Удержание воды в почве и гидравлическая проводимость в естественной и антропогенной среде помогают нам понимать и наблюдать за изменениями в здоровье и функциональности почвы. Количественная оценка гидравлических свойств с помощью кривой удержания почвенных вод (SWRC) и кривой проводимости почвенных вод позволяет получить представление о ключевых факторах физического поведения почвы и характеристике движения воды1. Соотношение между объемным содержанием воды (θ) и матричным напором (h) представлено в пределах SWRC, а диапазоны внутри кривой описывают точку насыщения, емкость поля и точку постоянного увядания2. Методы управления почвой, поправки, типы агроэкосистем и условия окружающей среды – все это может оказывать влияние на гидравлику почвы 3,4. Эти факторы, в свою очередь, могут влиять на перенос растворенных веществ5 и доступную для растений воду6, дыхание почвы и микробную активность7, а также на циклы увлажнения и сушки8. Надлежащий анализ SWRC является важным элементом количественной оценки здоровой и функционирующей почвы и является обязательным условием для получения обоснованного представления о гидравлических свойствах почвы.
В настоящее время существует множество методов измерения для разработки надежного SWRC, при этом методы столба висячей воды и прижимной пластины являются распространенными традиционными подходами для определения распределения пор по размерам почвы2. Традиционные методы могут отнимать много времени, обычно на анализ небольшогонабора образцов уходят недели или месяцы. Более того, после завершения анализа эти методы приводят лишь к нескольким точкам данных, которые информируют SWRC9. Кроме того, точность получения репрезентативных данных с использованием традиционных методов, таких как нажимные пластины, может стать проблемой при более низких матричных потенциалах, в частности, при мелкозернистых почвах10,11. Более современные методы, которые включают в себя простой подход к эксперименту по испарению с использованием тензиометров и метод точки росы с охлажденным зеркалом, как правило, дают более воспроизводимые данные по широкому спектру текстур почвы2. Первоначально разработанный компанией Wind в 1968 году, простой эксперимент по испарению включал в себя измерение изменений массы воды и изменения напряжения с помощью тензиометров в образцепочвы с течением времени. По мере испарения через определенные промежутки времени проводятся измерения массы образца почвы для создания SWRC. Позже усовершенствованный Шиндлером (1980), метод включал только два тензиометра, помещенных под разным давлением в пробе почвы. Затем модифицированный метод был протестирован и валидирован как пригодный для использования в научном анализе13,14. Ключевым преимуществом простого эксперимента по испарению является возможность легко получать данные по большой части кривой влажности почвы (от 0 до -300 кПа) с большим количеством точек данных, чем при использовании традиционных методов.
Эти современные методы включают в себя автоматизированные приборы, которые берут множество точек данных в течение периода анализа образца и производят данные с помощью программного интерфейса. Прибор для измерения гидравлических свойств является современным инструментом, который создает кривые удержания воды и кривые проводимости на основе данных образца15. Используя простой эксперимент по испарению с использованием инструмента гидравлических свойств, можно оценить взаимосвязь между содержанием воды и водным потенциалом в почве1. В этом эксперименте вода, присутствующая в тензиометрической шахте, находится в равновесии с водой в почвенном растворе. По мере испарения почвенной воды и высыхания образца почвы в тензиометре происходит кавитация, и эксперимент заканчивается. Существует ограничение гидравлических свойств прибора в сухом диапазоне SWRC, так как прибор способен работать только в пределах матричных потенциалов от 0 до -100 кПа. Это может быть исправлено путем включения данных, полученных в ходе эксперимента по измерению точки росы в охлажденном зеркале с использованием прибора16 для измерения потенциала почвенных вод, который может расширить диапазон данных до -300 000 кПа или постоянной точки увядания. Все эти данные объединяются в программном обеспечении для последующей обработки для моделирования, чтобы последовательно информировать SWRC о переходе от нулевого напряжения к более высокому напряжению даже за пределами точки провядания. Затем кривые SWRC и гидравлической проводимости генерируются на основе данных о матричном потенциале, полученных в течение периода измерения, что позволяет создать полную кривую, спроецированную от насыщения до постоянной точки увядания.
Описанный здесь метод представляет собой краткую рабочую процедуру для анализа почвы с помощью инструмента гидравлических свойств. Этот метод был использован в ряде научных условий, включая количественную оценку здоровья почвы в широком диапазоне агроэкосистем 3,17,18,19, и были предприняты усилия для понимания передовых методов, выходящих за рамки руководства пользователя прибора20. В нем описывается стандартизированный протокол для всех этапов процедуры, включая отбор проб в полевых условиях, подготовку образцов, работу программного обеспечения и обработку данных. Следование этому методу обеспечит успешную кампанию, результатом которой станут достоверные данные. Представлены критически важные шаги для обеспечения качества данных, общие проблемы и передовые методы для обеспечения надлежащей реализации.