その場で 乱されていない土壌の土壌水分センサー

土壌水分含有量は、作物生産から天候まで、地上および地下の多くのプロセスを規制します。これは最近、多くの州および連邦機関にとって重要なミッション要件になっています。このプロトコルは、埋設されたin-situ電磁センサーを使用して、土壌水分を測定するための複数の機関の取り組みを統合します。

このプロトコルは、単一のステーションまたはネットワーク全体を展開したい科学者やエンジニアに役立ちます。土壌水分含有量は最近、全球気候観測システムにおいて必須の気候変数として認識されました。しかし、埋設された現場センサーを設置する慣行の標準化はほとんどありませんでした。

書かれたプロトコルとビデオがデータ収集を改善できることを願っています。埋設土壌含水量センサーが良好なデータを提供していることを確認する簡単な方法はありません。まず、センサーが土壌と良好に接触していること、および設置が地域の土壌水文学に影響を与えなかったという自信と保証が必要です。

手順を実演するのは、ここメリーランド州ベルツビルにあるUSDA ARS水文学およびリモートセンシング研究所の物理科学者であるアレックスホワイトです。まず、各センサーをデータ制御プラットフォームに個別に配線します。疑問符と感嘆符コマンドを使用してセンサーのアドレスを照会し、各センサーのシリアル番号とSDI-12アドレスとともに値をラボブックに記録します。

次に、マーカーを使用して、センサーヘッドとケーブルの端にSDI-12アドレスのラベルを付けます。土壌水分センサーと補助センサーをラボに設置し、それらをデータ制御プラットフォームとバッテリーに接続し、土壌水分センサーを空中に吊るしたり、乾燥した場所に挿入したり、水中に沈めたりします。データが適切なレートで記録され、値が適切であることを確認します。

USDA SoilWebアプリを使用して場所を照会し、ポストホールディガーを使用してテストホールを掘ります。フィールド テクスチャが土壌の説明と一致していることを確認します。土壌表面を乱れから保護するために、掘削エリアに防水シートを敷きます。

センサーをほどき、センサーヘッドをピット面に置きます。次に、計器スタンドを配置する場所にケーブルの端を配置し、ケーブルの長さが正しいことを確認し、必要に応じて調整し、スタンドの位置をフラグでマークします。ポストホールディガーを使用して、約55センチの深さの穴を掘ります。

鋭いスペードを使用して穴をきれいにし、各センサーの上に乱されていない土壌があるように、ピット面が垂直であることを確認します。穴と乱れた領域をできるだけ小さくして、すぐに回復するようにします。10センチメートル刻みで土を取り除き、各リフトを防水シートの遠端に配置し、塊を砕き、大きな岩を取り除きながら、少しずつ近づきます。

次に、センサーケーブルを埋めるために、深さ10センチメートルを超えるまっすぐで狭い溝を掘削します。すべてのセンサーをほどき、トレンチの片側に置きます。各センサーの深さで1クォートのフリーザーバッグに代表的な土壌サンプルを収集しながら、土壌の色や質感の明らかな変化の深さに注意してください。

ピット面が垂直であるか、わずかに切り戻されて、各センサーの上に乱されていない土壌があることを確認します。まず、50センチのセンサーを挿入し、センサーを水平に土に押し込み、隙間ができる可能性があるため、センサーを小刻みに動かさないようにします。必要に応じて、てこの力を使ってセンサーをそっと押し込み、タインが土壌に完全に埋め込まれていることを確認します。

各センサーケーブルをピットの同じ側に向け、掘削ピットの底にぶら下がるようにします。掘削した穴とセンサーの写真をスケール用の巻尺で撮ります。100センチメートルのセンサーの場合は、100センチメートルからセンサーの長さの半分(この場合は94センチメートル)を引いた穴を掘ります。

取り付けツールを使用してセンサーを穴の底に押し込み、垂直に取り付けます。掘削した土でオーガー穴を再梱包します。すべてのセンサーケーブルをトレンチからPVCコンジットのセクションのエンクロージャーに配線し、バルクヘッドコネクタを介してエンクロージャーに入ります。

次に、ケーブルレンズを下部エンクロージャポートに引き込み、結束バンドで固定して、5つのセンサーを接続します。巻を確認しますtag直流電圧のDCに設定されたマルチメーターを使用して、バッテリーのeが十分です。次に、黒いマイナス線の端子コネクタをバッテリーのアースマイナスポストのスペード端子の上にスライドさせ、赤い線をバッテリーのプラスポストの上にスライドさせます。

システムの電源を入れるには、バッテリーケーブルを DCP に差し込みます。データ制御プラットフォームソフトウェアを起動した後、ラップトップをデータ制御プラットフォームに接続し、すべてのセンサーが数値を報告することを確認します。地上のすべてが機能し、ケーブルがエンクロージャーに配線されたら、地上と地下のエンクロージャーの開口部を電気パテで満たして密閉します。

タープに最も近いより深い掘削土を使用して、各センサーヘッドの周りに、下から始めて上に作業しながら、センサーを乱さないようにし、しっかりと圧縮されるように、土を手で梱包します。ピットを10センチメートルのリフトで埋め戻し、20センチメートルのセンサーに到達するまで表面を滑らかにして圧縮します。センサーヘッドの周りに土を手で詰め、水面に到達するまで10センチのリフトで上向きに続けます。

防水シートからより深い土で慎重に覆い、土をピットの底に圧縮してケーブルを固定し、力を入れて下に引っ張らないように注意してください。計器マストから北、南、東、西の向きで完成したステーションの写真を撮ります。センサーの設置場所をフラグやその他の個別の項目で描写します。

このフィールド インストールでは、毎時の気温と土壌温度、土壌水分量、毎日の降水量、土壌貯水量、および時間の経過に伴うその変化が報告されます。結果は、地表近くの土壌水分含有量の急激な増加を示し、各嵐の後、より深い深さで増加が遅れることを示しています。2022年2月上旬と4月のイベント中に、100センチメートルの最も深いセンサーは1立方メートルあたり0.33立方メートルのプラトーに達し、飽和期間を示しています。

ミシシッピ州での同様の設備では、40ミリメートルの降雨後、土壌水分含有量はすべての深さで0.60立方メートル/立方メートルに達しましたが、別の70ミリメートルは土壌水の貯留に影響を与えず、飽和過剰流出を示唆しています。モンタナ州での同様の設置では、凍った土壌と積雪により、3月中旬に土壌水分量が劇的に減少し、その後、降水の兆候なしに解凍中に増加しました。スパイク、ステップの変化、振動などの不安定なセンサーの動作は、不適切な設置やセンサーの故障を示している可能性があることに注意してください。

センサーの挿入は、特に岩が多い、根深い、または乾燥した土壌では困難な場合があります。センサーヘッドが土と同じ高さに押し込まれていることを確認してください。このプロトコルは、干ばつモニタリング、給水予測、流域および農業管理、作物計画など、幅広いアプリケーション向けに、より調和のとれた均一な土壌水分量データにつながります。

全国調整土壌水分モニタリングネットワークは、土壌水分の測定、解釈、および適用に関する実践コミュニティを構築しています。これは、データプロバイダー、研究者、および一般の人々をつなぐ人々のネットワークです。詳細については、ドキュメントを参照してください。