تعرض هذه المقالة تجربة تبخر بسيطة باستخدام أداة خاصية هيدروليكية لعينة من التربة. من خلال الوسائل الفعالة ، يمكن إجراء القياسات على مدار سلسلة من الأيام لإنشاء بيانات عالية الجودة.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تعرض هذه المقالة تجربة تبخر بسيطة باستخدام أداة خاصية هيدروليكية لعينة من التربة. من خلال الوسائل الفعالة ، يمكن إجراء القياسات على مدار سلسلة من الأيام لإنشاء بيانات عالية الجودة.
يعد قياس الخصائص الهيدروليكية للتربة أمرا بالغ الأهمية في فهم المكونات الفيزيائية لصحة التربة بالإضافة إلى المعرفة المتكاملة لأنظمة التربة في ظل ممارسات الإدارة المختلفة. يعد جمع البيانات الموثوقة أمرا ضروريا لإبلاغ القرارات التي تؤثر على الزراعة والبيئة. تستخدم تجربة التبخر البسيطة الموضحة هنا الأجهزة في بيئة معملية لتحليل عينات التربة التي تم جمعها في الحقل. يتم قياس توتر مياه التربة للعينة بواسطة الأداة ، ويتم نمذجة بيانات التوتر بواسطة برنامج لإعادة الخصائص الهيدروليكية للتربة. يمكن استخدام هذه الطريقة لقياس احتباس مياه التربة والتوصيل الهيدروليكي وإعطاء نظرة ثاقبة للاختلافات في المعالجات أو الديناميكيات البيئية بمرور الوقت. يتطلب التأسيس الأولي مستخدما ، ولكن يتم الحصول على البيانات تلقائيا باستخدام الأداة. لا يمكن قياس الخصائص الهيدروليكية للتربة بسهولة من خلال التجارب التقليدية ، ويقدم هذا البروتوكول بديلا بسيطا ومثاليا. وتناقش تفسير النتائج وخيارات توسيع نطاق البيانات.
يساعدنا الاحتفاظ بمياه التربة والتوصيل الهيدروليكي في البيئات الطبيعية والمتغيرة من قبل الإنسان على فهم ومراقبة التغيرات في صحة التربة ووظائفها. يوفر تحديد الخصائص الهيدروليكية من خلال منحنى احتباس مياه التربة (SWRC) ومنحنى توصيل مياه التربة نظرة ثاقبة للمحركات الرئيسية للسلوك الفيزيائي للتربة وتوصيف حركةالمياه 1. يتم تمثيل العلاقة بين المحتوى المائي الحجمي (θ) والرأس المتري (h) داخل SWRC ، وتصف النطاقات داخل المنحنى نقطة التشبع ، والسعة الميدانية ، ونقطة الذبولالدائمة 2. يمكن أن يكون لممارسات إدارة التربة والتعديلات وأنواع النظم الإيكولوجية الزراعية والظروف البيئية تأثير على المكونات الهيدروليكية للتربة3،4. يمكن أن تؤثر هذه العوامل بدورها على نقل المذاب5 والمياه المتاحةللنبات 6 ، وتنفس التربة والنشاط الميكروبي7 ، وكذلك دورات الترطيب والتجفيف8. كقطعة مهمة في تحديد التربة الصحية والعاملة ، فإن التحليل المناسب ل SWRC أمر ضروري للحصول على فهم مستنير للخصائص الهيدروليكية للتربة.
توجد حاليا مجموعة متنوعة من تقنيات القياس لتطوير SWRC موثوق به ، مع كون طرق عمود المياه المعلقة ولوحة الضغط مناهج تقليدية شائعة لتحديد توزيع حجم المسام للتربة2. يمكن أن تستغرق الطرق التقليدية وقتا طويلا ، وعادة ما تستغرق أسابيع أو شهورا لتحليل مجموعة صغيرة منالعينات 9. علاوة على ذلك ، بمجرد اكتمال التحليل ، تؤدي هذه الطرق إلى عدد قليل من نقاط البيانات التي تعلم SWRC9. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تصبح دقة إنتاج البيانات التمثيلية باستخدام الطرق التقليدية مثل لوحات الضغط مصدر قلق عند إمكانات متريك منخفضة ، على وجه الخصوص ، مع التربة ذات النسيج الدقيق10،11. تميل التقنيات الأكثر حداثة ، والتي تتضمن نهج تجربة التبخر البسيط باستخدام مقاييس الشد وطريقة نقطة الندى المرآة المبردة ، إلى تقديم بيانات أكثر قابلية للتكرار عبر مجموعة واسعة من قوام التربة2. تم تطوير تجربة التبخر البسيطة في البداية بواسطة Wind في عام 1968 ، وتضمنت قياس تغيرات كتلة الماء وتغيرات التوتر من خلال مقاييس الشد في عينة التربة بمرور الوقت12. عند حدوث التبخر ، يتم أخذ قياسات كتلة عينة التربة على فترات زمنية محددة لإنشاء SWRC. تم تكريرها لاحقا بواسطة Schindler (1980) ، وتضمنت الطريقة مقياسي شد فقط موضوعين عند رؤوس ضغط مختلفة داخل عينة التربة. ثم تم اختبار الطريقة المعدلة والتحقق من صحتها على أنها قادرة على استخدامها في التحليلالعلمي 13،14. تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية لتجربة التبخر البسيطة في إمكانية إنتاج البيانات بسهولة عبر جزء كبير من منحنى رطوبة التربة (0 إلى -300 كيلو باسكال) ، مع نقاط بيانات أكثر من الطرق التقليدية.
تتضمن هذه الأساليب الحديثة أدوات آلية تأخذ العديد من نقاط البيانات طوال فترة تحليل العينة وتنتج البيانات باستخدام واجهة برمجية. أداة الخاصية الهيدروليكية هي أداة معاصرة تنشئ منحنيات احتباس الماء ومنحنيات الموصلية من بيانات العينة15. من خلال استخدام تجربة تبخر بسيطة باستخدام أداة الخاصية الهيدروليكية ، يمكن تقييم العلاقة بين محتوى الماء وإمكانات الماء في التربة1. في هذه التجربة ، يوجد الماء الموجود داخل عمود مقياس الشد في حالة توازن مع الماء في محلول التربة. عندما يحدث تبخر مياه التربة وتجف عينة التربة ، يحدث التجويف في مقياس الشد ، وتنتهي التجربة. هناك قيود على أداة الخاصية الهيدروليكية في النطاق الجاف ل SWRC ، حيث أن الأداة قادرة فقط على العمل ضمن إمكانات متريك من 0 إلى -100 كيلو باسكال. يمكن معالجة ذلك من خلال تضمين البيانات التي تم إنشاؤها من خلال تجربة نقطة الندى ذات المرآة المبردة باستخدام أداة إمكانات مياه التربة16 ، والتي يمكن أن تمتد نطاق البيانات إلى -300,000 كيلو باسكال أو نقطة الذبول الدائمة. يتم تجميع كل هذه البيانات معا في معالجة ما بعد برنامج النمذجة لإبلاغ SWRC بشكل متماسك من التوترات الفارغة إلى التوترات العالية حتى بعد نقطة الذبول. ثم يتم إنشاء منحنيات SWRC والتوصيل الهيدروليكي بناء على نقاط بيانات الجهد المتري التي تم التقاطها طوال فترة القياس ، مما يسمح بإنشاء منحنى كامل متوقع من التشبع إلى نقطة الذبول الدائمة.
تقدم الطريقة الموضحة هنا إجراء تشغيل موجز لتحليل التربة باستخدام أداة الخاصية الهيدروليكية. تم إجراء هذه الطريقة في عدد من البيئات العلمية ، بما في ذلك القياس الكمي لصحة التربة في مجموعة واسعة من النظم الإيكولوجية الزراعية3،17،18،19 ، وقد بذلت جهود لفهم أفضل الممارسات خارج دليل مستخدم الأداة20. هنا ، يتم تحديد بروتوكول موحد لجميع خطوات الإجراء ، بما في ذلك أخذ العينات الميدانية وإعداد العينة ووظيفة البرنامج ومعالجة البيانات. سيضمن اتباع هذه الطريقة حملة ناجحة تؤدي إلى بيانات موثوقة. يتم تقديم خطوات حاسمة لضمان جودة البيانات والتحديات المشتركة وأفضل الممارسات لضمان التنفيذ السليم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. أخذ عينات التربة وإعداد العينة
ملاحظة: يمكن العثور على رسم تخطيطي لسير عمل هذه الطريقة في الشكل 1.
2. وحدة الاستشعار وإنشاء مقياس الشد
3. بدء حملة
4. إنهاء حملة النظام
5. تحليل البيانات
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
عند الانتهاء من حملة القياس المناسبة باتباع البروتوكول أعلاه ، سيكون من الممكن عرض مخرجات بيانات التجربة في برنامج التحليل. تنشأ منحنيات الإخراج من قراءات مقياس الشد التي تقيس توتر الماء (hPa) بمرور الوقت (t) ، ويتم إنشاء المنحنى الأولي لهذه البيانات مباشرة بعد إنهاء الحملة. يمكن فحص أمثلة مختارة لمنحنيات التوتر لعينتين من التربة لتوضيح النتائج المثلى ودون المستوى الأمثل (الشكل 2). يجب أن تحتوي النتائج المثلى على منحنى إخراج يحتوي على تجويف واضح ونقطة دخول هواء ، وذلك على أفضل وجه لإبلاغ SWR...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعد نهج تجربة التبخر البسيط باستخدام الطريقة الموضحة هنا وسيلة فعالة لتطوير منحنيات SWRC والتوصيل الهيدروليكي. بساطة ودقة قياس البيانات تجعله بديلا قابلا للتطبيق للطرق التقليدية14. تتجاوز الطريقة الموضحة هنا دليل المستخدم والأدبيات الحالية لتجميع وتوسيع النقاط الدقيقة لهذه الأداة المعقدة. يجب إيلاء اهتمام خاص لعمليات جمع عينات التربة ونقلها وتحليلها لتوليد بيانات عالية الجودة. عند أخذ عينة ، يجب أن تظل التربة داخل اللب المعدني دون إزعاج. يجب أن يظل اللب المعدني مس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
يقر المؤلفون بامتنان بالدعم المالي المقدم من المؤسسة الكندية للابتكار (صندوق جون إيفانز للقيادة) في اقتناء أداة محلل الممتلكات الهيدروليكية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 4 لتر قوارير Buchner (اثنان) حاويات | مختلفة | غير | لتفريغ المياه |
| 20 مل حقنة ، طرف رفيع | BD | BD-302830 | |
| فلتر قهوة | مختلف | n / a | يمنع انتقال التربة خارج اللب أثناء نقع |
| مجموعة HYPROP الكاملة | Hoskin | 110813 / E240-M020210 | مثقاب عمود الشد ، أنبوب لحقنة الفراغ ومحول إعادة التعبئة ، دليل المثقاب ، محول HYPROP USB ، وحدة مستشعر HYPROP ، أعمدة مقياس الشد (50 مم و 25 مم) ، لوحة التشبع ، محول إعادة التعبئة ، حشية السيليكون ، مجموعة من الحلقات o ، توازن LABROS ، البرمجيات ، الكابلات |
| وحدة إعادة التعبئة HYPROP | مضخة | Hoskin 108899 / E240-M020258 | ، حامل فراغ ، حامل دورق ، محولات إعادة تعبئة |
| أحواض بلاستيكية كبيرة | مختلفة | N / a | يحمل نوى الماء والتربة أثناء التشبع حامل |
| المطرقة | METER Hoskin | 100255 / E240-100201 | |
| مطرقة | مطاطية هوم ديبوت | 18CT1031 | أداة جمع العينات المستخدمة مع حامل المطرقة |
| مجرفة | هوم ديبوت | 83200 | |
| حلقة أخذ عينات التربة بما في ذلك 2 قبعات | Hoskin | 100254 / E240-100101 | |
| لوحة التحريك / شريط التحريك | مختلف | N / A | |
| مجرفة | هوم ديبوت | 91365 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.