출처: 이안 페퍼 박사와 찰스 게르바 박사의 연구소 – 애리조나 대학교
시연 저자: 브래들리 슈미츠
토양은 일반적으로 “토양 수분 함량”으로 표현 될 수있는 물의 유한 한양을 포함합니다. 이 습기는 토양 응집체(골간 모공 공간) 및 토양 골재(골재 공간) 내에 있는 공공 공간 내에존재한다(도 1). 일반적으로이 모공 공간은 공기 및 / 또는 물에 의해 점유된다. 모든 모공이 공기에 의해 점유되면 토양은 완전히 건조합니다. 모든 모공이 물로 채워지면 토양은 포화 상태라고 합니다.
그림 1. 토양의 모공 공간.
실외 자연 환경에서는 강우량이나 식물의 고의적인 관개를 통해 토양에 물이 추가됩니다. 두 경우 모두, 더 많은 모공이 공기의 비용으로 물로 채워짐에 따라 토양 수분이 증가합니다. 모든 모공이 물로 채워지면, 비가 오거나 관개가 멈출 때까지 연속 적인 토양 모공을 통해 여분의 물이 아래로 침출됩니다(그림 2). 침출은 모공 내의 물 필름이 중력의 힘에 대한 토양 콜로이드의 표면 장력에 의해 유지 될 때까지 계속됩니다. 이러한 상황은 토양 수분에 대하여 토양이 “필드 용량”에 있는 것으로 지칭된다. 현장 용량의 토양에는 토양 수분 필름으로 둘러싸인 공기로 부분적으로 채워진 모공이 있습니다. 일반적으로 현장 용량의 토양은 공기와 물을 모두 사용할 수 있기 때문에 식물 성장과 호기성 토양 미생물에 최적입니다. 대조적으로, 포화 토양은 혐기성 미생물을 자극하면서 식물을 죽이고 호기성 토양 미생물을 억제 할 수있는 물로 막힌 혐기성 조건을 생성합니다.
그림 2. 토양에서 침출 영양소.
비커와 같은 용기 내에서 습한 토양 샘플을 고려하십시오. 습한 토양의 무게는 건조한 토양 입자의 무게와 토양 내의 물의 무게로 구성됩니다. 토양에 더 많은 물이 추가되면 토양의 젖은 무게가 증가합니다. 시료 내의 토양 입자의 건조 중량은 건조 중량인 1중량, 즉고정된다. 대조적으로, 토양에 추가되는 물의 양에 따라 젖은 무게의 무한한 수가 있습니다. 이 때문에 토양을 실험할 때, 토양의 수분 함량은 일반적으로 건조 중량 기준으로 표현되며, 이는 건조 중량이 시간이 지남에 따라 일정하기 때문에, 습기나 습한 무게는 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 토양의 영양 분과 와 같은 실험의 결과를 표현할 때, 건식 중량 기준의 사용은 최종 결과의 표준화를 제공한다.
토양에서 보유되는 물의 양은 생물학적 및 생태 학적 과정의 중요한 구성 요소이며 농업, 침식 방지, 홍수 제어 및 가뭄 예측과 같은 응용 분야에 사용됩니다.
토양은 일반적으로 토양 수분 함량으로 표현 될 수있는 물의 유한 금액을 포함합니다. 수분은 토양 응집물 사이의 모공 공간 내에 토양에 존재하며, 골간모공 공간이라고 하며, 토양의 모공 내에서는 인트라-골재모공 공간이라고 합니다. 모공 공간이 공기에 의해 완전히 점유되면 토양은 완전히 건조합니다. 모든 모공이 물로 채워지면 토양이 포화됩니다.
토양 내에 보관되는 물의 양 또는 토양 수분 함량의 측정은 토양 특성 및 그 안에 있는 식물 및 미생물의 종류를 이해하는 데 필수적입니다.
이 비디오는 토양 수분 함량의 기초를 소개하고 실험실에서 수분 함량을 결정하는 절차를 시연합니다.
실외 환경에서는 강우량을 통해 또는 식물의 관개시로 의도적으로 토양에 물이 추가됩니다. 토양의 모공이 공기를 희생시키면서 물로 채워지면서 토양 수분이 증가합니다. 모든 모공이 물로 채워지면 토양이포화됩니다. 표면의 토양이 포화되면, 여분의 물은 모공을 통해 아래로 흘러 깊은 토양으로 흘러 들어갑니다. 침출은 모든 모공 공간을 포화시킬 물이 충분하지 않을 때까지 계속됩니다. 이 시점에서 모공은 일부 공기와 수분의 박막을 포함합니다. 모공 내의 물 필름은 토양 콜로이드의 표면 장력에 의해 유지되므로 물이 침출을 중지합니다.
침출 이정지 후, 여분의 물이 토양에서 배수된 후, 토양은 현장 용량에 있는 것으로 설명된다. 현장 용량의 토양에는 부분적으로 공기로 채워진 모공이 있으며, 수분 필름으로 둘러싸여 있습니다. 토양은 공기와 물을 모두 사용할 수 있기 때문에 식물 성장과 호기성 토양 미생물에 최적입니다. 대조적으로, 모든 모공이 물로 채워진 포화 토양은 식물을 죽이고 호기성 토양 미생물을 억제 할 수있는 혐기성 환경을 조성할 것입니다.
습한 토양의 질량은 건조한 토양 입자의 질량과 토양 내의 물 덩어리로 구성됩니다. 토양 입자의 건조 질량은 고정되어 있는 반면, 습한 토양 내의 물의 양은 다를 수 있습니다. 따라서 수분 함량은 일관성을 보장하기 위해 총 질량 기준이 아닌 건조한 기준으로 계산됩니다. 토양의 수분 함량은 토양에서 건조한 토양에 보유된 물 덩어리의 비율로 설명된다. 물의 질량은 토양건조 전후의 차이에 의해 결정된다.
다음 실험은 이러한 원리를 사용하여 실험실에서 토양 수분 함량을 측정하는 방법을 보여줍니다.
시작하려면 토양 샘플을 수집하고 실험실로 옮긴다. 토양의 샘플은 토양 오거, 또는 흙을 사용하여 현장에서 수집 할 수 있습니다. 토양 오거를 사용하면 토양을 특정 깊이로 샘플링할 수 있습니다. 실험실로 옮기. 두 개의 알루미늄 요리의 무게를 측정하고 각 요리의 무게를 정확하게 기록합니다. 각 알루미늄 접시에 습한 토양의 약 20 g알리쿼트, 다음 접시를 재측정. 전체 접시에서 빈 접시의 무게를 빼서 촉촉한 토양 무게를 얻습니다.
다음으로, 105 °C로 설정된 오븐에서 하룻밤 동안 토양을 건조시십시오. 다음 날, 집게를 사용하여 오븐에서 토양 샘플을 조심스럽게 제거합니다. 토양 샘플을 벤치 탑에 놓고 식힙니다. 마른 토양 샘플이 시원할 때, 그(것)들을 재질하고 총 무게를 기록합니다. 알루미늄 접시의 무게를 빼고 건조한 토양 무게를 기록합니다.
건조한 토양의 무게를 습한 토양의 무게에서 빼고 건조 토양의 무게로 나누어 토양의 수분 함량을 계산합니다.
측정은 간단하지만 토양 특성을 더 잘 이해하기 위해서는 토양 수분 함량을 결정하는 것이 중요합니다.
토양 수분 함량은 특히 비료와 농약을 포함할 수 있는 토양 유출을 고려할 때 환경 문제에 큰 영향을 줍니다. 이 예에서, 토양 유출은 습한 토양에서 화합물의 보존을 결정하기 위해 시뮬레이션 된 강우 연구를 사용하여 분석되었다.
우레아를 함유한 토양은 토양 상자에 포장되어 강우 시뮬레이터로 조립되었습니다. 토양 유출을 수집하고 유출수내의 우레아 농도가 계산되었다. 토양 유출의 우레아 양은 수분 함량이 높은 토양에 대해 더 높았으며, 이는 우레아가 습한 토양보다 건조한 토양에서 더 잘 흡수된다는 것을 나타냅니다.
토양에서 화학 물질의 운명은 또한 이 예에서 와 같이, 리시미터를 사용하여 직접 모공 물 샘플링에 의해 분석될 수 있다. 이 실험에서는, lysimeter, 또는 긴 금속 튜브는 식물성 토양에서 모공 수를 분석하기 위하여 잔디 잔디와 토양에 설치되었습니다.
그런 다음 모공 물 샘플러를 설치하고 토양에 화학 물질을 적용 한 후 lysimeter에서 물을 펌핑했습니다. 이어서 수집된 물을 분석하고, 적용된 화학물질의 농도는 토양 수분 함량과 상관관계가 있다.
그 결과 제초제 모노나트륨 메틸 아상원(MSMA)의 농도가 상위 2cm 토양에서 가장 높았다는 것을 입증했습니다.
당신은 토양 수분 함량에 대한 JoVE의 소개를 보았습니다. 이제 실험실에서 토양 수분 함량을 정확하게 측정하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
다음 방정식을 사용하여 복제 샘플 각각에 대한 토양 수분 함량을 계산합니다.
% 수분 함량 (MC) =
(드라이 wt. 기초)
예제 계산:
M = 102 g
D = 90 g
∴ % MC =
MC = 13.3%
5 g의 물을 추가하면 새로운 M = 107 및 D는 여전히 90과 같습니다.
∴ % MC =
신규 MC = 18.9%
토양의 수분 함량에 대한 지식은 건조 중량 기준으로 여러 가지 방법으로 유용합니다. 예를 들어, 암모늄 비료의 알려진 농도(예: 50 μg/g)로 개정되어야 하는 토양으로 실험을 실시하는 경우, 건조 중량 기준으로 수분 함량을 결정해야 한다. 계산이 젖은 중량 기준으로 완료된 경우, 첨가할 비료의 양은 토양 시료의 수분 함량(따라서 촉촉한 중량)에 따라 달라집니다. 마찬가지로, 화분에 심은 식물을 고려하는 경우, 토양이 너무 건조하지 않도록하기 위해 수분 함량을 알려야합니다 (식물 성장을위한 충분한 수분) 또는 너무 젖은 (물과 혐기성). 현장 상황에서, 토양 수분 함량에 대한 지식은 토양 영양소의 과도한 관개 및 침출을 방지 할 수 있습니다.
The amount of water held in soil is an important component of biological and ecological processes, and is used in applications such as farming, erosion prevention, flood control, and drought prediction.
Soils typically contain a finite amount of water, which can be expressed as the soil moisture content. Moisture exists in soil within the pore spaces between soil aggregates, called inter-aggregate pore space, and within pores in the soil aggregates themselves, called intra-aggregate pore space. If the pore space is occupied entirely by air, the soil is completely dry. If all of the pores are filled with water, the soil is saturated.
The measurement of the amount of water held within the soil, or the soil moisture content, is essential to the understanding of soil characteristics and the types of plants and microorganisms that reside in it.
This video will introduce the basics of soil moisture content, and demonstrate the procedure for determining moisture content in the laboratory.
In outdoor environments, water is added to soil naturally through rainfall or deliberately with the irrigation of plants. As the pores in the soil become filled with water at the expense of air, the soil moisture increases. When all of the pores are filled with water, the soil is saturated. If the soil at the surface is saturated, excess water will leach downward through pores into deeper soil. Leaching continues until there is not enough water to saturate all of the pore space. At this point pores contain some air and thin films of moisture. The water films within the pores are held by the surface tension of soil colloids, thus water stops leaching.
After leaching stops, and excess water has drained from the soil, the soil is described as being at field capacity. Soil at field capacity has pores that are partially filled with air, surrounded by films of moisture. Soil at field capacity is optimal for plant growth and aerobic soil microorganisms, since both air and water are available. In contrast, saturated soil, where all pores are filled with water, will create an anaerobic environment that can kill plants and suppress aerobic soil microbes.
The mass of moist soil consists of the mass of the dry soil particles, plus the mass of the water within the soil. The dry mass of the soil particles is fixed, whereas the amount of water within moist soil can vary. Therefore, moisture content is calculated on a dry basis, rather than a total mass basis, to ensure consistency. The moisture content of soil is described as the ratio of the mass of water held in the soil to the dry soil. The mass of water is determined by the difference before and after drying the soil.
The following experiment will demonstrate how to measure soil moisture content in the laboratory using these principles.
To begin, collect soil samples and transfer them into the laboratory. Samples of soil can be collected in the field using a soil auger, or a trowel. Use of a soil auger allows for the soil to be sampled to specific depths. Transfer them into the laboratory. Weigh two aluminum dishes, and accurately record the weight of each dish. Aliquot approximately 20 g of the moist soil into each aluminum dish, then reweigh the dish. Subtract the weight of the empty dish from the full dish to acquire the moist soil weight.
Next, dry the soil overnight in an oven set to 105 °C. On the next day, carefully remove the soil samples from the oven using tongs. Place the soil samples on the bench top to cool. When the dry soil samples are cool, reweigh them and record the total weight. Subtract the weight of the aluminum dish, and record the dry soil weight.
Calculate the moisture content of the soil by subtracting the weight of the dry soil from the weight of the moist soil, and then dividing by the weight of the dry soil.
Although the measurement is simple, it is important to determine soil moisture content in order to better understand soil characteristics.
Soil moisture content plays a large roll in environmental concerns, especially when considering soil runoff that may contain fertilizers and pesticides. In this example, soil runoff was analyzed using a simulated rainfall study in order to determine the retention of a compound in moist soil.
Soil, containing urea, was packed into soil boxes and assembled under a rainfall simulator. Soil runoff was collected, and the concentration of urea in the runoff water calculated. The amount of urea in the soil runoff was higher for soils that had higher moisture content, indicating that urea is better absorbed in drier soil, than in moist.
The fate of chemicals in soil can also be analyzed by direct pore water sampling, using a lysimeter, as shown in this example. In this experiment, lysimeters, or long metal tubing, were installed in soil with turf grass to analyze pore water in vegetative soil.
The pore water sampler was then installed, and water pumped from the lysimeter after applying chemicals to the soil. The collected water was then analyzed, and the concentration of applied chemicals correlated to soil depth and moisture content.
The results demonstrated that the concentration of the herbicide monosodium methyl arsenate, or MSMA, was the highest in the top 2 cm of soil.
You’ve just watched JoVE’s introduction to soil moisture content. You should now understand how to accurately measure soil moisture content in the laboratory. Thanks for watching!
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