Metingen van het waterpotentieel en de geleidbaarheid van de bodem op basis van een eenvoudig verdampingsexperiment met behulp van een hydraulische eigenschappenanalysator

Samenvatting

Dit artikel bevat een eenvoudig verdampingsexperiment met behulp van een hydraulisch eigenschapsinstrument voor een grondmonster. Op efficiënte wijze kunnen gedurende een reeks van dagen metingen worden uitgevoerd om gegevens van hoge kwaliteit te genereren.

Samenvatting

Het meten van hydraulische eigenschappen van de bodem is van cruciaal belang voor het begrijpen van de fysische componenten van bodemgezondheid, evenals voor geïntegreerde kennis van bodemsystemen onder verschillende beheerpraktijken. Het verzamelen van betrouwbare gegevens is absoluut noodzakelijk voor het nemen van beslissingen die van invloed zijn op de landbouw en het milieu. Het eenvoudige verdampingsexperiment dat hier wordt beschreven, maakt gebruik van instrumenten in een laboratoriumomgeving om grondmonsters te analyseren die in het veld zijn verzameld. De bodemwaterspanning van het monster wordt gemeten door het instrument en spanningsgegevens worden gemodelleerd door software om de hydraulische eigenschappen van de bodem terug te geven. Deze methode kan worden gebruikt om bodemwaterretentie en hydraulische geleidbaarheid te meten en inzicht te geven in verschillen in behandelingen of milieudynamiek in de loop van de tijd. Voor de eerste vestiging is een gebruiker nodig, maar de gegevensverzameling wordt met het instrument geautomatiseerd. Bodemhydraulische eigenschappen zijn niet gemakkelijk te meten met traditionele experimenten, en dit protocol biedt een eenvoudig en optimaal alternatief. Interpretatie van resultaten en opties voor uitbreiding van het databereik worden besproken.

Inleiding

Het vasthouden van bodemwater en hydraulische geleidbaarheid in natuurlijke en door de mens veranderde omgevingen helpen ons veranderingen in de gezondheid en functionaliteit van de bodem te begrijpen en waar te nemen. Het kwantificeren van hydraulische eigenschappen door middel van de bodemwaterretentiecurve (SWRC) en de geleidbaarheidscurve van het bodemwater biedt inzicht in de belangrijkste drijfveren van bodemfysisch gedrag en karakterisering van waterbeweging¹. De relatie tussen het volumetrische watergehalte (θ) en de matrische kop (h) wordt weergegeven in een SWRC, en de bereiken binnen de curve beschrijven het verzadigingspunt, de veldcapaciteit en het permanente verwelkingspunt². Bodembeheerpraktijken, wijzigingen, soorten agro-ecosystemen en milieuomstandigheden kunnen allemaal van invloed zijn op de bodemhydrauliek ^3,4. Deze factoren kunnen op hun beurt van invloed zijn op het transport van opgeloste stoffen⁵ en het beschikbare water voor de plant⁶, de bodemademhaling en microbiële activiteit⁷, evenals de bevochtigings- en droogcycli⁸. Als een belangrijk onderdeel bij het kwantificeren van een gezonde en functionerende bodem, is een goede analyse van de SWRC absoluut noodzakelijk voor het verkrijgen van een geïnformeerd begrip van de hydraulische eigenschappen van de bodem.

Er bestaan momenteel verschillende meettechnieken voor het ontwikkelen van een betrouwbare SWRC, waarbij de hangende waterkolom- en drukplaatmethoden gebruikelijke traditionele benaderingen zijn voor het bepalen van de poriegrootteverdeling van grond². Traditionele methoden kunnen tijdrovend zijn en duren meestal weken of maanden om een kleine set monsters te analyseren⁹. Bovendien resulteren deze methoden, zodra de analyse is voltooid, in slechts enkele gegevenspunten die de SWRC⁹ informeren. Bovendien kan de nauwkeurigheid van het produceren van representatieve gegevens met behulp van traditionele methoden zoals drukplaten een punt van zorg worden bij lagere matrische potentialen, met name bij bodems met een fijne textuur^10,11. Modernere technieken, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eenvoudige benadering van verdampingsexperimenten met behulp van tensiometers en de dauwpuntmethode met gekoelde spiegel, hebben de neiging om meer reproduceerbare gegevens te leveren over een breed scala aan bodemtexturen². Oorspronkelijk ontwikkeld door Wind in 1968, omvatte het eenvoudige verdampingsexperiment het meten van veranderingen in de watermassa en spanningsveranderingen door middel van tensiometers in het bodemmonster in de loop van de tijd¹². Naarmate verdamping optreedt, worden massametingen van grondmonsters uitgevoerd met specifieke tijdsintervallen om een SWRC te creëren. Later verfijnd door Schindler (1980), omvatte de methode slechts twee tensiometers die op verschillende drukkoppen in het grondmonster werden geplaatst. De gewijzigde methode werd vervolgens getest en gevalideerd als geschikt voor gebruik in wetenschappelijke analyse ^13,14. Een belangrijk voordeel van het eenvoudige verdampingsexperiment is de mogelijkheid om gemakkelijk gegevens te produceren over een groot deel van de bodemvochtcurve (0 tot -300 kPa), met meer datapunten dan met traditionele methoden.

Deze moderne methoden omvatten geautomatiseerde instrumenten die gedurende de analyseperiode van het monster talrijke gegevenspunten verzamelen en gegevens produceren met behulp van een software-interface. Het instrument voor hydraulische eigenschappen is een eigentijds instrument dat waterretentiecurven en geleidbaarheidscurven creëert op basis van monstergegevens¹⁵. Door gebruik te maken van een eenvoudig verdampingsexperiment met behulp van het hydraulische eigenschapsinstrument, kan de relatie tussen watergehalte en waterpotentieel in de bodem worden geëvalueerd¹. In dit experiment bestaat het water dat aanwezig is in de tensiometeras in evenwicht met water in de bodemoplossing. Als er verdamping van grondwater optreedt en het grondmonster droogt, vindt cavitatie plaats in de tensiometer en eindigt het experiment. Er is een beperking van het instrument voor hydraulische eigenschappen in het droge bereik van de SWRC, aangezien het instrument alleen in staat is om te werken binnen matrische potentialen van 0 tot -100 kPa. Dit kan worden verholpen door gegevens op te nemen die zijn gegenereerd met een dauwpuntexperiment met gekoelde spiegel met behulp van een bodemwaterpotentiaalinstrument¹⁶, dat het gegevensbereik kan uitbreiden tot -300.000 kPa of het permanente verwelkingspunt. Al deze gegevens worden samengebracht in de nabewerking van de modelleringssoftware om de SWRC op samenhangende wijze te informeren van nulspanningen naar hogere spanningen, zelfs voorbij het verwelkingspunt. De SWRC- en hydraulische geleidbaarheidscurven worden vervolgens gegenereerd op basis van matrische potentiaaldatapunten die gedurende de meetperiode zijn genomen, waardoor een volledige curve kan worden gegenereerd die wordt geprojecteerd van verzadiging tot permanent verwelkingspunt.

De hier beschreven methode presenteert een beknopte bedieningsprocedure voor bodemanalyse met een hydraulisch eigenschapsinstrument. Deze methode is uitgevoerd in een aantal wetenschappelijke omgevingen, waaronder kwantificering van de bodemgezondheid in een breed scala van agro-ecosystemen ^3,17,18,19, en er zijn inspanningen geleverd om de beste praktijken te begrijpen die verder gaan dan de gebruikershandleiding van het instrument ²⁰. Hier wordt een gestandaardiseerd protocol uiteengezet voor alle stappen van de procedure, inclusief veldbemonstering, monstervoorbereiding, softwarefunctie en gegevensverwerking. Het volgen van deze methode zorgt voor een succesvolle campagne die resulteert in betrouwbare gegevens. Cruciale stappen voor het waarborgen van kwaliteitsgegevens, gemeenschappelijke uitdagingen en best practices worden gepresenteerd om een goede implementatie te garanderen.

Protocol

1. Bodembemonstering en monstervoorbereiding

OPMERKING: Een schematisch diagram van de workflow van deze methode is te vinden in figuur 1.

1. Monstername
   1. Graaf de bovenste paar centimeter boven de gewenste bemonsteringsdiepte uit om ongewenst vuil te verwijderen, met name los organisch strooisel en korstvorming op het grondoppervlak.
   2. Plaats de metalen bemonsteringskern waterpas op het oppervlak van de blootgestelde grond, met de scherpe rand naar het grondoppervlak gericht; Plaats vervolgens de hamerhouder op de ring.
   3. Sla herhaaldelijk met een rubberen hamer op de bovenkant van de hamerhouder totdat de bovenkant van de metalen bemonsteringskern op één lijn ligt met het grondoppervlak.
   4. Graaf rond de metalen bemonsteringskern; Graaf vervolgens onder de kern om deze uit de grond te verwijderen.
   5. Egaliseer beide zijden van de metalen bemonsteringskern met een troffel of mes zodra deze uit de grond is verwijderd; Plaats vervolgens plastic afdekkingen aan weerszijden van de kern.
   6. Voeg een voorbeeldlabel toe aan de metalen kern.
2. Opslag en gebruik van monsters
   1. Bewaar de monsters vóór de analyse in een koelkast bij ongeveer 4 ^°C.
   2. Verzadig de monsters ten minste 24 uur voor de analyse door de monsterkernen in een grote plastic bak met ontgast gedeïoniseerd water te plaatsen. Verwijder eerst het plastic deksel dat zich aan de platte rand van de metalen bemonsteringskern bevindt en plaats er een papieren koffiefilter op, gevolgd door een verzadigingsplaat. Keer vervolgens de kern en de verzadigingsplaat om in de container en vul deze met ontgast gedeïoniseerd water binnen 1 cm van de bovenkant van het grondmonster. Vul de container indien nodig opnieuw met ontgast gedeïoniseerd water totdat de grond verzadigd is.
      OPMERKING: Verzadiging treedt op wanneer water zichtbaar is op het blootgestelde oppervlak van de grond.

2. Instelling van de sensoreenheid en de tensiometer

1. Voorbereiding van de tensiometer
   1. Week de tensiometers gedurende 24 uur in ontgast gedeïoniseerd water: een hoge (50 mm lengte) en een korte (25 mm) tensiometer voor elke sensoreenheid die in de analysecampagne zal worden gebruikt.
   2. Sluit de container met de tensiometers af om de diffusie van de atmosfeer in het water te beperken.
2. Ontgassing van de sensoreenheid door middel van vacuümpompmethode
   OPMERKING: Voer de volgende stappen uit voor elke sensoreenheid die in de campagne wordt gebruikt.
   1. Vul beide poorten van de tensiometeras met ontgast gedeïoniseerd water tot aan de bovenkant van de poort met behulp van een spuit van 20 ml en een naald met fijne punt. Zorg ervoor dat de drukopnemer schoon is door met een lamp in de poort te schijnen en te beoordelen of er vuil aanwezig is.
   2. Plaats de acryl bovenkant op de sensoreenheid en bevestig de metalen clips. Steek de spuit met ontgast gedeïoniseerd water in de opening van de acryltop en vul deze tot net onder de bovenkant van de acrylkop.
   3. Bevestig de acryltop aan de ontgassingseenheid door de 'T'-buis op de ontgassingseenheid in de bovenkant van de acrylkop te steken.
      NOTITIE: Aan elke ontgassingseenheid kunnen twee sensoreenheden met acryldoppen worden bevestigd.
3. Tensiometer bijvullen
   1. Plaats een op het podium gemonteerde beker in beide beschikbare posities op de ontgassingseenheid en vul vervolgens 3/4 van de beker met ontgast gedeïoniseerd water.
   2. Schroef de tensiometers in de acrylhouders met schroefdraad; verplaats vervolgens de zwarte O-ring naar de bovenkant van de acrylhouder. Plaats in het ontgasste gedeïoniseerde water dat in de op het podium gemonteerde bekers wordt bewaard.
4. Begin met vacuümontgassing
   1. Zorg ervoor dat alle verbindingen stevig zijn bevestigd om lekkage te voorkomen.
   2. Zet de vacuümpomp aan totdat -0.4 bar is bereikt; Schakel vervolgens de vacuümpomp uit en laat het systeem egaliseren. Zet de vacuümpomp weer aan totdat -0.8 bar is bereikt.
   3. Tik met de onderkant van de sensoreenheid op een dikke handdoek om luchtbellen uit de tensiometerpoorten in de sensoreenheid te verwijderen.
   4. Houd het systeem minimaal 24 uur onder vacuüm. Controleer op lekken door het vacuüm uit te schakelen en ervoor te zorgen dat het op druk blijft. Schakel de vacuümpomp met regelmatige tussenpozen in om het vacuüm op druk te brengen, aangezien deze langzaam druk zal verliezen naarmate het systeem egaliseert.
   5. Verwijder na 24 uur de slang van de acryltop en verwijder alle tensiometers van de acrylhouders. Plaats de korte en hoge tensiometers in aparte bekers met ontgast gedeïoniseerd water.

3. Starten van een campagne

1. Voorbereiding van sensoreenheden
   1. Steek de sensoreenheid in de aansluitsnoeren van het systeem.
   2. Plaats een absorberend materiaal zoals een handdoek onder de aangesloten sensoreenheid en verwijder de acrylbovenkant door de metalen clips los te maken.
   3. Herhaal stap 3.1.1 en 3.1.2 voor elke sensoreenheid voor een opstelling met meerdere sensoren, of ga verder met 3.A.iv voor een opstelling met één sensor.
   4. Klik op de software voor gegevensmeting om het programma te openen en klik op het pictogram Apparaten weergeven .
   5. Zorg ervoor dat alle sensoreenheden die zijn aangesloten in de zijbalk van de software verschijnen.
2. Tensiometer installatie
   1. Klik op het pictogram van de wizard Bijvullen bovenaan de software om de gebruikersinterface te openen. Navigeer in het vervolgkeuzemenu naar de juiste sensoreenheid.
      NOTITIE: Transducers zijn in goede staat als hun initiële metingen 0 hPa (± 5 hPa) zijn.
   2. Selecteer een tensiometer uit de beker. Zorg ervoor dat er geen zichtbare luchtbellen in de as zijn en dat er zich water vormt over de bovenkant van de tensiometeras in een convexe meniscus. Voeg meer ontgast gedeïoniseerd water met een spuit toe aan de bovenkant van de tensiometer als er geen convexe meniscus is.
   3. Verplaats de zwarte O-ring op de tensiometer naar het midden van de draden.
   4. Keer de tensiometer om in het stilstaande water dat aanwezig is op de sensoreenheid terwijl de convexe meniscus intact blijft.
   5. Installeer de korte tensiometer in de tensiometerpoort die is aangegeven met een korte lijn. Installeer de hoge tensiometer in de tensiometerpoort die wordt aangegeven met een lange lijn.
   6. Schroef de tensiometer voorzichtig in de tensiometerpoort terwijl u de drukmetingen op het tabblad Huidige metingen bekijkt. Verkrijg een goede afdichting door de tensiometer half tot volledig te draaien.
      NOTITIE: Nadat deze op de tensiometerpoort is geïnstalleerd, moet u ervoor zorgen dat de tensiometerwaarden 0 hPa (± 5 hPa) zijn.
   7. Plaats een siliconenbol gevuld met ontgast gedeïoniseerd water op de bovenkant van de tensiometer om uitdroging van de punt te voorkomen terwijl andere tensiometers worden geïnstalleerd.
   8. Herhaal stap 3.2.1 tot en met 3.2.7 voor elke tensiometer en sensoreenheid die in de campagne wordt gebruikt.
3. Plaatsing van monsters op sensoreenheden
   1. Verwijder een verzadigd monster en de bijbehorende verzadigingsplaat uit de container met ontgast gedeïoniseerd water en plaats ze op een werkoppervlak.
   2. Plaats de vijzelgeleider bovenop de monsterring.
   3. Steek de tensiometerasboor in het gat van de vijzelgeleider en draai de tensiometerasvijzel volledig om de grond te verwijderen. Herhaal dit voor het tweede gat.
      OPMERKING: Houd de diepte bij die elk gat in het grondmonster maakt, aangezien dit overeenkomt met de hoogte van de tensiometer.
   4. Verwijder de vijzelgeleider en zorg ervoor dat het grondmonster niet in het gat is ingezakt.
   5. Verwijder de siliconenbollen op elke tensiometer en plaats de siliciumschijf op de sensoreenheid.
      NOTITIE: Zorg ervoor dat er geen lucht onder de siliciumschijf zit en dat de temperatuursensor niet is afgedekt.
   6. Lijn de gaten in de monsterkern uit met de overeenkomstige tensiometerhoogte op de sensoreenheid.
   7. Keer de monsterkern om en plaats deze op de sensoreenheid, waarbij u het monster op de tensiometers plaatst.
   8. Verwijder het koffiefilter en de verzadigingsplaat. Zet de grondkern vast met metalen klemmen aan de zijkant van de sensoreenheid.
   9. Herhaal de stappen 3.3.1 tot en met 3.3.8 voor elk van de monsters.
4. Initiatie van systeemcampagnes
   1. Zodra elke sensoreenheid is ingesteld, voert u de monsteridentificatie in die aanwezig is op de metalen kern, aangezien deze overeenkomt met elk van de serienummers van de sensoreenheid. Voer een unieke naam in voor de veldcampagne en klik op Bladeren om de locatie van het bestand op te slaan.
   2. Klik op Start.
   3. Voer de eerste gewichtsmeting uit nadat twee tensiometermetingen zijn voltooid. Koppel eerst het aansluitsnoer los van de sensoreenheid, wacht tot er een dialoogvenster in de software verschijnt en plaats het op de weegschaal. Verwijder de sensoreenheid zodra de software aangeeft dat het gewicht is gemeten en sluit deze weer aan op het aansluitsnoer. Herhaal dit voor alle sensoreenheden.
   4. Weeg monsters 3x per dag gedurende de eerste 2 dagen van de meting, daarna 2x per dag met regelmatige tussenpozen gedurende de rest van de campagne

4. Beëindiging van de systeemcampagne

1. Beëindiging van de software
   1. Voer een definitieve gewichtsmeting uit voor elke sensoreenheid zodra het monster het luchtingangspunt heeft bereikt.
   2. Klik op Stop en koppel het aansluitsnoer los van elke sensoreenheid.
2. Demontage van de campagne
   1. Verwijder de monsterkern uit de sensoreenheid. Plaats al het grondmateriaal in een bak en droog het grondmonster in de oven.
      NOTITIE: Als u met vuil met een fijne textuur werkt, maak dan elk grondmonster binnen een uur nat voordat u het uit de sensoreenheid verwijdert.
   2. Verwijder de siliconenschijf en reinig indien nodig de bovenkant van de sensoreenheid met een natte handdoek.
   3. Verwijder voorzichtig elke tensiometer uit de sleuven. Reinig de uiteinden van de tensiometers met een tandenborstel met zachte haren en water als ze vuil zijn.
   4. Reinig het oppervlak van de sensoreenheid door het apparaat om te keren en water uit een veiligheidswasfles te spuiten.
   5. Reinig de poort van de tensiometeras door de sensoreenheid om te keren en water met een spuit in de poort te spuiten.

5. Gegevensanalyse

1. Verkrijg het droge grondgewicht van elk monster en de bijbehorende metalen kern.
2. Klik op de data-analysesoftware om het programma te openen en klik op een voorbeeldbestand om de gegevens in de software te openen. Voer het gewicht van de metalen kern in het gedeelte Parameter van het tabblad Informatie in.
3. Klik op het tabblad Afmetingen | Zoek Air Entry Point. Om het cavitatiepunt te verfijnen, verplaatst u de stippellijnen van de begin- en eindpunten in het gegevensbereik van de tensiometer. Doe hetzelfde voor de luchtingangspunten als dit moet worden gespecificeerd voor de software.
4. Klik op het tabblad Evaluatie en zorg er onder Berekening van het watergehalte voor dat Van droog grondgewicht (g) is geselecteerd. Voer het gewicht van de gedroogde grond in.
5. Klik op het tabblad Passen | Pas het model toe dat het beste bij de gegevens past.
6. Klik op het tabblad Exporteren , kies een bestandspad en zorg ervoor dat het bestand wordt geëxporteerd in .xlxs-indeling.
7. Herhaal stap 5.1 tot en met 5.7 voor elk grondmonster.

Resultaten

Na het voltooien van een goede meetcampagne volgens het bovenstaande protocol, is het mogelijk om de gegevensuitvoer van het experiment in de analysesoftware te bekijken. Outputcurves zijn afkomstig van tensiometermetingen die de waterspanning (hPa) in de loop van de tijd meten (t), en de initiële curve van deze gegevens wordt onmiddellijk na beëindiging van de campagne gegenereerd. Geselecteerde voorbeelden van spanningscurven van twee grondmonsters kunnen worden onderzocht om optimale en suboptimale resultaten te illustreren (Figuur 2). Optimale resultaten moeten een outputcurve hebben met een duidelijke cavitatie en luchtingangspunt, om een SWRC het beste te informeren. Als er geen duidelijk cavitatie- en luchtingangspunt is, kunnen de gegevens nog steeds worden gebruikt, maar wordt de SWRC minder nauwkeurig en is er meer nabewerking binnen de software nodig.

De analysesoftware bevat meerdere modellen die gebruikers kunnen gebruiken om spanningsmetingen 21,22,23,24 te analyseren. In de meeste gevallen is het van Genutchen/Mualem-model een effectieve keuze voor data; Gebruikers hebben echter de mogelijkheid om het model te selecteren dat het beste bij hun gegevens past¹⁵. De software past dit model vervolgens toe op de spanningscurve en gemodelleerde curven worden beschikbaar op het tabblad Uitvoer. Waterretentie, θ(h) en onverzadigde hydraulische geleidbaarheid K(h) of K(θ) worden allemaal gegenereerd door de modelleringssoftware, waarbij θ het volumetrische watergehalte is, K de hydraulische geleidbaarheid en h de matrische potentiaal¹⁴. Een representatief voorbeeld van de gegevensuitvoer van SWRC en hydraulische geleidbaarheid is te zien in figuur 3. Outputgegevens die passen bij het van Genutchen/Maulem-model zijn te zien in figuur 4.

De resulterende outputcurve vormt de basis voor de gemodelleerde outputcurves die de basis vormen van veel bodembeschrijvende en hydraulische gegevens. De SWRC wordt voornamelijk gegenereerd op basis van de eerste gegevens van deze methode, maar andere parameters zoals porositeit, bulkdichtheid, verzadigd watergehalte en veldcapaciteit van de monstergrond kunnen uit deze gegevens worden geëxtrapoleerd. De resultaten (figuur 4) kunnen worden vergeleken om inzicht te krijgen in de aanwezige bodemeigenschappen en om deze te vergelijken tussen behandelingen.

Figuur 1: Overzicht van de workflow. Voor de uitvoering van het protocol is voorbereiding van zowel het grondmonster als het hydraulische eigendomsinstrument noodzakelijk. Pijlen geven de workflowvolgorde aan, beginnend met de voorbereiding van het monster en het instrument en eindigend met de gegevensanalyse en de nabewerking van het monster. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Voorbeelden van optimale en suboptimale spanningscurves. (A) Optimale curve: er vindt regelmatige meting plaats, cavitatie wordt bereikt en de spanning in de tensiometeras daalt abrupt tot de omgevingsdruk. Luchttoevoer vindt plaats bij ~ 700 hPa voor beide curven en de metingen worden kort daarna gestopt. (B) Suboptimale curve: er wordt regelmatig gemeten en de cavitatie wordt bereikt, maar de spanning in de tensiometeras daalt niet abrupt en het is moeilijk te onderscheiden waar de luchtingangsfase is begonnen. Deze curve kan nog steeds een curve voor het vasthouden van bodemwater informeren door handmatige aanpassing te gebruiken tijdens de nabewerking van gegevens, maar is minder nauwkeurig dan (A). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Uitvoercurves van software. Bodem, waterretentie en hydraulische geleidbaarheidscurven zoals weergegeven in de software voordat een model is toegepast. (A) Curve voor het vasthouden van bodemwater en (B,C) hydraulische geleidbaarheidscurven zoals deze worden weergegeven in de analysesoftware zodra de monsteranalyse is voltooid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Uitvoercurven met toegepast model. Figuur 4 Uitvoergegevens kunnen worden aangepast aan een model binnen de instrumentsoftware. Hier worden de gemodelleerde gegevens getoond; (A) Curve voor het vasthouden van bodemwater, en (B,C) hydraulische geleidbaarheidscurven met het model van Genuchten-Mualem toegepast op gegevens. Wortel gemiddelde kwadratische fout (A) 0,4%, (B) 7,09%. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

De eenvoudige benadering van het verdampingsexperiment met behulp van de hier beschreven methode is een efficiënt middel om de SWRC- en hydraulische geleidbaarheidscurven te ontwikkelen. Eenvoud en nauwkeurigheid van gegevensmeting maken het een levensvatbaar alternatief voor meer traditionele methoden¹⁴. De hier beschreven methode gaat verder dan de gebruikershandleiding en de huidige literatuur om de fijnere punten van dit ingewikkelde instrument te synthetiseren en uit te breiden. Bijzondere aandacht moet worden besteed aan de processen voor het verzamelen, vervoeren en analyseren van bodemmonsters om gegevens van hoge kwaliteit te genereren. Bij het nemen van een monster moet de grond in de metalen kern ongestoord blijven. De metalen kern moet tijdens het hameren waterpas blijven om trillingen of kantelen te voorkomen die de grond kunnen verstoren, en het monster moet tijdens het transport voorzichtig worden behandeld.

Bovendien is het noodzakelijk om de hoeveelheid lucht die elk onderdeel van het instrumentsysteem binnenkomt nauwgezet te beperken. De nauwkeurigheid van de uitgangsspanningscurven zal waarschijnlijk afnemen als er onbedoeld lucht is ingebracht. Er zijn veel stappen tijdens het monteren en uitvoeren van deze methode die verder gaan dan de aanbevelingen van de fabrikant met als doel de mogelijkheid van lucht om het systeem binnen te dringen te elimineren. Dergelijke nuances omvatten het gebruik van ontgast water, de gewijzigde procedure voor het bijvullen van de tensiometer en het voortdurend opnieuw aanbrengen van water in de verzadiging van het bodemmonster. Het is van vitaal belang om ervoor te zorgen dat al het water dat in het experiment is gebruikt, correct is ontgast, dat de tensiometers correct zijn bijgevuld en dat de tensiometerpoorten in de sensoreenheid geen luchtbellen of luchtbellen bevatten. Dit zijn kritieke punten die nauwgezet in acht moeten worden genomen in het protocol om campagnesucces mogelijk te maken.

De meetcampagne is voltooid na cavitatie wanneer het luchttoevoerpunt is bereikt. Dit zal verschijnen als een scherpe piek, gevolgd door spanningsmetingen die snel afnemen tot nul voor beide tensiometers op de meetcurve, zoals weergegeven in figuur 2. Na de meetperiode en tijdens de gegevensanalyse kunnen gebruikerswijzigingen worden aangebracht om de nauwkeurigheid van de uitvoergegevens te vergroten. Binnen de gegevensverwerkingssoftware kunnen start-, stop- en luchttoevoerpunten bijvoorbeeld handmatig worden aangepast op basis van visuele inspectie en discretie van de gebruiker als er duidelijke problemen zijn in de spanningscurve. Er kunnen grote fluctuaties zijn aan het begin van een meetcampagne, aangezien tensiometers beginnen met het uitvoeren van metingen en de waterverdamping nog niet is begonnen. Deze gegevensruis kan eenvoudig worden verwijderd in de nabewerkingsfase door de startlijn verder naar rechts in de software-interface te verplaatsen. Verder, als de tensiometermetingen voor cavitatie een plateau hebben in plaats van een scherpe piek, kan het voor de software moeilijk zijn om automatisch te onderscheiden waar cavitatie begint en eindigt. Deze uitdaging kan worden verholpen door zowel de bovenste als de onderste lijn van de stop te verplaatsen naar schaallocatiepunten die een voldoende brede verandering in helling vastleggen om cavitatie aan te geven. Evenzo kunnen luchtingangspunten op een vergelijkbare manier worden aangepast, omdat ze naar het einde van het plateaugedeelte van de curve kunnen worden verplaatst, zodat het juiste deel van het gegevensdomein door de software wordt vastgelegd.

Minder gegevenspunten in de richting van het droge bereik van de SWRC die worden gegenereerd door het instrument voor hydraulische eigenschappen, kunnen onnauwkeurigheden veroorzaken bij het toepassen van modellen op de gegevens. Deze situatie kan worden aangevuld door andere gegevensbronnen op te nemen die betrekking hebben op het droge bereik van waterretentie. Aanvullende datapunten kunnen worden aangevuld door dezelfde grondmonsters te analyseren met het bodemwaterpotentiaalinstrument en deze punten vervolgens handmatig in te voeren in de analysesoftware. De aanvullende gegevens verhogen de geldigheid van schattingen in het droge bereik en zijn relatief eenvoudig te gebruiken. Het combineren van gegevens uit beide instrumenten kan waardevol worden als het onderzoeksdoel betrekking heeft op het hele scala van bodemvochtretentie. Meer informatie over de werking van het bodemwaterpotentiaalinstrument, de toepasbaarheid van deze metingen en de integratie met het waterbouwkundig eigenschapsinstrument is te vinden in de bestaande literatuur 2,16,17,25.

Bodemwaterretentie en hydraulische geleidbaarheidscurven bieden een belangrijke karakterisering van de fysische en onverzadigde hydraulische eigenschappen van een bodemmonster. In alle disciplines binnen de milieu-, landbouw- en bodemwetenschappen kunnen landbeheerpraktijken die de fysische en hydraulische eigenschappen van de bodem veranderen, een blijvend effect hebben op de gezondheid van de^bodem3,17. Het kwantificeren van bodemmetrieken en -indicatoren binnen bodemonderzoek en -monitoring kan helpen om een beter bewustzijn te creëren van de werkelijke effecten van contrasterende beheerpraktijken op de bodem. Inzicht in eigenschappen zoals veldcapaciteit, beschikbaar water voor de plant, verdeling van de poriegrootte en watergeleidbaarheid leidt tot een weloverwogen conclusie over voorkeursbodembeheerpraktijken voor bodemgezondheid²⁶. Het vergroten van het gebruik van robuuste methoden, zoals hier beschreven, kan bijdragen aan het verdiepen en harmoniseren van een uniforme kennis over de belangrijkste effecten van contrasterende bodembeheeropties in een breed scala aan landsystemen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
4 L Buchner Flasks (two)	Verschillende	n/a	Containers voor waterontgassing
20 mL Spuit, fijne punt	BD	BD-302830
Koffiefilter	Verschillende	n/a	Voorkomt dat aarde uit de kern komt tijdens het weken
HYPROP Complete Set	Hoskin	110813/E240-M020210	tensiometer schachtboor, buis voor vacuümspuit en navuladapter, boorschachtgeleide, HYPROP USB-adapter, HYPROP sensoreenheid, tensiometerschachten (50 mm en 25 mm), verzadigingsplaat, navuladapter, siliconen afdichting, set O-ringen, LABROS-balans, software, kabels
HYPROP Navulunit	Hoskin	108899/ E240-M020258	vacuümpomp, vacuümhouder, bekerhouder, navuladapters
Grote plastic vaten	Verschillende	n/a	Houdt water en bodemkernen vast tijdens verzadiging
METER hamerhouder	Hoskin	100255/E240-100201
Rubberen hamer	Home Depot	18CT1031	Monsterverzameltool gebruikt met hamerhouder
Schop	Home Depot	83200
Bodemmonsterring met incl. 2 doppen	Hoskin	100254/E240-100101
Roerplaat/roerbaar	Verschillende	n/a
Kluis	Home Depot	91365