimation de la nécessité de ressources. Donc, pour ces parcelles extrêmement hétérogènes ou homogènes, le sol numéro d’échantillon (c’est-à-dire30 ou moins) proposé dans le plan de sondage pilote peut provoquer des investissements inutiles soit dans la phase pilote d’échantillonnage futures d’échantillonnage.
Nous démontrons des avantages importants de la stratégie d’échantillonnage de sol en cluster. Il fournit une stratégie d’échantillonnage du sol fiable et abordable pour obtenir l’hétérogénéité spatiale du sol et propose de façon quantitative pour calculer le nombre d’échantillons de sol requis pour une certaine précision désirée. Même si la bande intensive ou l’échantillonnage stratifié peut fournir une meilleure description de la variation spatiale, le coût d’effectuer ce prélèvement d’échantillons est trop élevé pour la plupart des études de sol. L’échantillonnage traditionnel est arbitraire et n’a aucune base quantitative pour l’échantillonnage de précision. Le protocole actuel est supérieur en raison de ses moins exigence d’échantillonnage intensif, facilité dans il opérant dans le domaine, le pouvoir de révéler les configurations spatiales à l’aide de méthodes d’analyse géostatistique rigoureux et la capacité pour déterminer quantitativement la taille de l’échantillon donnée précision désirée. La connaissance de la taille de l’échantillon nécessaire pour une précision d’échantillonnage spécifique permettra aux chercheurs d’élaborer des stratégies leur investissement dans les échantillonnages de sol.
Employant la procédure d’échantillonnage en cluster efficace permet à des tests rigoureux d’hétérogénéité spatiale du sol et améliore la capacité des scientifiques à effectuer des échantillonnages de sol avec précision. Le caractère moins intensif et quantitatif de la stratégie d’échantillonnage de sol permettra son application large dans les communautés de recherche de sol. Compte tenu de l’hétérogénéité spatiale de sol probablement altérés sous rapides changements globaux, l’exigence d’échantillon de sol pour la même précision d’échantillonnage dans une parcelle de recherche peut varier au fil du temps. Le numéro de l’échantillon proposé dans le plan de sondage pilote peut varier selon les écosystèmes et les différents sols. Les applications futures qui pourraient émerger de ce travail incluent déterminer le numéro de l’échantillon pour sols spécifiques ou des écosystèmes. Ainsi, outre les travaux empiriques sont nécessaire sur l’application et l’identification de la méthode dans les diverses des sols et des écosystèmes. Les applications larges et à long terme peuvent aider à identifier une condition de taille échantillon générique pour des écosystèmes particuliers, qui puissent être recommandées pour les chercheurs de sol.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été financée par subvention d’un nous ministère de l’Agriculture Evans-Allen (n° 1005761). L’auteur remercie les membres du personnel à la TSU Main Campus AREC à Nashville, Tennessee pour leur aide. Maggie Syversen aidé par la lecture de la première version du manuscrit. L’auteur apprécie les évaluateurs anonymes pour leurs remarques et suggestions constructives.
Soil auger | AMS | 350.05 | For soil collection |
Screwdriver | Fisher Scientific | 19-313-447 | For soil collection |
Rope | Fisher Scientific | 19-313-429 | For delineating sampling zone |
FatMax 35 ft. Tape Measure | Home Depot | #215880 | For measuring distances |
Marking flag | Fisher Scientific | S99537 | For marking sampling locations |
Plastic Zipper Seal Storage Bag | Fisher Scientific | 09-800-16 | For soil collection |
Sharpie | Fisher Scientific | 50-111-3135 | For soil collection |
Marking pencil | Fisher Scientific | 50-294-45 | For recording data in field |
Lab notebook | Fisher Scientific | 11-903 | For recording data in field |
ArcGis 10.3 | ESRI | For producing kriging map | |
Sieve | Fisher Scientific | 04-881G | For sieving soil sample |