ב Situ חיישני לחות קרקע בקרקעות ללא הפרעה

תכולת מי הקרקע מווסתת תהליכים רבים מעל ומתחת לפני הקרקע, החל מייצור היבול ועד מזג האוויר. זה הפך לאחרונה לדרישת משימה קריטית עבור סוכנויות מדינתיות ופדרליות רבות. פרוטוקול זה מסנתז מאמצים רב-משרדיים למדידת לחות הקרקע, באמצעות חיישנים אלקטרומגנטיים קבורים באתרם.

פרוטוקול זה יהיה שימושי עבור מדענים ומהנדסים המקווים לפרוס תחנה אחת או רשת שלמה. תכולת מי הקרקע הוכרה לאחרונה כמשתנה אקלימי חיוני במערכת תצפית האקלים העולמית. עם זאת, הייתה סטנדרטיזציה מועטה לנוהג של התקנת חיישנים קבורים באתר.

אנו מקווים שהפרוטוקול הכתוב והסרטון יוכלו לשפר את איסוף הנתונים. אין דרך קלה לוודא שחיישן תכולת מי קרקע קבורים מספק נתונים טובים. בהתחלה צריך ביטחון וביטחון שהחיישנים נמצאים בקשר טוב עם הקרקע, ושההתקנה לא השפיעה על הידרולוגיית הקרקע המקומית.

מי שידגים את ההליך יהיה אלכס ווייט, מדען פיזיקלי במעבדה להידרולוגיה וחישה מרחוק של משרד החקלאות האמריקאי כאן בבלטסוויל, מרילנד. כדי להתחיל, חבר בנפרד כל חיישן לפלטפורמת בקרת נתונים. השתמש בסימן השאלה ובפקודת הקריאה כדי לבצע שאילתה על כתובת החיישן, ורשום את הערכים יחד עם המספר הסידורי וכתובת SDI-12 של כל חיישן בספר מעבדה.

לאחר מכן תייג את ראש החיישן ואת קצה הכבל בכתובת SDI-12 באמצעות סמן. הגדירו את חיישני תכולת מי הקרקע ואת כל חיישני העזר במעבדה, חברו אותם לפלטפורמת בקרת הנתונים ולסוללה, והותירו את חיישני תכולת מי הקרקע תלויים באוויר, מוכנסים למקום יבש ו/או שקועים במים. ודא שהנתונים נרשמים בשיעורים המתאימים, ושהערכים מתאימים.

בצע שאילתה על המיקום באמצעות אפליקציית USDA SoilWeb וחפור בור בדיקה באמצעות חופר חורים. בדקו שמרקם השדה תואם את תיאור הקרקע. הניחו ברזנט מעל שטח החפירה כדי להגן על פני הקרקע מפני הפרעות.

שחרר חיישן והנח את ראש החיישן על פני הבור. לאחר מכן מקם את קצה הכבל במקום שבו ימוקם מעמד המכשירים, ודא שאורך הכבל נכון, כוונן לפי הצורך וסמן את מיקום המעמד בדגל. באמצעות חופר חור מוצב, חופרים בור בעומק של כ-55 סנטימטרים.

נקו את החור באמצעות שפכטל חד, וודאו שפני הבור אנכיים, כך שלכל חיישן תהיה אדמה ללא הפרעה מעליו. שמור על החור והאזור המופרע קטן ככל האפשר, כך שהוא יתאושש במהירות. הסר את הקרקע במרווחים של 10 סנטימטרים, והנח כל הרמה בקצה הרחוק של הברזנט, תוך התקרבות עם כל תוספת תוך שבירת כל סתימה והסרת סלעים גדולים.

לאחר מכן, חפרו תעלה ישרה וצרה בעומק של יותר מ-10 סנטימטרים כדי לקבור את כבלי החיישן. שחררו את כל החיישנים, והניחו אותם בצד אחד של התעלה. שימו לב לעומק של כל שינוי ברור בצבע הקרקע או במרקם בעת איסוף דגימות קרקע מייצגות בשקית הקפאה של ליטר אחד בכל עומק חיישן.

בדקו שפני הבור אנכיים, או חתכו מעט לאחור כדי לוודא שלכל חיישן תהיה אדמה ללא הפרעה מעליו. ראשית, הכנס את חיישן 50 הס"מ ודחף את החיישן אופקית לתוך הקרקע, מנסה לא לנענע את החיישן, שכן זה יכול ליצור רווחים. במידת הצורך, השתמש במנוף כדי לדחוף בעדינות את החיישן, וודא שהפחים מוטמעים במלואם באדמה.

כיוון כל כבל חיישן לאותו צד של הבור, ואפשר לו להיתלות בתחתית בור החפירה. צלם תמונה של החור שנחפר והחיישנים עם סרט מדידה לקנה מידה. עבור חיישן 100 ס"מ, חפרו חור ל-100 ס"מ פחות מחצית מאורך החיישן, או 94 סנטימטרים במקרה זה.

התקן את החיישן אנכית על ידי דחיפתו לתחתית החור באמצעות כלי התקנה. ארוז מחדש את חור האוגר עם האדמה שנחפרה. נתב את כל כבלי החיישן מהתעלה לתוך המארז בקטע של צינור PVC ודרך מחבר מחיצה כדי להיכנס למארז.

לאחר מכן משכו את עדשת הכבל לשקע המארז התחתון, הדקו אותם באזיקונים וחברו את חמשת החיישנים. ודא שהמתח בסוללה מספיק באמצעות מולטימטר המוגדר ל- DC למתח זרם ישר. לאחר מכן, החלק את מחבר המסוף של החוט השלילי השחור מעל מסוף ה- spade על הפוסט השלילי לקרקע של הסוללה, ואת החוט האדום מעל עמדת הסוללה החיובית.

כדי להפעיל את המערכת, חבר את כבל הסוללה ל-DCP. לאחר השקת תוכנת פלטפורמת בקרת הנתונים, חבר מחשב נייד לפלטפורמת בקרת הנתונים וודא שכל החיישנים מדווחים על ערכים מספריים. לאחר שכל מה שמתחת לאדמה מתפקד והכבלים נותבו לתוך המארז, מלא ואטם את פתחי המארז שמעל ומתחת לקרקע עם מרק חשמלי.

בעזרת האדמה החפורה העמוקה הקרובה ביותר לברזנט, ארוז ידנית את הקרקע סביב כל ראש חיישן, החל מלמטה ועבד למעלה, כדי למנוע הפרעה לחיישן ולוודא שהוא דחוס היטב. מלאו את הבור בהרמות של 10 ס"מ, החליקו ודחסו את פני השטח עד לקבלת חיישן של 20 סנטימטרים. ארוז ביד את האדמה סביב ראש החיישן והמשך כלפי מעלה בהרמות של 10 ס"מ עד שתגיע לפני השטח.

כסו אותם בזהירות באדמה עמוקה יותר מהברזנט תוך דחיסת הקרקע לתחתית הבור כדי לאבטח את הכבלים, נזהרים שלא למשוך אותם כלפי מטה בכל כוח. צלמו את התחנה שהושלמה בכיוונים צפון, דרום, מזרח ומערב מתורן המכשירים. הגדר את מיקום התקנת החיישן באמצעות סימון או פריטים נפרדים אחרים.

מתקן שדה זה מדווח על טמפרטורות אוויר וקרקע לפי שעה, תכולת מי הקרקע, משקעים יומיים, אגירת מי קרקע ושינוים לאורך זמן. התוצאות מראות עלייה חדה בתכולת מי הקרקע בקרבת פני השטח, עם עלייה מאוחרת בעומקים גדולים יותר לאחר כל סערה. במהלך אירועים בתחילת פברואר ואפריל 2022, החיישן העמוק ביותר ב-100 סנטימטרים הגיע לרמה של 0.33 מ"ק למ"ק, מה שמעיד על תקופת רוויה.

עבור מתקן דומה במיסיסיפי, תכולת מי הקרקע הגיעה ל-0.60 מ"ק למ"ק בכל העומקים לאחר 40 מילימטרים של גשמים, בעוד ש-70 מ"מ נוספים לא השפיעו על אגירת מי הקרקע, מה שמרמז על עודף נגר רווי. עבור מתקן דומה במונטנה, אדמה קפואה וכיסוי שלג יצרו ירידה דרמטית בתכולת מי הקרקע באמצע מרץ, ולאחר מכן עלייה במהלך הפשרה, ללא כל אינדיקציה למשקעים. היזהר מהתנהגות חיישן לא יציבה, כגון קוצים, שינויי צעדים ותנודות, שעלולות להצביע על התקנה לקויה או כשל בחיישן.

החדרת חיישן יכולה להיות מאתגרת, במיוחד בקרקעות סלעיות, שורשיות או יבשות. ודא שראש החיישן נדחף צמוד לאדמה. פרוטוקול זה יוביל לנתוני תכולת מי קרקע הרמוניים ואחידים יותר, עבור מגוון רחב של יישומים, כולל: ניטור בצורת, חיזוי אספקת מים, ניהול קו פרשת המים והחקלאות ותכנון יבולים.

הרשת הלאומית המתואמת לניטור לחות קרקע בונה קהילה של תרגול סביב מדידה, פרשנות ויישום של לחות קרקע. זוהי רשת של אנשים המקשרת בין ספקי נתונים, חוקרים והציבור. אנא עיינו בתיעוד לקבלת פרטים נוספים.