수력학적 특성 분석기를 사용한 간단한 증발 실험을 기반으로 한 토양 수분 잠재력 및 전도도 측정

요약

이 기사에서는 토양 샘플에 대한 수리적 특성 측정기를 사용하는 간단한 증발 실험을 제공합니다. 효율적인 수단을 통해 며칠 동안 측정을 수행하여 고품질 데이터를 생성할 수 있습니다.

초록

토양 수리학적 특성의 측정은 토양 건강의 물리적 구성 요소뿐만 아니라 다양한 관리 관행에 따른 토양 시스템에 대한 통합 지식을 이해하는 데 중요합니다. 신뢰할 수 있는 데이터를 수집하는 것은 농업과 환경에 영향을 미치는 결정을 내리는 데 필수적입니다. 여기에 설명된 간단한 증발 실험은 실험실 환경에서 기기를 사용하여 현장에서 수집된 토양 샘플을 분석합니다. 샘플의 토양 수분 장력은 기기에 의해 측정되고 장력 데이터는 소프트웨어에 의해 모델링되어 토양 수리학적 특성을 반환합니다. 이 방법은 토양 수분 보유 및 수압 전도도를 측정하고 시간 경과에 따른 처리 또는 환경 역학의 차이에 대한 통찰력을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 초기 설정에는 사용자가 필요하지만 데이터 수집은 기기를 통해 자동화됩니다. 토양 수리학적 특성은 기존 실험으로는 쉽게 측정할 수 없으며 이 프로토콜은 간단하고 최적의 대안을 제공합니다. 결과 해석 및 데이터 범위 확장 옵션에 대해 설명합니다.

서론

자연 및 인간이 변화시킨 환경에서 토양 수분 보유 및 수압 전도성은 토양 건강 및 기능의 변화를 이해하고 관찰하는 데 도움이 됩니다. 토양 수분 보유 곡선(SWRC) 및 토양 수분 전도도 곡선을 통해 수리적 특성을 정량화하면 토양의 물리적 거동 및 수분 이동 특성화의 주요 동인에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다¹. 체적 수분 함량(θ)과 수두(h) 사이의 관계는 SWRC 내에서 표시되며 곡선 내의 범위는 포화점, 자기장 용량 및 영구 시들음점²를 설명합니다. 토양 관리 관행, 수정 사항, 농업 생태계 유형 및 환경 조건은 모두 토양 수리학에 영향을 미칠 수 있습니다 ^3,4. 이러한 요인들은 용^{질 수송5} 및 식물의 사용 가능한 물⁶, 토양 호흡 및 미생물 활동⁷, 습윤 및 건조 주기⁸에 영향을 미칠 수 있다. 건강하고 기능하는 토양을 정량화하는 데 중요한 부분으로서 SWRC의 적절한 분석은 토양 수리학적 특성에 대한 정보에 입각한 이해를 얻는 데 필수적입니다.

현재 신뢰할 수 있는 SWRC를 개발하기 위한 다양한 측정 기법이 존재하며, 행잉 워터 컬럼 및 압력판 기법은 토양의 공극 크기 분포를 결정하기 위한 일반적인 전통적인 접근법이다². 전통적인 방법은 시간이 많이 소요될 수 있으며, 일반적으로 작은 샘플 세트를 분석하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다⁹. 더욱이, 일단 분석이 완료되면, 이러한 방법들은 SWRC⁹에 정보를 제공하는 몇 개의 데이터 포인트만을 생성한다. 또한, 압력판과 같은 전통적인 방법을 사용하여 대표 데이터를 생성하는 정확성은 특히 미세한 질감의 토양(^10,11)에서 낮은 수학적 잠재력에서 문제가 될 수 있습니다. 장력계를 사용한 간단한 증발 실험 접근법과 냉장 거울 이슬점 방법을 포함하는 보다 현대적인 기술은 광범위한 토양 질감에서 보다 재현 가능한 데이터를 제공하는 경향이 있다². 1968년 Wind에 의해 처음 개발된 간단한 증발 실험은 시간이 지남에 따라 토양 샘플의 장력계를 통해 물의 질량 변화와 장력 변화를 측정하는 것을 포함했습니다¹². 증발이 발생하면 SWRC를 생성하기 위해 특정 시간 간격으로 토양 샘플 질량 측정이 수행됩니다. 나중에 쉰들러 (Schindler, 1980)에 의해 개선 된이 방법은 토양 샘플 내의 서로 다른 압력 헤드에 배치 된 두 개의 장력 계 만 사용했습니다. 그런 다음 수정된 방법을 테스트하고 과학적 분석에 사용할 수 있는 것으로 검증했습니다(^13,14). 단순 증발 실험의 주요 이점은 기존 방법보다 더 많은 데이터 포인트를 사용하여 토양 수분 곡선의 많은 부분(0 - -300 kPa)에 걸쳐 데이터를 쉽게 생성할 수 있다는 것입니다.

이러한 최신 방법에는 시료 분석 기간 동안 수많은 데이터 포인트를 취하고 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 데이터를 생성하는 자동화된 기기가 포함됩니다. 수리적 특성 기기는 샘플 데이터¹⁵에서 수분 보유 곡선과 전도도 곡선을 생성하는 최신 기기입니다. 수리적 특성 도구를 사용한 간단한 증발 실험을 사용하여 토양의 수분 함량과 수분 잠재력 간의 관계를 평가할 수 있습니다¹. 이 실험에서 장력계 샤프트 내에 존재하는 물은 토양 용액 내의 물과 평형을 이루며 존재합니다. 토양 수분의 증발이 일어나고 토양 샘플이 건조되면 장력계에서 캐비테이션이 발생하고 실험이 종료됩니다. SWRC의 건조 범위에서는 기기가 0에서 -100 kPa의 전위 내에서만 작동할 수 있기 때문에 유압 속성 기기에는 제한이 있습니다. 이것은 토양 수분 전위 기기(¹⁶)를 사용하여 냉각 거울 이슬점 실험으로 생성된 데이터를 포함함으로써 해결될 수 있으며, 이는 데이터 범위를 -300,000kPa 또는 영구 시들음점까지 확장할 수 있습니다. 이러한 모든 데이터는 모델링 소프트웨어 후처리에서 함께 수집되어 SWRC에 시들음점을 넘어 더 높은 장력까지 영 장력에서 더 높은 장력까지 응집력 있게 알려줍니다. 그런 다음 측정 기간 동안 수집된 수학적 전위 데이터 포인트를 기반으로 SWRC 및 수압 전도도 곡선이 생성되어 포화점에서 영구 시들음점까지 투영된 완전한 곡선을 생성할 수 있습니다.

여기에 설명된 방법은 수력학적 특성 기기를 사용한 토양 분석을 위한 간결한 작동 절차를 제시합니다. 이 방법은 광범위한 농업 생태계 3,17,18,19에서 토양 건강의 정량화를 포함하여 여러 과학적 환경에서 수행되었으며, 기기 사용 설명서 ²⁰을 넘어서는 모범 사례를 이해하기 위한 노력이 이루어졌습니다. 여기에서는 현장 샘플링, 시료 전처리, 소프트웨어 기능 및 데이터 처리를 포함한 절차의 모든 단계에 대한 표준화된 프로토콜이 요약되어 있습니다. 이 방법을 따르면 신뢰할 수 있는 데이터를 얻는 성공적인 캠페인이 보장됩니다. 적절한 구현을 보장하기 위해 품질 데이터를 보장하기 위한 중요한 단계, 일반적인 과제 및 모범 사례가 제시됩니다.

프로토콜

1. 토양 시료 채취 및 시료 준비

참고: 이 방법의 작업 흐름에 대한 개략도는 그림 1에서 찾을 수 있습니다.

1. 시료 채취
   1. 원하는 샘플링 깊이보다 몇 센티미터 높은 상단을 굴착하여 원치 않는 파편, 특히 느슨한 유기 쓰레기 및 토양 표면 딱지를 제거합니다.
   2. 금속 샘플링 코어 레벨을 노출된 토양 표면에 놓고 날카로운 모서리 면이 토양 표면을 향하도록 합니다. 그런 다음 망치질 홀더를 링 위에 놓습니다.
   3. 금속 샘플링 코어의 상단이 토양 표면과 정렬될 때까지 고무 망치를 사용하여 망치질 홀더의 상단을 반복해서 두십시오.
   4. 금속 샘플링 코어 주변을 파헤칩니다. 그런 다음 코어 아래를 파서 토양에서 제거하십시오.
   5. 금속 샘플링 코어의 양쪽을 평평하게 합니다.amp토양에서 제거된 후 흙손이나 칼로 코어를 평평하게 합니다. 그런 다음 코어의 양쪽에 플라스틱 덮개를 놓습니다.
   6. 금속 코어에 샘플 라벨을 추가합니다.
2. 시료 보관 및 사용
   1. 분석하기 전에 샘플을 약 4 ^°C의 냉장고에 보관하십시오.
   2. 분석하기 최소 24시간 전에 시료 코어를 탈기된 탈이온수가 담긴 대형 플라스틱 용기에 넣어 시료를 포화시킵니다. 먼저 금속 샘플링 코어의 평평한 가장자리 쪽에 있는 플라스틱 덮개를 제거하고 그 위에 종이 커피 필터를 놓은 다음 포화판을 놓습니다. 그런 다음 코어와 포화판을 용기에 뒤집고 토양 샘플의 상단에서 1cm 이내의 탈기된 탈이온수로 채웁니다. 토양이 포화 상태에 도달할 때까지 필요에 따라 가스가 제거된 탈이온수로 용기를 다시 채웁니다.
      알림: 포화는 토양의 노출된 표면에 물이 보일 때 발생합니다.

2. 센서 유닛 및 장력계 구축

1. 장력계 준비
   1. 장력계를 탈기된 탈이온수에 24시간 동안 담그십시오: 분석 캠페인에 사용될 각 센서 장치에 대해 하나의 높은(50mm 길이) 장력계와 1개의 짧은(25mm) 장력계.
   2. 장력계를 들고 있는 용기를 밀봉하여 대기가 물속으로 확산되는 것을 제한합니다.
2. 진공 펌프 방식에 의한 센서 장치 탈기
   참고: 캠페인에 사용할 각 센서 장치에 대해 다음 단계를 완료하십시오.
   1. 20mL 주사기와 가는 팁 바늘을 사용하여 두 장력계 샤프트 포트에 가스가 제거된 탈이온수를 포트 상단까지 채웁니다. 포트에 빛을 비추고 이물질이 있는지 평가하여 압력 변환기가 깨끗한지 확인합니다.
   2. 센서 장치에 아크릴 상단을 놓고 금속 클립을 고정합니다. 탈기된 탈이온수가 들어 있는 주사기를 아크릴 상단의 개구부에 삽입하고 아크릴 헤드 상단 바로 아래까지 채웁니다.
   3. 탈기 장치의 'T' 튜브를 아크릴 헤드 상단에 삽입하여 아크릴 상단을 탈기 장치에 부착합니다.
      알림: 아크릴 상단이 있는 두 개의 센서 장치를 각 탈기 장치에 부착할 수 있습니다.
3. 장력계 리필
   1. 스테이지 장착 컵을 탈기 장치의 사용 가능한 두 위치에 모두 놓은 다음 컵의 3/4을 탈기된 탈이온수로 채웁니다.
   2. 장력계를 나사산 아크릴 홀더에 나사로 고정하십시오. 그런 다음 검은색 O-링을 아크릴 홀더의 상단과 만나도록 이동합니다. 스테이지 장착 컵에 보관된 탈기된 탈이온수에 넣습니다.
4. 진공 탈기 시작
   1. 누출을 방지하기 위해 모든 연결이 단단히 연결되어 있는지 확인하십시오.
   2. -0.4 Bar에 도달 할 때까지 진공 펌프를 켭니다. 그런 다음 진공 펌프를 끄고 시스템이 균등화되도록 합니다. -0.8bar에 도달할 때까지 진공 펌프를 다시 켭니다.
   3. 두꺼운 수건으로 센서 장치 어셈블리의 바닥을 두드려 센서 장치의 장력계 포트에서 기포를 제거합니다.
   4. 시스템을 최소 24시간 동안 진공 상태로 유지하십시오. 진공 청소기를 끄고 압력이 유지되는지 확인하여 누출을 확인하십시오. 시스템이 평형화됨에 따라 천천히 압력을 잃게 되므로 진공 펌프를 정기적으로 켜서 진공에 압력을 가하십시오.
   5. 24 시간 후 아크릴 상단에서 튜브를 제거하고 아크릴 홀더에서 모든 장력계를 제거합니다. 짧은 장력계와 긴 장력계를 탈기된 탈이온수가 담긴 별도의 비커에 넣습니다.

3. 캠페인 시작

1. 센서 장치 준비
   1. 센서 장치 어셈블리를 시스템 연결 코드에 꽂습니다.
   2. 연결된 센서 유닛 아래에 수건과 같은 흡수성 물질을 놓고 금속 클립을 풀어 아크릴 상단을 제거합니다.
   3. 다중 센서 설정의 경우 각 센서 장치 어셈블리에 대해 3.1.1 및 3.1.2 단계를 반복하거나 단일 센서 설정의 경우 3.A.iv를 계속합니다.
   4. 데이터 측정 소프트웨어를 클릭하여 프로그램을 열고 장치 표시 아이콘을 클릭합니다.
   5. 연결된 모든 센서 장치가 소프트웨어의 사이드바에 나타나는지 확인하십시오.
2. 장력계 설치
   1. 소프트웨어 상단에 있는 리필 마법사 아이콘을 클릭하여 사용자 인터페이스를 엽니다. 드롭다운 메뉴에서 적절한 센서 장치로 이동합니다.
      알림: 변환기는 초기 판독값이 0hPa(± 5hPa)인 경우 양호한 작동 상태입니다.
   2. 비커에서 장력계를 선택합니다. 샤프트에 눈에 띄는 기포가 없는지, 볼록한 반월판에서 장력계 샤프트 상단에 물이 형성되고 있는지 확인하십시오. 볼록한 반월상 연골이 없는 경우 주사기로 가스가 제거된 탈이온수를 장력계 상단에 더 추가합니다.
   3. 장력계의 검은색 O-링을 나사산의 중앙으로 이동합니다.
   4. 볼록한 반월상 연골을 손상되지 않은 상태로 유지하면서 장력계를 센서 장치에 있는 고인 물로 반전시킵니다.
   5. 짧은 선으로 표시된 장력계 포트에 짧은 장력계를 설치하십시오. 긴 선으로 표시된 장력계 포트에 키가 큰 장력계를 설치하십시오.
   6. Current Readings 탭의 압력 판독값을 보면서 장력계를 장력계 포트에 조심스럽게 나사로 고정합니다. 장력계를 반에서 완전히 돌려 단단히 밀봉하십시오.
      알림: 장력계 포트에 설치한 후에는 장력계 판독값이 0hPa(± 5hPa)인지 확인하십시오.
   7. 다른 장력계를 설치하는 동안 팁의 건조를 방지하기 위해 가스가 제거된 탈이온수로 채워진 실리콘 전구를 장력계 상단에 놓습니다.
   8. 캠페인에 사용된 각 장력계 및 센서 장치에 대해 3.2.1-3.2.7단계를 반복합니다.
3. 센서 장치에 시료 배치
   1. 포화 샘플을 제거하고 탈기된 탈이온수 용기에서 해당 포화판을 제거하고 작업 표면에 놓습니다.
   2. 오거 가이드를 샘플 링 위에 놓습니다.
   3. 장력계 샤프트 오거를 오거 가이드의 구멍에 삽입하고 장력계 샤프트 오거를 완전히 회전시켜 흙을 제거합니다. 두 번째 홀에 대해 반복합니다.
      알림: 장력계의 높이에 해당하는 토양 샘플의 각 구멍이 만드는 깊이를 추적하십시오.
   4. 오거 가이드를 제거하고 토양 s가 s를 확인하십시오.amp구멍에서 무너지지 않았습니다.
   5. 각 장력계에서 실리콘 전구를 제거하고 실리콘 디스크를 센서 장치 위에 놓습니다.
      알림: 실리콘 디스크 아래에 공기가 갇혀 있지 않은지, 온도 센서가 덮여 있지 않은지 확인하십시오.
   6. 샘플 코어의 구멍을 센서 장치의 해당 장력계 높이에 맞춥니다.
   7. 샘플 코어를 반전시키고 센서 장치 위에 놓고 샘플을 장력계에 맞춥니다.
   8. 커피 필터와 포화 플레이트를 제거합니다. 센서 장치 측면에 있는 금속 걸쇠로 토양 코어를 고정합니다.
   9. 각 샘플에 대해 3.3.1-3.3.8단계를 반복합니다.
4. 시스템 캠페인 시작
   1. 각 센서 장치가 설정되면 각 센서 장치 일련 번호에 해당하는 금속 코어에 있는 샘플 식별을 입력합니다. 필드 캠페인의 고유한 이름을 입력하고 찾아보기를 클릭하여 파일 위치를 저장합니다.
   2. 시작을 클릭합니다.
   3. 두 번의 장력계 판독이 완료된 후 초기 중량 판독값을 취합니다. 먼저 센서 장치에서 연결 코드를 뽑고 소프트웨어에 대화 상자가 나타날 때까지 기다린 다음 체중계에 놓습니다. 소프트웨어가 무게 판독값을 측정했다고 표시되면 센서 장치를 제거하고 연결 코드에 다시 연결합니다. 모든 센서 장치에 대해 반복합니다.
   4. 측정 첫 2일 동안은 하루에 3번 샘플을 칭량하고, 그 후에는 캠페인의 나머지 기간 동안 일정한 간격으로 하루에 2번 무게를 잰다.

4. 시스템 캠페인 종료

1. 소프트웨어 종료
   1. 샘플이 공기 유입 지점에 도달하면 각 센서 장치에 대한 최종 중량 측정을 수행합니다.
   2. 중지를 클릭하고 각 센서 장치에서 연결 코드를 분리합니다.
2. 캠페인 해체
   1. s를 제거amp센서 장치에서 코어 모든 토양 재료를 용기에 넣고 토양 샘플을 오븐 건조합니다.
      알림: 미세한 질감의 토양으로 작업하는 경우 각 토양을 적시십시오.amp센서 장치에서 제거하기 전에 한 시간 이내에.
   2. 실리콘 디스크를 제거하고 필요한 경우 젖은 수건으로 센서 장치 상단을 청소합니다.
   3. 슬롯에서 각 장력계를 조심스럽게 제거합니다. 부드러운 강모가 있는 칫솔과 더러운 경우 물로 장력계의 끝을 청소하십시오.
   4. 장치를 뒤집어 안전 세척 병에서 물을 분사하여 센서 장치 표면을 청소하십시오.
   5. 센서 장치를 뒤집어 장력계 샤프트 포트를 청소하고 주사기로 포트에 물을 분사합니다.

5. 데이터 분석

1. 각 샘플의 건조 토양 무게와 해당 금속 코어를 얻습니다.
2. 데이터 분석 소프트웨어를 클릭하여 프로그램을 열고 샘플 파일을 클릭하여 소프트웨어의 데이터를 엽니다. Information(정보) 탭의 Parameter(매개변수) 섹션에 금속 코어의 무게를 입력합니다.
3. Measurements(측정) 탭 | Air Entry Point를 검색합니다. 캐비테이션 지점을 미세 조정하려면 장력계 데이터 범위에서 시작점과 중지점의 점선을 이동합니다. 소프트웨어에 대해 지정해야 하는 경우 air entry points에 대해 동일한 작업을 수행합니다.
4. Evaluation(평가) 탭을 클릭하고 Calculation of water contents(수분 함량 계산)에서 From dry soil weight (g)(건조 토양 중량(g)에서)가 선택되어 있는지 확인합니다. 건조된 토양의 무게를 입력합니다.
5. 피팅(Fitting) 탭을 클릭합니다. 데이터에 가장 적합한 모형을 적용합니다.
6. 내보내기 탭을 클릭하고 파일 경로를 선택한 다음 파일이 .xlxs 형식으로 내보내졌는지 확인합니다.
7. 각 토양 샘플에 대해 5.1-5.7단계를 반복합니다.

결과

위의 프로토콜에 따라 적절한 측정 캠페인을 완료하면 분석 소프트웨어에서 실험의 데이터 출력을 볼 수 있습니다. 출력 곡선은 시간(t) 경과에 따른 수분 장력(hPa)을 측정하는 장력계 판독값에서 비롯되며, 이 데이터의 초기 곡선은 캠페인 종료 직후 생성됩니다. 두 토양 샘플의 장력 곡선의 선택된 예를 검사하여 최적 및 차선의 결과를 설명할 수 있습니다(그림 2). 최적의 결과에는 명확한 캐비테이션과 공기 진입점을 포함하는 출력 곡선이 있어야 SWRC에 정보를 제공하는 것이 가장 좋습니다. 명확한 캐비테이션 및 공기 진입 지점이 없는 경우 데이터를 계속 사용할 수 있지만 SWRC의 정확도가 떨어지고 소프트웨어 내에서 더 많은 후처리가 필요합니다.

해석 소프트웨어에는 사용자가 장력 측정 ^21,22,23,24를 분석하는 데 사용할 수 있는 여러 모델이 포함되어 있습니다. 대부분의 경우 van Genutchen/Mualem 모델은 데이터에 효과적인 선택입니다. 그러나 사용자는 자신의 데이터에 가장 적합한 모델을 선택할 수 있습니다¹⁵. 그런 다음 소프트웨어가 이 모델을 장력 곡선에 적용하고 모델링된 곡선을 출력 탭에서 사용할 수 있게 됩니다. 수분 보유력, θ(h) 및 불포화 수압 전도도 K(h) 또는 K(θ)는 모두 모델링 소프트웨어에 의해 생성되며, 여기서 θ는 체적 수분 함량, K는 수압 전도도, h는 수류 전위(¹⁴)입니다. SWRC 및 수압 전도도 데이터 출력의 대표적인 예는 그림 3에서 볼 수 있습니다. van Genutchen/Maulem 모델에 적합한 출력 데이터는 그림 4에서 볼 수 있습니다.

결과 출력 곡선은 많은 토양 설명 및 수리학 데이터의 기초가 되는 모델링된 출력 곡선을 알려줍니다. 주로 SWRC는 이 방법의 초기 데이터에서 생성되지만 다공성, 부피 밀도, 포화 수분 함량 및 샘플 토양의 현장 용량과 같은 다른 매개변수는 이러한 데이터에서 외삽될 수 있습니다. 결과(그림 4)를 비교하여 존재하는 토양 특성을 이해하고 처리 간에 비교할 수 있습니다.

그림 1: 워크플로우 개요. 프로토콜을 실행하려면 토양 샘플과 수리적 특성 기기를 모두 준비해야 합니다. 화살표는 시료 및 기기 준비로 시작하여 데이터 분석 및 시료 후처리로 끝나는 워크플로우 순서를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 최적 및 최적이 아닌 장력 곡선의 예. (A) 최적 곡선: 정기적인 측정이 발생하고 캐비테이션에 도달하며 장력계 샤프트의 장력이 갑자기 주변 압력으로 떨어집니다. 공기 유입은 두 곡선 모두에 대해 ~ 700hPa에서 발생하며 측정은 잠시 후 중단됩니다. (B) 최적이 아닌 곡선: 정기적인 측정이 발생하고 캐비테이션에 도달하지만 장력계 샤프트의 장력이 갑자기 떨어지지 않고 공기 유입 단계가 시작된 위치를 식별하기 어렵습니다. 이 곡선은 데이터 후처리 중에 수동 조정을 사용하여 토양 수분 보유 곡선을 계속 알려줄 수 있지만 (A)보다 정확도가 떨어집니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 소프트웨어의 출력 곡선. 토양 수분 보유 및 수압 전도도 곡선은 모델을 적용하기 전에 소프트웨어에 표시됩니다. (A) 토양 수분 보유 곡선 및 (B,C) 시료 분석이 완료된 후 분석 소프트웨어에 표시되는 수압 전도도 곡선. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 적용된 모델이 있는 출력 곡선. 그림 4 출력 데이터는 기기 소프트웨어 내의 모델에 맞출 수 있습니다. 여기에 모델링된 데이터가 표시됩니다. (A) 토양 수분 보유 곡선 및 (B,C) van Genuchten-Mualem 모델을 사용한 수력 전도도 곡선이 데이터에 적용되었습니다. 평균 제곱근 오차 (A) 0.4%, (B) 7.09%. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

여기에 설명된 방법을 사용하는 간단한 증발 실험 접근 방식은 SWRC 및 수압 전도도 곡선을 개발하는 효율적인 수단입니다. 데이터 측정의 단순성과 정확성은 보다 전통적인 방법에 대한 실행 가능한 대안이 됩니다¹⁴. 여기에 설명된 방법은 사용자 설명서와 최신 문헌을 넘어 이 복잡한 기기의 미세한 부분을 종합하고 확장합니다. 고품질 데이터를 생성하기 위해 토양 시료 채취, 운반 및 분석 과정에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 샘플을 채취할 때 금속 코어 내의 토양은 방해받지 않아야 합니다. 금속 코어는 토양을 방해할 수 있는 진동이나 기울어짐을 방지하기 위해 망치질을 하는 동안 수평을 유지해야 하며 샘플은 운송 전반에 걸쳐 조심스럽게 취급해야 합니다.

또한 기기 시스템의 각 부분으로 들어가는 공기의 양을 꼼꼼하게 제한해야 합니다. 출력 장력 곡선은 의도하지 않게 공기가 유입된 경우 정확도가 감소할 수 있습니다. 이 방법을 조립하고 실행하는 동안 공기가 시스템에 유입될 기회를 없애기 위해 제조업체의 권장 사항을 넘어서는 많은 단계가 있습니다. 이러한 뉘앙스에는 탈기된 물의 활용, 수정된 장력계 재충전 절차, 토양 샘플 포화에서 물의 지속적인 재적용이 포함됩니다. 실험에 사용된 모든 물의 가스가 적절하게 제거되었는지, 장력계가 올바르게 리필되었는지, 센서 장치의 장력계 포트 내부에 기포나 공기 주머니가 없는지 확인하는 것이 중요합니다. 이는 캠페인의 성공을 위해 프로토콜에서 성실히 준수해야 할 중요한 포인트입니다.

캐비테이션 후 공기 진입 지점에 도달하면 측정 캠페인이 완료됩니다. 이것은 그림 2와 같이 측정 곡선의 두 장력계에 대해 장력 판독값이 급격히 0으로 감소한 후 날카로운 피크로 나타납니다. 측정 기간 후 및 데이터 분석 중에 출력 데이터 정확도를 높이기 위해 사용자 수정을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터 처리 소프트웨어 내에서 장력 곡선에 명백한 문제가 있는 경우 육안 검사 및 사용자 재량에 따라 시작, 정지 및 공기 진입 지점을 수동으로 조정할 수 있습니다. 장력계가 판독을 시작하고 수분 증발이 아직 시작되지 않았기 때문에 측정 캠페인이 시작될 때 큰 변동이 있을 수 있습니다. 이 데이터 노이즈는 소프트웨어 인터페이스에서 시작 줄을 더 오른쪽으로 이동하여 후처리 단계에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 또한 캐비테이션에 대한 장력계 판독값에 급격한 피크가 아닌 정체기가 있는 경우 소프트웨어가 캐비테이션이 시작되고 끝나는 위치를 자동으로 식별하기 어려울 수 있습니다. 이 문제는 정지 상단 및 정지 하단 라인을 모두 캐비테이션을 나타낼 수 있을 만큼 충분히 넓은 경사 변화를 포착하는 위치 점을 축척하여 해결할 수 있습니다. 마찬가지로, 공기 진입 지점은 곡선의 고원 부분 끝으로 이동할 수 있으므로 유사한 방식으로 조정할 수 있으므로 데이터 도메인의 적절한 부분이 소프트웨어에 의해 캡처되도록 할 수 있습니다.

유압 속성 계측기에서 생성된 SWRC의 건조 범위에 대한 데이터 포인트가 적으면 모델에 모델을 적용할 때 부정확성이 발생할 수 있습니다. 이러한 상황은 수분 저류의 건조 범위를 다루는 다른 데이터 소스를 통합함으로써 강화될 수 있습니다. 토양 수분 전위 기기로 동일한 토양 샘플을 분석한 다음 이러한 포인트를 분석 소프트웨어에 수동으로 입력하여 추가 데이터 포인트를 보완할 수 있습니다. 추가 데이터는 건조 범위에서 추정치의 타당성을 높이고 상대적으로 사용하기 쉽습니다. 두 기기의 데이터를 결합하는 것은 연구 목표가 토양 수분 보유의 전체 범위와 관련이 있는 경우 가치가 있을 수 있습니다. 토양 수분 전위 기기 작동, 이러한 측정의 적용 가능성 및 수리적 특성 기기와의 통합에 대한 추가 정보는 기존 문헌 2,16,17,25에서 찾을 수 있습니다.

토양 수분 보유 및 수압 전도도 곡선은 토양 샘플의 물리적 및 불포화 수리적 특성에 대한 중요한 특성을 제공합니다. 환경, 농업 및 토양 과학의 모든 분야에 걸쳐 토양의 물리적 및 수력적 특성을 변화시키는 토지 관리 관행은 토양 건강에 지속적인 영향을 미칠 수 있습니다 ^3,17. 토양 연구 및 모니터링 내에서 토양 지표 및 지표를 정량화하면 대조적인 관리 관행이 토양에 미치는 실제 영향을 더 잘 인식하는 데 도움이 될 수 있습니다. 밭 용량, 식물 사용 가능한 물, 공극 크기 분포 및 물 전도도와 같은 특성을 이해하면 토양 건강을 위한 바람직한 토양 관리 관행에 대한 정보에 입각한 결론이 더 나아집니다²⁶. 여기에 설명된 대로 강력한 방법의 사용을 늘리면 광범위한 토지 시스템에 걸쳐 대조적인 토양 관리 옵션의 가장 중요한 영향에 관한 통일된 지식 체계를 심화하고 조화시키는 데 기여할 수 있습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
4 L Buchner 플라스크 (2개)	다양한	N/A	물 탈기용 용기
20 mL 주사기, 파인 팁	BD	BD-302830
커피 필터	다양한	N/A	물을 담그는 동안 흙이 코어에서 나가는 것을 방지
HYPROP 컴플리트 세트	Hoskin	110813/E240-M020210	장력계 샤프트 오거, 진공 주사기 및 리필 어댑터용 튜브, 오거 가이드, HYPROP USB 어댑터, HYPROP 센서 유닛, 장력계 샤프트(50mm 및 25mm), 채도 플레이트, 리필 어댑터, 실리콘 개스킷, O-링 세트, LABROS 저울, 소프트웨어, 케이블
HYPROP 리필 유닛	Hoskin	108899/ E240-M020258	진공 펌프, 진공 마운트, 비커 마운트, 리필 어댑터
대형 플라스틱 통	다양한	n/a	포화 중 물 및 토양 코어 고정
METER 해머링 홀더	Hoskin	100255/E240-100201
고무 망치	Home Depot	18CT1031	해머링 홀더와 함께 사용되는 샘플 수집 도구
Shovel	Home Depot	83200
토양 샘플링 링(캡 2개 포함	Hoskin	100254/E240-100101
교반 플레이트/교반 바	다양한	N/A
흙손	홈 디포	91365