Name: 수력학적 특성 분석기를 사용한 간단한 증발 실험을 기반으로 한 토양 수분 잠재력 및 전도도 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-08-09T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 21 s
Description: 학습하세요 수력학적 특성 분석기를 사용한 증발 실험으로 토양 수분 잠재력과 전도도를 측정하는 방법을. 이 기법은 토양 건강 연구에서 고품질 데이터를 효율적으로 생성하여 지속 가능한 농업 생태계 연구에 기여합니다.

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<meta charset="utf8"></head><body>증발을 통한 토양 수리적 특성 측정을 위한 프로토콜

<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>4 L Buchner 플라스크 (2개)</td><td>다양한</td><td>N/A</td><td>물 탈기용 용기</td></tr><tr><td>20 mL 주사기, 파인 팁</td><td>BD</td><td>BD-302830</td><td></td></tr><tr><td>커피 필터</td><td>다양한</td><td>N/A</td><td>물을 담그는 동안 흙이 코어에서 나가는 것을 방지</td></tr><tr><td>HYPROP 컴플리트 세트</td><td>Hoskin</td><td>110813/E240-M020210</td><td>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</td></tr><tr><td>HYPROP 리필 유닛</td><td>Hoskin</td><td>108899/ E240-M020258</td><td>진공 펌프, 진공 마운트, 비커 마운트, 리필 어댑터</td></tr><tr><td>대형 플라스틱 통</td><td>다양한</td><td>n/a</td><td>포화 중 물 및 토양 코어 고정</td></tr><tr><td>METER 해머링 홀더</td><td>Hoskin</td><td>100255/E240-100201</td><td></td></tr><tr><td>고무 망치</td><td>Home Depot</td><td>18CT1031</td><td>해머링 홀더와 함께 사용되는 샘플 수집 도구</td></tr><tr><td>Shovel</td><td>Home Depot</td><td>83200</td><td></td></tr><tr><td>토양 샘플링 링(캡 2개 포함</td>) <td>Hoskin</td><td>100254/E240-100101</td><td></td></tr><tr><td>교반 플레이트/교반 바</td><td>다양한</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>흙손</td><td>홈 디포</td><td>91365</td><td></td></tr></tbody></table>

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

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

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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig01.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig02.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig03.jpg"> 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. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66942/66942fig04.jpg"> 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%. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66942/66942fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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증발 플럭스 방법 (EFM)를 사용 조사량과 탈수에 잎 유압 전도성과 Stomatal 전도성과 응답 측정

이 비디오는 수리적 특성 분석을 위해 토양 샘플을 수집하는 기술을 보여줍니다. 샘플링 영역이 제거되고 상단 지각이 비워집니다. 그런 다음 샘플링 링을 토양에 배치하여 샘플을 수집합니다. 그런 다음 샘플이 있는 링을 세척하고, 라벨을 붙이고, 포장하고, 분석을 위해 방해받지 않고 옮깁니다.

수분 보유 특성 분석을 위한 토양 코어 시료 채취

증발에 대기 강제력의 효과를 연구하기 위해 작은 기후 제어 풍동에 인터페이스 토양 탱크의 설계 및 구성에 대한 프로토콜이 제시된다. 토양 탱크 및 풍동 모두 환경 조건 인 시츄 측정을위한 연속적인 센서 기술로 계측된다.

증발에 대기 강제력의 효과를 탐구 : 대기 경계층과 얕은 표면 하의의 실험 통합

여기 우리는 토양 샘플 크기와 잘못 물 흐름 측정에 포함 되지 않도록 토양 컨테이너의 내부에 따라 소위 벽 흐름을 방지 하기 위해 유압 전도도 측정 장치를 일치 하는 방법론을 제시. 그것의 사용은 폐수 관개 사이트에서 수집 된 샘플을 시연 했다.

토양의 유압 전도도에 폐수 관개 영향: 필드 샘플링 고 포화 된 유압 전도도의 실험실 결정

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간단하고 저렴한 토양 표면 온도 및 중량 측정 수분 함량 센서 제조

토양 수분 함량 측정은 많은 주 및 연방 기관의 중요한 임무 요구 사항입니다. 이 프로토콜은 매설 현장 센서를 사용하여 토양 수분 함량을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합 합니다 .

현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

곤충 병원성 선충은 곤충의 다양한 기생 토양에 서식하는 회충 있습니다. 각각의 토양 샘플 및 감염된 곤충 사체에서 선충의 복구를 위해 곤충 유혹하고 수정 된 화이트 트랩, 우리는 두 가지 기술을 사용하여 토양 선충의 분리에 사용되는 샘플링 방법을 보여줍니다.

토양 샘플링과 곤충 병원성 선충의 분리 (Steine​​rnematidae, Heterorhabditidae)

모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 생성하는 250 점토, 실트 질 점토, 모래 토양 모노리스에 온도 조절 챔버 하우징 초원 식물 사회에서 L -1 선형 이산화탄소 구배 μL 500. 이 시설은 과거와 미래의 이산화탄소 수준이 초원의 탄소 순환에 영향을 미치는 방법을 결정하는 데 사용됩니다.

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