Name: 水理特性分析装置を用いた簡易蒸発実験に基づく土壌水分ポテンシャルと導電率の測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-09T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 21 s
Description: 学ぶ 水理特性分析装置を用いた簡易蒸発実験による土壌水分ポテンシャルと導電率の測定方法。土壌水分特性曲線を効率的に取得し、土壌健全性研究のデータ収集を改善する技術です。

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<meta charset="utf8"></head><body>蒸発による土壌水理特性測定のプロトコール

<ol><li>Malaya, C., Sreedeep, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Critical+review+on+the+parameters+influencing+soil-water+characteristic+curve%5BTitle%5D)+AND+%22J+Irrig+Drain+Eng%22%5BJournal%5D)">Critical review on the parameters influencing soil-water characteristic curve.</a> J Irrig Drain Eng. 138 (1), 55-62 (2011).</li>
<li>Schelle, H., Heise, L., Jänicke, K., Durner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+retention+characteristics+of+soils+over+the+whole+moisture+range%3A+A+comparison+of+laboratory+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Water retention characteristics of soils over the whole moisture range: A comparison of laboratory methods.</a> Eur J Soil Sci. 64 (6), 814-821 (2013).</li>
<li>Iheshiulo, E. M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crop+rotations+influence+soil+hydraulic+and+physical+quality+under+no-till+on+the+Canadian+prairies%5BTitle%5D)+AND+%22Agric+Ecosyst+Environ%22%5BJournal%5D)">Crop rotations influence soil hydraulic and physical quality under no-till on the Canadian prairies.</a> Agric Ecosyst Environ. 361, 108820(2024).</li>
<li>Mozaffari, H., Moosavi, A. A., Sepaskhah, A., Cornelis, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+effects+of+land+use+type+and+management+on+sorptivity%2C+macroscopic+capillary+length+and+water-conducting+porosity+of+calcareous+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Arid+Land+Res+Manag%22%5BJournal%5D)">Long-term effects of land use type and management on sorptivity, macroscopic capillary length and water-conducting porosity of calcareous soils.</a> Arid Land Res Manag. 36 (4), 371-397 (2022).</li>
<li>Rezaei, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+relevantly+characterize+hydraulic+properties+of+saline+and+sodic+soils+for+water+and+solute+transport+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hydrol%22%5BJournal%5D)">How to relevantly characterize hydraulic properties of saline and sodic soils for water and solute transport simulations.</a> J Hydrol. 598, 125777(2021).</li>
<li>Kiani, M., Hernandez-Ramirez, G., Quideau, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+variation+of+soil+quality+indicators+as+a+function+of+land+use+and+topography%5BTitle%5D)+AND+%22Can+J+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Spatial variation of soil quality indicators as a function of land use and topography.</a> Can J Soil Sci. 100 (4), 463-478 (2020).</li>
<li>Ghezzehei, T. A., Sulman, B., Arnold, C. L., Bogie, N. A., Berhe, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+role+of+soil+water+retention+characteristic+on+aerobic+microbial+respiration%5BTitle%5D)+AND+%22BG%22%5BJournal%5D)">On the role of soil water retention characteristic on aerobic microbial respiration.</a> BG. 16 (6), 1187-1209 (2019).</li>
<li>Mapa, R. B., Green, R. E., Santo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+variability+of+soil+hydraulic+properties+with+wetting+and+drying+subsequent+to+tillage%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">Temporal variability of soil hydraulic properties with wetting and drying subsequent to tillage.</a> SSSAJ. 50 (5), 1133-1138 (1986).</li>
<li>Parker, N., Patrignani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Revisiting+laboratory+methods+for+measuring+soil+water+retention+curves%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">Revisiting laboratory methods for measuring soil water retention curves.</a> SSSAJ. 87 (2), 417-424 (2023).</li>
<li>Solone, R., Bittelli, M., Tomei, F., Morari, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Errors+in+water+retention+curves+determined+with+pressure+plates%3A+Effects+on+the+soil+water+balance%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hydrol%22%5BJournal%5D)">Errors in water retention curves determined with pressure plates: Effects on the soil water balance.</a> J Hydrol. 470, 65-74 (2012).</li>
<li>Cresswell, H. P., Green, T. W., McKenzie, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+adequacy+of+pressure+plate+apparatus+for+determining+soil+water+retention%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">The adequacy of pressure plate apparatus for determining soil water retention.</a> SSSAJ. 72 (1), 41-49 (2008).</li>
<li>Wind, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWind%2C+G+%22Capillary+conductivity+data+estimated+by+a+simple+method%22">Capillary conductivity data estimated by a simple method</a>. , IAHS, Gentbrugge, Netherlands and UNESCO. Paris. (1968).</li>
<li>Schindler, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ein+Schnellverfahren+zur+Messung+der+Wasser-leitf%C3%A4higkeit+im+teilges%C3%A4ttigten+Boden+an+Stechzylinderproben.Arch%5BTitle%5D)+AND+%22Acker-+Pflanzenbau+Bodenkd%22%5BJournal%5D)">Ein Schnellverfahren zur Messung der Wasser-leitfähigkeit im teilgesättigten Boden an Stechzylinderproben.Arch.</a> Acker- Pflanzenbau Bodenkd. 24, 1-7 (1980).</li>
<li>Peters, A., Durner, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simplified+Evaporation+Method+for+Determining+Soil+Hydraulic+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hydrol%22%5BJournal%5D)">Simplified Evaporation Method for Determining Soil Hydraulic Properties.</a> J Hydrol. 356, 147-162 (2008).</li>
<li>METER Operation Manual HYPROP 2, METER Group AG, Munich, Germany. , 
 <a target="_blank" href="http://library.metergroup.com/Manuals/18263_HYPROP_Manual_Web.pdf">http://library.metergroup.com/Manuals/18263_HYPROP_Manual_Web.pdf</a> (2015).</li>
<li>Lipovetsky, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HYPROP+measurements+of+the+unsaturated+hydraulic+properties+of+a+carbonate+rock+sample%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hydrol%22%5BJournal%5D)">HYPROP measurements of the unsaturated hydraulic properties of a carbonate rock sample.</a> J Hydrol. 591, (2020).</li>
<li>Daly, E. J., Kim, K., Hernandez-Ramirez, G., Klimchuk, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+response+of+soil+physical+quality+parameters+to+a+perennial+grain+crop%5BTitle%5D)+AND+%22Agric+Ecosyst+Environ%22%5BJournal%5D)">The response of soil physical quality parameters to a perennial grain crop.</a> Agric Ecosyst Environ. 343, 108265(2023).</li>
<li>Guenette, K. G., Hernandez-Ramirez, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+the+influence+of+controlled+traffic+regimes+on+field+scale+soil+variability+and+geospatial+modelling+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Tracking the influence of controlled traffic regimes on field scale soil variability and geospatial modelling techniques.</a> Geoderma. 328, 66-78 (2018).</li>
<li>Hebb, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+physical+quality+varies+among+contrasting+land+uses+in+Northern+Prairie+regions%5BTitle%5D)+AND+%22Agric+Ecosyst+Environ%22%5BJournal%5D)">Soil physical quality varies among contrasting land uses in Northern Prairie regions.</a> Agric Ecosyst Environ. 240, 14-23 (2017).</li>
<li>Shokrana, M. S. B., Ghane, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+soil+water+characteristic+curve+using+HYPROP2%5BTitle%5D)+AND+%22MethodsX%22%5BJournal%5D)">Measurement of soil water characteristic curve using HYPROP2.</a> MethodsX. 7, 100840(2020).</li>
<li>Brooks, R. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrooks%2C+RH+%22Hydraulic+properties+of+porous+media%22">Hydraulic properties of porous media</a>. , Colorado State University. (1965).</li>
<li>Kosugi, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lognormal+distribution+model+for+unsaturated+soil+hydraulic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resour+Res%22%5BJournal%5D)">Lognormal distribution model for unsaturated soil hydraulic properties.</a> Water Resour Res. 32 (9), 2697-2703 (1996).</li>
<li>Fredlund, D. G., Xing, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Equations+for+the+soil-water+characteristic+curve%5BTitle%5D)+AND+%22Can+Geotech+J%22%5BJournal%5D)">Equations for the soil-water characteristic curve.</a> Can Geotech J. 31 (4), 521-532 (1994).</li>
<li>van Genuchten, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+closed-form+equation+for+predicting+the+hydraulic+conductivity+of+unsaturated+soils%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils.</a> SSSAJ. 44, 892-898 (1980).</li>
<li>Schindler, U., Durner, W., von Unhold, G., Müller, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaporation+method+for+measuring+unsaturated+hydraulic+properties+of+soils%3A+Extending+the+measurement+range%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">Evaporation method for measuring unsaturated hydraulic properties of soils: Extending the measurement range.</a> SSSAJ. 74 (4), 1071-1083 (2010).</li>
<li>Bagnall, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selecting+soil+hydraulic+properties+as+indicators+of+soil+health%3A+Measurement+response+to+management+and+site+characteristics%5BTitle%5D)+AND+%22SSSAJ%22%5BJournal%5D)">Selecting soil hydraulic properties as indicators of soil health: Measurement response to management and site characteristics.</a> SSSAJ. 86 (5), 1206-1226 (2022).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>4L ブフナーフラスコ (2個)</td><td></td> <td>各種 n/a</td><td>水脱気用容器</td></tr><tr><td>20mL シリンジ、細口</td><td></td><td>BD-302830</td><td></td></tr><tr><td>コーヒーフィルター</td><td>各種</td> n<td>/a</td><td>浸漬時の土の芯外流出を防止</td></tr><tr><td>HYPROP コンプリートセット</td><td>ホスキン</td><td>110813/E240-M020210</td><td>テンシオメーターシャフトオーガー、真空シリンジ用チューブ・補充アダプター、オーガーガイド、HYPROP USBアダプター、HYPROPセンサーユニット、テンシオメーターシャフト(50mm・25mm)、飽和プレート、補充アダプター、シリコンガスケット、Oリング一式、LABROSバランス、ソフト、ケーブル</td></tr><tr><td>HYPROPリフィルユニット</td><td>ホスキン</td><td>108899/E240-M020258</td><td>真空ポンプ、バキュームマウント、ビーカーマウント、リフィルアダプター</td></tr><tr><td>大型プラスチックタブ</td><td>各種</td><td>N/A</td><td>飽和時に水と土壌のコアを保持します</td></tr><tr><td>メーターハンマーホルダー</td><td>ホスキン</td><td>100255/E240-100201</td><td></td></tr><tr><td>ラバーマレット</td><td>ホームデポ</td><td>18CT1031</td><td>ハンマーホルダーと併用するサンプル収集ツール</td></tr><tr><td>ショベル</td><td>ホームデポ</td><td>83200</td><td></td></tr><tr><td>土壌サンプリングリング キャップ2個付き</td><td>ホスキン</td><td>100254/E240-100101</td><td></td></tr><tr><td>攪拌板/攪拌バー</td><td>Various</td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>こて</td><td>ホームデポ</td><td>91365</td><td></td></tr></tbody></table>

水理特性分析装置を用いた簡易蒸発実験に基づく土壌水分ポテンシャルと導電率の測定

Measurements of Soil Water Potential and Conductivity based on a Simple Evaporation Experiment using a Hydraulic Property Analyzer

上記のプロトコルに従って適切な測定キャンペーンを完了すると、分析ソフトウェアで実験のデータ出力を表示することが可能になります。出力曲線は、時間の経過に伴う水の張力(hPa)を測定する張力計の読み取り値(t)から作成され、このデータの初期曲線はキャンペーンの終了直後に生成されます。2つの土壌サンプルの張力曲線の選択された例を調べて、最適な結果と最適でない結果を示すことができます(図2)。最適な結果を得るには、SWRCに情報を提供するのに最適なように、明確なキャビテーションと空気の侵入点を含む出力曲線が必要です。明確なキャビテーションと空気の侵入点がない場合でも、データは引き続き使用できますが、SWRCの精度が低下し、ソフトウェア内でより多くの後処理が必要になります。
分析ソフトウェアには、ユーザーが張力測定値21,22,23,24を分析するために使用できる複数のモデルが含まれています。ほとんどの場合、van Genutchen/Mualemモデルはデータにとって効果的な選択肢です。ただし、ユーザーは自分のデータに最も適したモデルを選択するオプションがあります15。その後、ソフトウェアはこのモデルをテンションカーブに適用し、モデル化されたカーブが出力タブで使用できるようになります。保水率、θ(h)、および不飽和透水係数K(h)またはK(θ)はすべてモデリングソフトウェアによって生成され、ここで、θは体積含水量、Kは透水係数、hはマトリックポテンシャル14です。SWRCと透水率データ出力の代表的な例を図3に示します。van Genutchen/Maulemモデルに適合した出力データを図4に示します。
結果として得られる出力曲線は、多くの土壌記述データおよび水理データの基礎となるモデル化された出力曲線に情報を提供します。主に、SWRCはこの方法の初期データから生成されますが、サンプル土壌の多孔性、かさ密度、飽和含水量、フィールド容量などの他のパラメーターは、これらのデータから推定できます。結果(図4)を比較することで、存在する土壌特性を理解し、処理間で比較することができます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig01.jpg"> 図 1: ワークフローの概要。 プロトコールを実行するには、土壌サンプルと水理特性機器の両方の準備が必要です。矢印は、サンプルと装置の準備から始まり、データ解析とサンプルの後処理まで、ワークフローのシーケンスを示しています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig02.jpg"> 図2:最適および最適でない張力曲線の例。 (A)最適曲線:定期的な測定が行われ、キャビテーションに達し、張力計シャフトの張力が周囲圧力まで急激に低下します。空気の侵入は、両方の曲線で~700hPaで発生し、測定は直後に停止します。(B)最適でない曲線:定期的な測定が行われ、キャビテーションに達しますが、張力計シャフトの張力は急激に低下せず、空気の侵入フェーズがどこから始まったかを識別するのが困難です。この曲線は、データ後処理中に手動調整を使用して土壌保水曲線を通知できますが、(A)よりも精度が低くなります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig03.jpg"> 図3:ソフトウェアからの出力曲線。 モデルが適用される前にソフトウェアに表示される土壌水分保持曲線と透水係数曲線。(A)土壌保水曲線、(B,C)サンプル分析完了後に解析ソフトウェアに表示される透水係数曲線。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig04.jpg"> 図4:適用されたモデルを含む出力曲線。 図 4 出力データは、装置ソフトウェア内のモデルに適合させることができます。ここでは、モデル化されたデータが表示されます。(A)土壌保水曲線、および(B、C)データに適用されたvan Genuchten-Mualemモデルによる透水係数曲線。二乗平均平方根誤差 (A) 0.4%、(B) 7.09%。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

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