Name: Yerinde Bozulmamış Topraklarda Toprak Nemi Sensörleri (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-11-18T14:10:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Öğrenin, bozulmamış topraklarda gömülü elektromanyetik sensörlerle toprak nemini ölçme yöntemini. Bu standart protokol, kurumlar arası işbirliği ve iklim izleme için güvenilir veri toplamayı sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Yazarlar, NOAA-NIDIS, Ulusal Koordineli Toprak Nemi İzleme Ağı (NCSMMN) ve USGS Yeni Nesil Su Gözlem Sistemleri (NGWOS) programından finansal desteği kabul etmektedir. Bu protokole katkıları için B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda ve M. Woloszyn dahil olmak üzere NCSMMN İcra Komitesi üyelerine teşekkür ederiz. M. Weaver'a (USGS) taslak protokolü ilk gözden geçirdikleri için teşekkür ederiz.

Ticaret, firma veya ürün adlarının herhangi bir şekilde kullanılması yalnızca açıklayıcı amaçlar içindir ve ABD Hükümeti tarafından onaylandığı anlamına gelmez. Bu makale bir ABD Hükümeti çalışmasıdır ve ABD'de kamu malıdır. USDA, eşit fırsat sunan bir işveren ve sağlayıcıdır.

Toprak nem durumu, toprağın hidrolik ve fiziksel özellikleri ile birlikte yağış, bitki örtüsü, güneş ışınımı ve bağıl nem gibi birçok farklı çevresel faktörün bir sonucudur. Bunlar uzay ve zaman boyunca farklı mekansal ve zamansal ölçeklerde etkileşime girer. Su, enerji ve karbon döngülerini modellemek ve tahmin etmek için SWC durumunu anlamak gerekir. Otomatik ölçüm teknolojilerinin en yaygın türlerinden biri, bozulmamış toprağa yerinde yerleştirilmesi amaçlanan çatallı bir elektromanyetik SWC sensörüdür. Bu protokol, bu yaygın gömülebilir sensör türlerini kurma işlemi için rehberlik sağlamak üzere tasarlanmıştır. Doğruluk, performans ve maliyet tipik olarak sensörlerin çalışma frekansı ile orantılıdır; Düşük frekanslı sensörler daha az maliyetlidir, ancak toprak ve çevresel faktörler tarafından daha fazla karıştırılır45. Toprağa veya sahaya özgü kalibrasyon, düşük frekanslı sensörlerin doğruluğunu artırabilir. Ölçüm yöntemi, elektromanyetik alanın (EMF) altında yatan fiziği nedeniyle sensör performansını da etkiler.
İki ana elektromanyetik fizik yasası elektromanyetik algılamayı yönetir. Birincisi, sensörün yayılmış EMF'sinin ortamın hem ε hem de BEC'sine nasıl bağlı olduğunu açıklayan Gauss yasasıdır. Bununla birlikte, SWC ile geçirgenlik artar, ancak BEC de artar. Bu nedenle, Gauss yasasına bağlı sensörler SWC, BEC ve BEC üzerindeki sıcaklık etkisinin yanı sıra tuzluluktan kaynaklanan herhangi bir girişimden etkilenir. Kapasitans algılama yöntemleri Gauss yasasına uyar ve bu nedenle bu etkilere daha yatkındır46. Ek olarak, Gauss yasası, kapasitansın topraktaki EMF'nin şekliyle değişen geometrik bir faktöre bağımlılığını tanımlar. Araştırmalar, EMF şeklinin toprak yapısı ve sensör çatallarının etrafındaki su içeriğinin küçük ölçekli mekansal değişkenliği ile değiştiğini göstermiştir. Su içeriğinin ve toprak yapısının küçük ölçekli mekansal değişkenliği çoğu toprakta büyüktür, bu da geometrik faktör değişikliklerine ve bunun sonucunda toplu ortalama toprak su içeriği değişiklikleriyle ilgisi olmayan kapasitans değişikliklerine neden olur. Bu faktörler kapasitans sensörünün doğruluğunu azaltır ve veri değişkenliğini arttırır46,47,48. Empedans ve iletim hattı salınım yöntemleri de Gauss yasasına dayanırken, zaman alanı reflektometrisi ve zaman alanı transmizomitri yöntemleri, geometrik bir faktör içermeyen ve BEC'ye bağımlı olmayan Maxwell denklemlerine bağlıdır. Hiçbir sensör sorunsuz olmasa da, zaman alanı yöntemleri, kapasitans veya empedans tabanlı yöntemlerden önemli ölçüde daha doğru ve daha az önyargılı olma eğilimindedir.
Prosedürde birkaç kritik adım vardır. Seyrek bir ağ için, SWC'nin en uygun uzamsal temsiline sahip olmak için uygun yer seçimi ve sensör konumu gereklidir. Yer seçimi, arazi erişimi veya toprak neminin yardımcı ölçüm olduğu diğer atmosferik izleme gereksinimleri gibi dış faktörlerden daha fazla etkilenebilir. Mezo ölçekli meteorolojik alanlar, mikro ölçekli etkileri en aza indirmek için geniş ve açık, iyi bakımlı çimenli yüzeylerde bulunur. Bu tür konumlar SWC izleme için daha az ideal olabilir. Uygulanabilirse, SWC izlemenin mevcut çevresel izleme istasyonundan uzakta ve temsili toprakta gerçekleşmesine izin vermek için kablosuz sensör teknolojileri 49,50,51,52,53 olarak düşünülmelidir. Aktif çiftlik operasyonları ve sulama ekipmanı etrafında çalışmak zordur. Çoğu ağ (örneğin, SCAN ve USDA-ARS), kabloları kesebilen ve sensörleri ortaya çıkarabilen pulluklar veya biçerdöverler gibi toprak işleme faaliyetlerinden kaçınmak için tarlaların saçaklarında kalır. Herhangi bir yerinde sensör ve kablonun yeterince gömülmesi ve çiftlik içi işlemlerden çıkarım yapmaktan kaçınmak için yeterince düşük bir yüzey profiline sahip olması gerekir. Kablosuz sistemler53 ve çıkarılabilir sondaj deliği sensörleri47 daha uygun olabilir. Büyük ölçekli, toprak nemine dayalı sulama kullanılarak yeraltı sularının korunması54, SWC sensörleri için büyüyen bir alandır; Bu protokol, bozulmamış topraklarda uzamsal olarak temsil edilen uzun vadeli SWC verileri ile ilgilidir.
Bazı toprakların ölçülmesi diğerlerinden daha zordur. Kayalık, çakıllı veya çok kuru topraklarda, dişleri zarar görmeden yerleştirmek imkansız olabilir. Bir seçenek, toprak çukurunu kazmak ve sensörleri geri doldurma sırasında yerine yerleştirmek, orijinal BD'ye sıkıştırmaya çalışmaktır. kayalık topraklar, birkaç ıslatma ve kurutma döngüsünden sonra muhtemelen iyileşecek olan çok az yapıya sahip olma eğilimindedir; Bununla birlikte, bu tür bir rahatsızlık hiçbir zaman alanın toprak hidrolojisini gerçekten temsil etmeyebilir. Alternatif olarak, burgu deliklerinin dibine sensörler monte edilirse, çıkarılan toprak taşları çıkarmak için elenebilir ve sensör çatallarını barındıracak kadar derin bir şekilde deliğe yeniden paketlenebilir. Sensör daha sonra dikey olarak monte edilebilir ve burgu deliği, toprak eklendikçe sık sık sıkıştırılarak kalan elenmemiş toprakla yeniden doldurulur.
Orman toprağındaki kökler, prob yerleştirme için benzer zorluklar oluşturur, ancak bazı durumlarda kökler kesilebilir. Orman toprakları genellikle mineral toprağın üstünde organik (O) ufuklara sahiptir, bu da çok düşük BD ve yüksek spesifik yüzey alanına sahip olabilir, büyük miktarlarda bağlı su ile daha yüksek SWC'lerde çok doğrusal olmayan sensör tepkilerine neden olur55. Dahası, uygulayıcı sıfır verisini ya O-ufkunun tepesi ya da meta verilerde bulunan mineral toprak notu olarak ayarlar. Kil bakımından zengin topraklar ve yüksek büzülme/şişme potansiyeline sahip geniş killer, ıslakken elektromanyetik sinyallere karşı son derece iletken olabilir ve kuruduğunda çatlayabilir. Bu tür topraklar, ham ölçümlerden makul SWC elde etmek için ek düzeltmelere ihtiyaç duyabilir56,57. Sığ topraklarda, ideal maksimum derinliğe ulaşmadan önce ana kaya veya kısıtlayıcı bir toprak ufku (örneğin, kaliş veya hardpan) ile karşılaşılabilir. Konumu değiştirmek veya daha derin sensörleri takmamak gerekebilir. Aşırı kuru veya ıslak topraklar zor olabilir ve mevsimsel aşırılıkların dışında kurulum tarihlerinin seçilmesi de tercih edilir. Kuru toprak çok güçlü olabilir ve bir sensörü zarar görmeden takmanın imkansız olduğu kanıtlanabilir. Gerekirse, çukur yüzünü yumuşatmak için önceden burgulu delikler suyla doldurulabilir, ancak toprakların doğal bir duruma dönmesi biraz zaman alabilir. Islak topraklar çukur yüzlerini desteklemek için çok zayıf olabilir veya hendek suyla dolabilir. Islak bir toprağı aşırı sıkıştırmak da daha kolaydır.
Sensör çıkışı sadece SWC'yi değil, geçirgenliği de içermelidir, böylece düzeltmeler veya toprağa özgü kalibrasyonlar daha sonra yapılabilir. Yüksek frekanslı sensörler yüksek BEC topraklarda daha uygundur, ancak daha kısa çatalların daha kompakt topraklara montajı daha kolay olabilir. Bununla birlikte, belki de en kritik adım toprak temasıdır; zayıf temas, herhangi bir elektromanyetik sensörden gelen sinyali bozar. Son olarak, kazıyı yeniden doldurmak önemsiz geliyor, ancak sensörlerin alanına tercihli akışı en aza indirmek, kabloları korumak ve hayvanları bölgeyi rahatsız etmekten caydırmak için anahtardır. Toprağa veya sahaya özgü kalibrasyon sensör doğruluğunu artırabilir, ancak bu protokolde mümkün olandan daha fazla ayrıntı gerektirir. Değişen SWC seviyelerine ayarlanmış veya yeniden paketlenmiş tarla toprakları, yanıtın doğrusallığını kontrol etmek için idealdir ve bazı sensör tipleri21 için sahaya özgü bir kalibrasyon görevi görebilir. Dielektrik sıvılar, sensör tepkisini kontrol etmek için etkili bir ortam olabilir58. Sıcaklık kontrollü su banyoları, toprak sıcaklığı kalibrasyonlarını iyileştirmek için kullanılabilir59. Bu protokol, yerinde SWC sensörü kurulumu için standart bir çalışma prosedürünün oluşturulmasına yönelik ilk adımdır, çünkü mevcut bir yöntem veya SWC sensörleri 60,61 için kabul edilmiş bir kalibrasyon yöntemi yoktur.
SWC izleme bu protokolün odak noktası olsa da, yöntemin sınırlamaları vardır ve SWC tek başına toprak suyu durumunun tam bir resmini veremez. Birçok ekosistem süreci, daha az yaygın olarak in situ62 olarak ölçülen toprak suyu potansiyeli ile de düzenlenir. Yakın zamanda S. Luo, N. Lu, C. Zhang ve W. Likos 63 tarafından gözden geçirilen toprak suyu potansiyeli, suyun enerji durumudur; Bu tür sensörler toprak özelliklerinden daha az etkilenebilir ve SWC sensörleri64 için kalite kontrolü sağlar. Ayrıca, SWC yığın alanı çakıllar, kayalar, kökler ve boşluk alanı (örneğin, tercihli akış yolları) içerir. Yerinde SWC sensörleri genellikle kayaların ve köklerin etrafında yeniden konumlandırılır ve çatalların etrafında yoğunlaşan sınırlı ölçüm hacmi, SWC yığın alanının ayrık ancak önemli yönlerini kaçırabilir.
Bu protokol, kuraklık izleme, su temini tahmini, havza yönetimi, tarımsal yönetim ve mahsul planlaması dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için daha uyumlu ve tek tip bir SWC verisine yol açacaktır. Uzaktan algılama platformları4'ün ortaya çıkışı, SWC'yi küresel olarak tahmin etme yeteneğini büyük ölçüde geliştirdi, ancak bu ürünlerin hala sadece yerinde ağlar65 tarafından makul bir şekilde toplanan zemin doğrulamasına ihtiyacı var. Bilgisayar gelişmeleri, hiper çözünürlüklü SWC modellemesi66'nın geliştirilmesine izin vererek, yüksek çözünürlüklü ve günlük SWC statüsü üretmiştir, ancak bu ürünler belirsizliği hesaplamak için bir temel sağlamak için SWC'nin yerinde tahminlerine de ihtiyaç duymaktadır. Genellikle, yeni bir ürün piyasaya sürüldüğünde sorulan ilk soru "belirsizlik nedir?" SWC ürünleri için, doğrulama için birincil karşılaştırma yerinde ağ verileri67'dir.
ABD Ordusu Mühendisler Birliği Yukarı Missouri Nehri Havzası toprak nemi projesi ve NOAA destekli Güneydoğu ABD ağ birikimi de dahil olmak üzere Ulusal Koordineli Toprak Nemi İzleme Ağı (NCSMMN) ile ilişkili son ağ genişletmeleri olmuştur. Bu tür uygulamalar için SWC tahminlerinin kesinliği ve doğruluğu, yalnızca veri bütünlüğüne güven sağlamak için kapsamlı protokoller ve prosedürlerle gerçekleştirilebilir. NCSMMN, toprak nemi ölçümü, yorumlanması ve uygulanması etrafında bir uygulama topluluğu oluşturarak yardım, rehberlik ve destek sağlamayı amaçlayan federal olarak yönetilen, çok kurumlu bir çabadır - veri sağlayıcılarını, araştırmacıları ve halkı birbirine bağlayan bir "insan ağı"68. Bu protokol NCSMMN çabalarının bir ürünüdür. Bir veri kalite kontrol iş akışı yaklaşıyor.

Toprak nemi yakın zamanda Küresel Gözlemleyen İklim Sistemi1'de Temel İklim Değişkeni olarak kabul edilmiştir. Toprak nemi veya kantitatif olarak hacimsel toprak suyu içeriği (SWC), gelen radyasyonun akışının dünya yüzeyi ile atmosfer arasındaki gizli ve mantıklı ısıya bölünmesinde ve yağışın akış ve sızma arasında bölünmesinde önemli bir rol oynar2. Bununla birlikte, nokta, tarla ve havza ölçeklerindeki toprak neminin mekansal zamansal değişkenliği, SWC'yi araştırma veya yönetim hedeflerini karşılamak için gereken uygun ölçekte ölçme yeteneğimizi zorlaştırmaktadır3. Yerinde sensörlerin, proksimal dedektörlerin ve uzaktan algılamanın yer tabanlı ağları da dahil olmak üzere SWC'yi ölçmek için yeni yöntemler, SWC'nin varyasyonunu benzeri görülmemiş bir çözünürlükte haritalamak için benzersiz fırsatlar sunar4. Yerinde SWC sensörleri en geçici olarak sürekli ve derinliğe özgü veri kayıtlarını sağlar, ancak aynı zamanda toprak özellikleri, topografya ve bitki örtüsü5'in doğasında bulunan küçük algılama hacimlerine ve yerel ölçekli değişkenliğe de tabidir.
Ayrıca, yerinde SWC sensörlerinin kurulumu, kalibrasyonu, doğrulanması, bakımı ve kalite kontrolü için standartların veya yaygın olarak kabul edilen yöntemlerin eksikliği vardır. Toprak nemi doğası gereği ölçülmesi zor bir parametredir ve kalite garantisi için en zor değişken olabilir6. SWC veri toplama için genel protokoller Uluslararası Atom Enerjisi Ajansı7, Dünya Gözlem Uyduları Komitesi8, federal ajans raporları9 ve Amerikan Devlet Klimatologları Birliği10 tarafından üretilmiş olsa da, gömülü SWC verilerinin kurulumu, bakımı, kalite kontrolü ve doğrulanması konusunda sınırlı özel rehberlik vardır. Sonda. Bu, SWC ölçümleri eklemek için devlet Mesonetleri gibi operasyonel izleme ağları için bu tür teknolojilerin benimsenmesini zorlaştırmıştır. Benzer şekilde, operasyonel hidrologların, örneğin nehir tahmin merkezlerinde, bu verileri iş akışlarına dahil etmeleri de zordur. Bu videografinin ve beraberindeki makalenin amacı, bu tür bir rehberlik sağlamak ve gömülü in situ SWC probları için uyumlu bir kurulum protokolünü belgelemektir.
Yerinde toprak nemi izleme için bir yer seçme Herhangi bir ilgi alanındaki (AOI) topraklar, topografya, ekoloji, jeoloji ve iklim arasında zaman içinde benzersiz ve birleştirilmiş bir geri bildirim yoluyla oluşur11,12. SWC'nin manzaralar arasındaki değişkenliği, yer seçimini herhangi bir toprak nemi çalışması için kritik bir unsur haline getirir. Bazı araştırma hedefleri için, peyzaj veya ekosistemdeki belirli bir özelliği veya mikrositeyi temsil etmek üzere bir site seçilebilir. Ağları izlemek amacıyla, site daha büyük bir peyzaj bileşeninin mekansal olarak temsilcisi olmalıdır. Amaç, AOI'nin en iyi mekansal temsilini sağlayan bir yer bulmaktır. Bu alanda, diğer meteorolojik enstrümantasyon, erişilebilirlik veya izin gereklilikleri gibi daha pragmatik hususlara ulaşılmalıdır. Bununla birlikte, AOI içindeki baskın toprak haritası birimi genellikle daha geniş bir alanın çevresel koşullarının iyi bir mekansal temsilidir13. Baskın toprak haritası birimi, Web Toprak Etüdü (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/) kullanılarak belirlenebilir; Bu toprak haritası ünitesi ayrıca sığ bir çukur veya test deliği ile doğrulanmalıdır.
Tipik bir izleme istasyonu, sensör ihtiyaçlarına ve yardımcı ölçümlerin sayısına bağlı olarak 5-50m2'yi işgal edebilir. Şekil 1 , rüzgar hızı ve yönü için bir anemometre, bir hava sıcaklığı ve bağıl nem sensörü, güneş radyasyonu için bir piranometre ve Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği (NEMA) hava koşullarına dayanıklı ve su geçirmez muhafaza (NEMA derecelendirme 4) tutan 3 m'lik bir kuleye sahip tipik bir izleme istasyonunu göstermektedir. NEMA muhafazası, veri kontrol platformu (DCP), hücresel modem, güneş paneli şarj regülatörü, pil ve diğer ilgili donanımları barındırır (bkz . Sistem bileşenleri). Kule ayrıca iletişim anteni, güneş paneli ve paratoner için bir platform sağlar. PPT yakalama üzerindeki rüzgar etkilerini azaltmak için kuleden uzağa ve mümkün olan en düşük yüksekliğe yerleştirilmesi gereken bir sıvı yağış (PPT) ölçer de tipik olarak dahil edilir. SWC sensörleri yeterli bir mesafeye (3-4 m) ve yukarı eğime monte edilmelidir, böylece kuleden yağış veya kara akışı üzerinde potansiyel bir parazit olmaz. İlgili kablolar, yüzeyin en az 5 cm altındaki kanala gömülmelidir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> Şekil 1: Tipik bir izleme istasyonu. USDA SCAN, standart derinliklerde (5, 10, 20, 50 ve 100 cm), hava sıcaklığı, bağıl nem, güneş radyasyonu, rüzgar hızı ve yönü, yağış ve barometrik basınçta toprak suyu içeriği ve sıcaklığı hakkında saatlik bilgi toplar. ABD genelinde 200'den fazla tarama sitesi bulunmaktadır. Kısaltmalar: SCAN = Soil Climate Analysis Network; NEMA = Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Ölçüm derinliği, yönü ve sensör sayısı Yerinde SWC sensörleri tipik olarak topraktaki belirli derinlikleri temsil etmek için yatay olarak monte edilir (Şekil 2). Federal olarak finanse edilen, Toprak İklim Ağı (SCAN)14, Kar Telemetri Ağı (SNOTEL)15 ve ABD İklim Referans Ağı (USCRN)16 gibi ulusal ağlar, SWC'yi 5, 10, 20, 50 ve 100 cm'de ölçer. Bu derinliklere, çeşitli nedenlerden dolayı tarama geliştirme sırasında fikir birliği ile ulaşılmıştır. 5 cm derinlik, uzaktan algılama yeteneklerine karşılık gelir17; 10 ve 20 cm derinlikler toprak sıcaklığı için tarihsel ölçümlerdir18; 50 ve 100 cm derinliklerde kök bölgesi toprak suyu depolamasını tamamlar.
Problar dikey, yatay veya eğimli/açılı olarak yönlendirilebilir (Şekil 3). Yatay kurulum, ayrı bir derinlikte düzgün bir toprak sıcaklığı ölçümü elde etmek için en yaygın olanıdır. Sensör ayrı bir derinlikte ortalanabilse de, SWC ölçümü dişlerin etrafındaki bir hacimdir (yani elektrotlar), nem seviyelerine, ölçüm frekansına ve kurulumun geometrisine (yatay, dikey veya açılı) göre değişebilir. Yatay kurulum için, algılama hacmi derinliğin üstündeki ve altındaki nemi bütünleştirir ve algılama hacminin% 95'i tipik olarak çatalların 3 cm'si içindedir19. Dikey veya açılı kurulumlar SWC'yi çatallar boyunca entegre eder, böylece dikey kurulum, sensör derinliklerinin20 tüm uzunluğu boyunca depolamayı temsil edebilir. Bazı sensörler çatalları boyunca eşit olarak ölçüm yapmaz. Örneğin, iletim hattı osilatörleri, elektromanyetik darbelerin üretildiği prob kafasının yakınındaki neme karşı daha hassastır21. Dikey kurulumlar, sıcaklık ve nem gradyanlarının azalma eğiliminde olduğu daha derin problar için daha uygundur.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> Resim 2: Yerinde SWC sensörlerinin kurulumu. Referans için (A,B) sıfır derinlikli bir referans jig ve (C) sıfır derinlikli bir kart veya (D) sıfır derinlikli bir kürek kolu kullanılarak seçilen derinliklerde yatay sensör yerleşimi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> Şekil 3: Probların dikey, yatay veya eğimli olarak yönlendirilmesi . (A) Eğimli ve dikey yerleştirme ve (B) üç renkli SWC sensörünün yatay-dikey yerleştirme ve yatay-yatay yerleştirme merkezi derinliği. Kısaltma: SWC = toprak suyu içeriği. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
50 cm'den daha küçük derinliklere kurulum nispeten sezgiseldir, daha derin sensörler ise biraz daha fazla çaba gerektirir. Kök bölgesi SWC veya profil toprak suyu depolaması tipik olarak 1 veya 2 m'ye kadar ölçümler gerektirir. Bu protokolde gösterildiği gibi, 0-50 cm'lik kurulumlar, bozulmamış toprağa yatay olarak monte edilmiş problarla kazılmış bir çukurda veya burgu deliğinde tamamlanır ve yüzey rahatsızlığını en aza indirir. Daha derin sensörler için (örneğin, 100 cm), hem SCAN hem de USCRN, sensörü bir uzatma direği kullanarak ayrı, elle burgulu deliklere dikey olarak monte eder (Şekil 4).
SWC'nin heterojenliği, özellikle yüzeye yakın olması ve sensörlerin küçük ölçüm hacimleri göz önüne alındığında, üçlü ölçümler SWC'nin daha iyi bir istatistiksel temsilini sağlar. Bununla birlikte, in situ sensörlerin bir profili çoğu ağ için tipiktir (örneğin, SCAN ve SNOTEL). USCRN, her derinlik16'da üçlü ölçümler yapmak için 3-4 m aralıklarla üç profil kullanır. Ayrıca, ölçümdeki yedeklilik, finansal kaynaklar mevcutsa istasyon kaydına esneklik ve süreklilik katar.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> Şekil 4: Sensörlerin montajı . (A) Sığ sensörler tipik olarak kazılmış bir toprak çukurunun yan duvarına yatay olarak monte edilir. Daha derin sensörler için, (B) sıfır derinlikli bir referans (örneğin, hendeği kaplayan ahşap) kullanarak derinliğe kadar bir delik kazmak için bir el burgusu kullanılır ve sensörler, (C) kurulum sırasında sensörü ve kabloyu sabitlemek için modifiye edilmiş bir PVC boru bölümü veya (D) bir kurulum aracı kullanılarak deliklerin dibine dikey olarak itilir. Toprak katmanları, üst toprak (A ufku) ve translokasyonlu killer (Bt) ve karbonat birikimi (Bk) ile toprak altı ufukları olarak not edilir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
Yerinde SWC sensör tipi Ticari olarak temin edilebilen sensörler, SWC'yi, toprakla doğrudan temas halinde olan çatallar boyunca yayılan elektromanyetik bir sinyale ölçülen tepkiden çıkarır22. Gömülü sensörler, yayılan elektromanyetik sinyalin türüne ve tepkiyi ölçme yöntemine bağlı olarak beş sınıfa ayrılır: kapasitans, empedans, zaman alanı reflektometrisi, zaman alanı transmissometrisi ve iletim hattı salınımı (Ek Tablo S1, her üreticinin bilgilerine bağlantılar ile). Bu teknolojiler, çalışma frekansına ve üreticiye göre gruplandırma eğilimindedir. Daha uzun çatallar daha büyük bir toprak hacmini bütünleştirir; Bununla birlikte, yerleştirilmeleri daha zor olabilir ve killi ve daha yüksek kütle elektrik iletkenliğine (BEC) sahip topraklarda sinyal kaybına daha fazla maruz kalırlar. Üreticiler 0,02-0,03 m 3 m−3SWC ölçüm hataları bildirirken, kullanıcılar genellikle bunları önemli ölçüde daha büyükbulmaktadır 23. Elektromanyetik sensörlerin uygun kalibrasyonu ve standardizasyonu performansı artırır22; ancak, toprağa özgü bu kalibrasyonlar, kuruluma odaklanan bu protokolün kapsamı dışındadır.
Sensör seçiminde istenen çıktı, ölçüm yöntemi, çalışma frekansı ve diğer ölçümlerle uyumluluk göz önünde bulundurulmalıdır. 2010'dan önce, çoğu SWC sensörü analogdu ve DCP'nin diferansiyel voltajların, dirençlerin veya darbe sayımlarının ölçümlerini yapmasını gerektiriyordu, bu da her sensör için daha pahalı bileşenler ve ayrı kanallar (veya çoklayıcılar) gerektiriyordu. Şimdi, 1.200 baud (SDI-12) iletişim protokollerindeki (http://www.sdi-12.org/) seri veri arayüzü, akıllı sensörlerin dahili ölçüm algoritmalarını uygulamasına ve ardından dijital verileri tek bir iletişim kablosu boyunca iletmesine izin veriyor. Her sensör, kol somunu veya terminal bloğu konektörleri (Şekil 5) ile bağlanmış ortak bir tel kullanılarak sırayla (yani bir papatya zinciri) birbirine bağlanabilir ve her sensör benzersiz bir SDI-12 adresine (0-9, a-z ve A-Z) sahiptir. SDI-12 sensörlerinin ortak iletişim teli, bir güç ve topraklama teli ile birlikte tek bir devre oluşturur. Çoklayıcılar veya DCP'deki herhangi bir ölçüm gerekli değildir; bunun yerine, DCP sadece dijital komutları ve metin satırlarını gönderir ve alır. Birçok SDI-12 SWC sensörü ayrıca toprak sıcaklığı, bağıl geçirgenlik (ε) ve BEC ölçümlerini içerir. Bu tür ölçümler sensör teşhisi ve toprağa özgü kalibrasyon için kullanışlıdır. Bu noktada, kullanıcı bir site seçmiş, sensör tipini, sayısını ve derinliklerini belirlemiş ve gerekli tüm donanım ve saha araçlarını elde etmiştir (Malzeme Tablosu). Böylece, kurulum protokolüne geçebilirler.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> Şekil 5: Ortak güç, topraklama ve iletişim kablolarını veri toplama platformundaki tek bir girişe birleştirmek için kullanılan tel ekleme konektörleri ve terminal blokları. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

<table><tbody><tr><td><Güçlü>Sistem bileşenleri, temel</güçlü></td><td></td><td></td> Bu <td>sistem, TxSON toprak nemi ağında kullanılan tipik mikro istasyondur. TxSON meteoroloji istasyonu, isteğe bağlı bileşenler altında listelenmiştir. https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.2136/vzj2019.04.0034&nbsp;</td></tr><tr><td>Akü, sızdırmaz şarj edilebilir 12 V 12 AH&nbsp;</td><td>Campbell Bilimsel&nbsp;</td><td>BP12</td><td>7 amper-saat (AH) minimum</td></tr><tr><td>Şarj regülatörü</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CH200</td><td>Şarj regülatörü, herhangi bir düzensiz güneş paneli Kanalı için gerekli</td></tr><tr><td>, program 40 PVC, 1 ila 2 "çap&nbsp; &nbsp;</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Sensör sayısına ve kablo kalınlığına uygun boyutta çap. Uzunluk, muhafaza yüksekliğine bağlıdır</td></tr><tr><td>Veri edinme yazılımı</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>PC400</td><td>Daha temel uygulamalar, manuel indirmeler ve basit sensör yapılandırmaları için sınırlı programlanabilirliğe sahip ücretsiz sürümler</td></tr><tr><td>Veri kontrol platformu</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CR300</td><td>Herhangi bir SDI-12 uyumlu DCP yeterlidir. Birçoğunda ayrıca entegre hücresel modemler mevcuttur&nbsp;</td></tr><tr><td>Muhafaza (NEMA), 10 x 12 inç, kablolar için -DC 2 kanal, -MM tripod direk montajı</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>ENC10/12-DC-MM</td><td>Yer üstü ve altı aletleri için iki alt kanal gereklidir</td></tr><tr><td>Kaide ayaklı montaj direği (47 inç)</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CM305-PL</td><td>Daha küçük ayak izi, hava durumu sensörleri için yeterince uzun değil</td></tr><tr><td>8 inç ile Yağmur Ölçer. Delik, 20 ft kablo</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>TE525WS-L20-PT</td><td>Yağmur ölçeri alet standından biraz uzakta ayrı bir dikey direğe takmanızı öneririz</td></tr><tr><td>Sensörler, 12 cm su içeriği reflektometresi, 17ft kablo, -VS SDI-12 adresi değişir</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CS655-17-PT-VS</td><td>Daha fazla seçenek için <güçlü>Ek Tablo 1 bölümüne bakın&nbsp;</td></tr><tr><td>Güneş paneli, 20 W</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>SP20</td><td>Daha yüksek pozlama <ile kuzey siteleri için daha yüksek watt'lı paneller ve güney siteleri için daha düşük watt'lı paneller kullanın</td></tr><tr><td>> isteğe bağlı< / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Hücresel Anten, 2 dB çok bantlı çok yönlü&nbsp;</td><td>Campbell Bilimsel&nbsp;</td><td>32262</td><td>Yönlü antenler, kule konumu biliniyorsa sinyali iyileştirebilir.</td></tr><tr><td>Verizon/ATT Campbell Scientific için hücresel modem</td><td>&nbsp;</td><td>CELL210/205</td><td>Sağlayıcı siteye bağlıdır</td></tr><tr><td>Crossarm montajı, 4 fit</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CM204</td><td>2 m sensörlerin montajı için idealdir.</td></tr><tr><td>Veri edinme yazılımı, gelişmiş</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>Loggernet (Loggernet) Uzaktan</td><td>iletişim seçenekleri ve gelişmiş programlama içeren daha gelişmiş ticari yazılım</td></tr><tr><td>DIN Rayı Delikli Çelik</td><td>Phoenix Contact</td><td>1207639</td><td>Terminal bloklarını muhafazanın içine monte etmek için kullanılır</td></tr><tr><td>Galvanizli çelik su borusu, 1,5 veya 2 inç çapında, 10 ft uzunluğunda</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Bir alet direği için en ekonomik seçenek. Boyuna kesilebilir. 47 inç montaj direğini ayaklarla değiştirir</td></tr><tr><td>Alet tripodu, topraklama kiti ile 10 fit paslanmaz çelik</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>CM110</td><td>2 m meteorolojik sensörler için daha uzun alet standı</td></tr><tr><td>Kol somunu konektörleri, beş bağlantı noktası (<güçlü>Şekil 5</güçlü>)</td><td>Digi-Key</td><td>222-415/VE00/1000</td><td>Bir SDI-12 kablosunu 4 sensör kablosuna bağlayın. DIN rayına alternatif.</td></tr><tr><td>Boş modem kablosu&nbsp;</td><td>Campbell Bilimsel&nbsp;</td><td>18663</td><td>Modem ile DCP arasında arayüz kablosu. Entegre hücresel modemler için gerekli değildir</td></tr><tr><td>Geçmeli köprü - FBS 3-5</td><td>Phoenix Contact</td><td>3030174</td><td>Birden fazla klemensin curcuitini bağlamak için kullanılır. mouser.com</td></tr><tr><td>Güvenli Set Köpüğü, 10 Direk Kiti (2 galon)</td> adresinde mevcuttur. Herhangi bir <td>ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Çelik boru direği kullanırken veya öngörü ölçer direği için betona desteklidir. İki parçalı köpük karışımı</td></tr><tr><td>Sensör, hava sıcaklığı ve bağıl nem, 10 ft kablo&nbsp;</td><td>Campbell Bilimsel&nbsp;</td><td>HygroVUE10-10-PT</td><td>Daha düşük doğruluk ve baskı seçeneği. Değiştirilebilir çipler, yıllık kalibrasyon döngülerini karşılamanın en hızlı yoludur.</td></tr><tr><td>Sensör, güneş radyasyonu piranometresi, dijital termopil;</td><td>Campbell Bilimsel&nbsp;</td><td>CS320</td><td>En ucuz, ISO sınıfı C (ikinci sınıf). Daha iyi seçenekler mevcuttur ancak çok daha pahalıdır</td></tr><tr><td>Sensör, rüzgar hızı anemometresi, 10 ft kablo</td><td>Met One</td><td>014A-10</td><td>Daha pahalı seçenekler arasında rüzgar yönü veya hareketli parçası olmayan sonik sensörler bulunur</td></tr><tr><td>Hava sıcaklığı ve bağıl nem sensörü için güneş kalkanı</td><td>Campbell Scientific&nbsp;</td><td>RAD10E Tüm</td><td>hava sıcaklık sensörleri güneşten koruma gerektirir</td></tr><tr><td>Terminal blokları (<güçlü>Şekil 5</güçlü>), geçiş&nbsp;</td><td>Phoenix Contact</td><td>3064085</td><td>Birden fazla SDI-12 sensör kablosunu bağlamak için en güvenli yöntemdir. </td></tr><tr><td>mouser.com<güçlü>Saha araçları, temel</güçlü></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dondurucu poşetlerinde mevcuttur: litre ve galon büyüklüğünde</td><td>Herhangi bir bakkal</td><td></td><td>Karakterizasyon için toplanan toprak örnekleri için depolama</td></tr><tr><td>El malası, düz kürek ve sivri kürek dahil olmak üzere çeşitli kazma aletleri</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Kazıya yardımcı olacak yedek araçlar'</td></tr><tr><td>Kürek (Keskin Nişancı) 16 inç. D-saplı drenaj kürek</td><td>Razorback</td><td></td><td>Toprak çukurunu kazmak için manuel alet. Herhangi bir dar sivri kürek işe yarayacaktır.&nbsp;</td></tr><tr><td>Kürek, hendek açma, 4 inç geniş çelik bıçak&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Kabloyu veya kanalı gömmek için ideal kanal açma aleti</td></tr><tr><td>Toprak burgu (< 4 inç çapında) r test delikleri için gerektiği gibi T kolu veya uzatma çubuğu ile</td><td>AMS Örnekleyiciler</td><td>400.06</td><td>Test delikleri için önerilir. Burgu tipi toprakla eşleşmelidir, ancak 'normal' çoğu toprakta iyi performans gösterir</td></tr><tr><td>Muşamba (plastik) veya kontrplak levha</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Kazı ve hendek açma sırasında toprak yönetimi</td></tr><tr><td><güçlü>Saha aletleri, isteğe bağlı</güçlü></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2.000 lb Mini Ekskavatör</td><td>Güneş Kemeri Kiralama</td><td>350110</td><td>Mekanik kazı için kiralık ekipman</td></tr><tr><td>Kırıcı veya kazma çubuğu</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Kazı sırasında kayaları kırmak ve kökleri kesmek için kullanışlıdır</td></tr><tr><td>Galvanizli Sığır Çit Paneli, 16 ft x 50</td><td>Traktör Tedarik A.Ş.&nbsp;</td><td>350207799</td><td>Çit panellerini 8 'bölümlere ayırmanızı öneririz</td></tr><tr><td>Paspas veya pulaski seçin&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Sert veya kayalık topraklarda gevşemek için harika&nbsp;</td></tr><tr><td>Direk Deliği Burgu Hidrolik Çekme 18 "çaplı burgu ile Arkada</td><td>Güneş Kemeri Kiralama</td><td>700033</td><td>Mekanik kazı için kiralık ekipman</td></tr><tr><td>Direk deliği kazıcı, 48 saplı</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Çukurun dibindeki toprağı temizlemek veya test delikleri için kullanışlıdır</td></tr><tr><td>Çelik çit T-direkleri, 6 fit yüksekliğinde ve çit direği sürücüsü, ~ 14 lb.</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Eskrim desteği ve kurulumu</td></tr><tr><td>Çelik tırmık</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Tarla alanındaki rahatsız edilmiş toprağı yumuşatmak için ideal</td></tr> <tr><td><güçlü>Her Gün Taşıma (EDC), herhangi bir saha teknisyeninin alet çantası için öneriler< / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Yalıtımlı saplı ayarlanabilir anahtar&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Çeşitli UV ışınlarına dayanıklı fermuarlar</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Düzgün kablolama için kritik&nbsp;</td></tr><tr><td>Çapraz kesme pensesi</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Hafif ve ağır telleri kesmenin ve fermuarları kesmenin etkili yolu</td></tr><tr><td>Dijital kamera, GPS ve pusula</td><td>Çeşitli;</td><td></td><td>İdeal olarak, bunların hepsi akıllı telefonunuzda</td></tr><tr><td>Dijital multimetre</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Elektrik sistemlerinde güç ve bağlantı sorunlarını gidermek için anahtar araç</td></tr><tr><td>Elektrik bandı&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Etiketleme için siyah olmayan bant kullanılabilir&nbsp;</td></tr><tr><td>Muhafazaların giriş deliklerini doldurmak için Elektrikçinin Puddy'si</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Muhafazadaki tüm kanal bağlantı noktalarını kapatmak ve mühürlemek için gereklidir</td></tr><tr><td>Hem standart hem de metrik boyutlarda altıgen anahtar setleri</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Birçok sensör montajı için gereklidir</td></tr><tr><td>Manyetik torpido seviyesi (8 ila 12 inç)</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Alet standını dikey hale getirmek ve herhangi bir meteorolojik sensörü tesviye etmek için gerekli</td></tr><tr><td>Metrik şerit metre&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Probları yerleştirmek ve toprakları örneklemek için kritik öneme sahiptir - her ikisi de metrik derinlikler kullanır.&nbsp;</td></tr><tr><td>Pense: iğne burnu, yan hakem ve kanal kilidi</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Yan hakem pensesi, tel çitleri kurtarmak için gereklidir.</td></tr><tr><td>Taşınabilir matkap, uçlar, somun sürücüleri</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cırcır anahtarı ve uygun soket boyutları&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Cırcır anahtarları, standart kutu anahtarlarının çalışmadığı sensör bağlantılarının etrafındaki dar alanlara girebilir</td></tr><tr><td>Güvenlik: ilk yardım çantası, su (5 galon),&nbsp; çöp torbaları, eldivenler, güneş kremi, böcek kovucu</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tornavidalar: yalıtımlı kulplu küçük ve büyük boy&nbsp;</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>DCP ve terminal bloklarındaki vidalar çok küçüktür. Küçük düz ve yıldız kafalar gereklidir. Daha büyük araçlar da kullanışlı olacaktır</td></tr><tr><td>Keskin kalemler, kurşun kalemler ve defter</td><td>Ormancılık Tedarikçisi Meta</td><td></td><td>veriler için temel kayıt tutma çok önemlidir</td></tr><tr><td>Basamaklı merdiven, 6 ft</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>Merdiven olmadan 2m sensörlerin kurulumu zor</td></tr><tr><td>Maket bıçağı ve kutu kesici</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bitki örtüsü kontrolü: el makasları, yabani ot biçme makinesi, testere</td><td>Herhangi bir ev malzemeleri mağazası</td><td></td><td>Çevreye bağlı olarak, bitki örtüsü çitle çevrili alanları hızla boğabilir.</td></tr><tr><td>Tel sıyırıcılar (8-20 gage)</td><td>Herhangi bir ev gereçleri mağazası</td><td></td><td>DCP veya terminal bloklarına yerleştirilecek kabloları hazırlamak için temel araç. Kendinden ayarlı striptizciler en son öfke</td></tr> <tr><td>< güçlü > Yıllık Bakım Malzemeleri< / güçlü ></td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Pil temizleyici (kabartma tozu) ve fırça</td><td>Herhangi bir bakkal</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Temizliği: basınçlı hava, izopropil alkol, diş fırçası, boru temizleyicileri, kağıt havlular ve nbsp;</td><td>Herhangi bir bakkal</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kurutucu, silika jel torba</td><td>Clariant</td><td>Desi Pak</td><td>105 ° C'de fırında kurutulduktan sonra yeniden kullanılabilir; 24 saatten fazla C. Her yıl değiştirin.&nbsp;</td></tr><tr><td>Yağmur ölçer için saha kalibrasyon cihazı</td><td>R.M. Young</td><td>52260</td><td>Yağmur ölçere değişen yoğunluklarda su damlatan cihaz&nbsp;</td></tr><tr><td>El Tipi Hava Ölçer</td><td>Kerkenez Aletleri</td><td>0830</td><td>Saha doğrulaması için hava sıcaklığı, bağıl nem ve rüzgar hızının doğrudan ölçümü</td></tr><tr><td>Bir litre ve bir galonluk dondurucu poşetleri</td><td>Herhangi bir bakkal</td><td></td><td>Herhangi bir gravimetrik toprak numunesi için depolama</td></tr><tr><td>Portatif toprak nem sensörü&nbsp;</td><td>Delta-T Devics</td><td>SM150T</td><td>Çeşitli sensörler mevcuttur. https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/vzj2.20033</td></tr><tr><td>Toprak karot örnekleyicisinde değerlendirmeye bakın, 2-1 / 4 inç. Çap</td><td>Soilmoisture Ekipmanları A.Ş.</td><td>0200</td><td>Gravimetrik Toprak Nem ve Yığın Yoğunluğu Örnekleyicisi&nbsp;</td></tr></tbody></table>

yerinde bozulmamış topraklarda toprak nemi sensörleri

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

Toprak nemi, operasyonel hidrolojiyi, gıda güvenliğini, ekosistem hizmetlerini ve iklim sistemini doğrudan etkiler. Bununla birlikte, toprak nemi verilerinin benimsenmesi, tutarsız veri toplama, zayıf standardizasyon ve tipik olarak kısa kayıt süresi nedeniyle yavaş olmuştur. Toprak nemi veya kantitatif olarak hacimsel toprak suyu içeriği (SWC), elektromanyetik bir tepkiden SWC çıkarımı yapan gömülü, yerinde sensörler kullanılarak ölçülür. Bu sinyal, kil içeriği ve mineraloji, toprak tuzluluğu veya toplu elektrik iletkenliği ve toprak sıcaklığı gibi yerel saha koşullarına göre önemli ölçüde değişebilir; bunların her birinin sensör teknolojisine bağlı olarak değişen etkileri olabilir.
Ayrıca, zayıf toprak teması ve sensör bozulması zamanla bu okumaların kalitesini etkileyebilir. Daha geleneksel çevre sensörlerinin aksine, SWC verileri için kabul edilmiş standartlar, bakım uygulamaları veya kalite kontrolleri yoktur. Bu nedenle, SWC, birçok çevresel izleme ağının uygulanması için zorlu bir ölçümdür. Burada, yerinde SWC sensörleri için topluluk tabanlı bir uygulama standardı oluşturmaya çalışıyoruz, böylece gelecekteki araştırma ve uygulamalar saha seçimi, sensör kurulumu, veri yorumlama ve izleme istasyonlarının uzun vadeli bakımı konusunda tutarlı bir rehberliğe sahip olacak.
Videografi, en iyi uygulamaların çok kurumlu bir fikir birliğine ve yerinde SWC sensörlerinin kurulumu için önerilere odaklanmaktadır. Bu makale, yüksek kaliteli ve uzun vadeli SWC veri toplama için gerekli çeşitli adımlarla birlikte bu protokole genel bir bakış sunmaktadır. Bu protokol, tek bir istasyonu veya tüm ağı dağıtmayı uman bilim adamları ve mühendisler için yararlı olacaktır.

Toprak suyu içeriğinin belirlenmesi, birçok eyalet ve federal kurum için kritik bir görev gereksinimidir. Bu protokol, gömülü in situ sensörleri kullanarak toprak suyu içeriğini ölçmek için çok kurumlu çabaları sentezler.

Yerinde Bozulmamış Topraklarda Toprak Nemi Sensörleri

Soil moisture directly affects operational hydrology, food security, ecosystem services, and the climate system. However, the adoption of soil moisture ...

Toprak suyu içeriği, mahsul üretiminden hava durumuna kadar birçok yer üstü ve yer altı işlemini düzenler. Son zamanlarda birçok eyalet ve federal kurum için kritik bir görev gereksinimi haline gelmiştir. Bu protokol, gömülü yerinde elektromanyetik sensörler kullanarak toprak nemini ölçmek için çok kurumlu çabaları sentezler.Bu protokol, tek bir istasyonu veya tüm ağı dağıtmayı uman bilim adamları ve mühendisler için yararlı olacaktır. Toprak suyu içeriği son zamanlarda küresel iklim gözlem sisteminde önemli bir iklim değişkeni olarak kabul edildi. Yine de, gömülü yerinde sensörlerin kurulması uygulamasında çok az standardizasyon olmuştur.Yazılı protokol ve videonun veri toplamayı geliştirebileceğini umuyoruz. Gömülü bir toprak suyu içerik sensörünün iyi veriler sağladığını doğrulamanın kolay bir yolu yoktur. İlk başta, sensörlerin toprakla iyi temas halinde olduğu ve kurulumun yerel toprak hidrolojisini etkilemediği konusunda güven ve güvence gerekir.Prosedürü gösteren, Maryland, Beltsville'deki USDA ARS Hidroloji ve Uzaktan Algılama Laboratuvarı'nda fizik bilimci olan Alex White olacak. Başlamak için, her sensörü ayrı ayrı bir veri kontrol platformuna bağlayın. Sensörün adresini sorgulamak için soru işareti ve ünlem komutunu kullanın ve değerleri, her sensörün seri numarası ve SDI-12 adresiyle birlikte bir laboratuvar defterine kaydedin.Ardından sensör kafasını ve kablo ucunu bir işaretleyici kullanarak SDI-12 adresiyle etiketleyin. Toprak suyu içeriği sensörlerini ve yardımcı sensörleri laboratuvarda kurun, bunları veri kontrol platformuna ve bataryaya bağlayın, toprak suyu içeriği sensörlerini havada asılı bırakın, kuru yere yerleştirin ve / veya suya batırın. Verilerin uygun oranlarda kaydedildiğini ve değerlerin uygun olduğunu doğrulayın.USDA SoilWeb uygulamasını kullanarak konumu sorgulayın ve bir post hole kazıcı kullanarak bir test deliği kazın. Tarla dokusunun toprak tanımıyla tutarlı olup olmadığını kontrol edin. Toprak yüzeyini bozulmadan korumak için kazı alanının üzerine bir muşamba yerleştirin.Bir sensörü açın ve sensör kafasını çukur yüzüne yerleştirin. Ardından, kablo uzunluğunun doğru olduğunu doğrulayarak kablo ucunu gösterge standının yerleştirileceği yere yerleştirin, gerektiğinde ayarlayın ve standın konumunu bir bayrakla işaretleyin. Bir direk deliği kazıcı kullanarak, yaklaşık 55 santimetre derinliğinde bir delik kazın.Keskin bir kürek kullanarak deliği temizleyin ve çukur yüzünün dikey olduğundan emin olun, böylece her sensörün üzerinde bozulmamış toprak olacaktır. Deliği ve rahatsız edilen alanı mümkün olduğunca küçük tutun, böylece hızlı bir şekilde iyileşir. Toprağı 10 santimetrelik artışlarla çıkarın ve her asansörü muşambanın uzak ucuna yerleştirin, herhangi bir parçayı parçalarken ve büyük kayaları çıkarırken her artışta daha da yaklaşın.Ardından, sensör kablolarını gömmek için 10 santimetreden daha derin düz, dar bir hendek kazın. Tüm sensörleri açın ve açmanın bir tarafına yerleştirin. Her sensör derinliğinde bir litrelik dondurucu torbasında temsili toprak örnekleri toplarken toprak rengindeki veya dokusundaki belirgin değişikliklerin derinliğine dikkat edin.Çukur yüzünün dikey olup olmadığını kontrol edin veya her sensörün üzerinde bozulmamış toprak olmasını sağlamak için hafifçe kesin. İlk olarak, 50 santimetrelik sensörü takın ve sensörü yatay olarak toprağa itin, sensörü kıpırdatmamaya çalışın, çünkü bu boşluklar yaratabilir. Gerekirse, dişlilerin toprağa tamamen gömülü olduğundan emin olarak sensörü nazikçe itmek için kaldıraç kullanın.Her sensör kablosunu çukurun aynı tarafına yönlendirerek kazı çukurunun dibine asılmalarını sağlayın. Kazılan deliğin ve sensörlerin fotoğrafını ölçek için mezura ile çekin. 100 santimetrelik sensör için, sensör çatal uzunluğunun yarısı eksi 100 santimetreye veya bu durumda 94 santimetreye kadar bir delik kazın.Sensörü bir kurulum aleti kullanarak deliğin dibine iterek dikey olarak takın. Burgu deliğini kazılan toprakla yeniden paketleyin. Tüm sensör kablolarını açmadan PVC kanalın bir bölümündeki muhafazaya ve muhafazaya girmek için bir bölme konektöründen geçirin.Ardından kablo lensini alt muhafaza bağlantı noktasına çekin, fermuarlı bağlarla sabitleyin ve beş sensörü bağlayın. Doğru akım voltajı için DC'ye ayarlanmış bir multimetre kullanarak akü üzerindeki voltajın yeterli olduğunu doğrulayın. Ardından, siyah negatif telin terminal konektörünü, pilin topraklama negatif direğindeki kürek terminalinin üzerinden, kırmızı teli ise pozitif pil direğinin üzerine kaydırın.Sistemi çalıştırmak için, pil kablosunu DCP'ye takın. Veri kontrol platformu yazılımını başlattıktan sonra, veri kontrol platformuna bir dizüstü bilgisayar bağlayın ve tüm sensörlerin sayısal değerleri bildirdiğini onaylayın. Yerin altındaki her şey çalıştıktan ve kablolar muhafazaya yönlendirildikten sonra, yer üstü ve yer altı muhafaza açıklıklarını elektrikli macunla doldurun ve kapatın.Muşambaya en yakın daha derin kazılmış toprağı kullanarak, toprağı her bir sensör kafasının etrafına, alttan başlayıp yukarı doğru çalışarak, sensörü rahatsız etmekten kaçınarak ve iyi sıkıştırıldığından emin olarak elle paketleyin. Çukuru 10 santimetrelik asansörlerle doldurun, 20 santimetrelik sensöre ulaşılana kadar yüzeyi pürüzsüzleştirin ve sıkıştırın. Toprağı sensör kafasının etrafına elle toplayın ve yüzeye ulaşana kadar 10 santimetrelik asansörlerle yukarı doğru devam edin.Kabloları sabitlemek için toprağı çukurun dibine sıkıştırırken, herhangi bir kuvvetle aşağı doğru çekmemeye dikkat edin. Tamamlanan istasyonun fotoğraflarını enstrüman direğinden kuzey, güney, doğu ve batı yönlerinde çekin. Sensör kurulum konumunu işaretleme veya diğer farklı öğelerle belirtin.Bu saha kurulumu, saatlik hava ve toprak sıcaklıklarını, toprak suyu içeriğini, günlük yağışları, toprak suyu depolamasını ve zaman içindeki değişimini rapor eder. Sonuçlar, yüzeye yakın toprak suyu içeriğinde keskin bir artış olduğunu ve her fırtınayı takiben daha büyük derinliklerde gecikmeli bir artış olduğunu göstermektedir. 2022'nin Şubat ve Nisan aylarındaki olaylar sırasında, 100 santimetredeki en derin sensör, metreküp başına 0.33 metreküplük bir platoya ulaştı ve bu da bir doygunluk dönemine işaret etti.Mississippi'deki benzer bir kurulum için, toprak suyu içeriği 40 milimetre yağıştan sonra tüm derinliklerde metreküp başına 0.60 metreküpe ulaşırken, 70 milimetre daha toprak suyu depolamasını etkilemedi, bu da doygunluğun aşırı akışını düşündürdü. Montana'daki benzer bir kurulum için, donmuş toprak ve kar örtüsü, Mart ayının ortalarında toprak suyu içeriğinde çarpıcı bir düşüşe, daha sonra herhangi bir yağış belirtisi olmadan çözülme sırasında bir artışa neden oldu. Kötü kurulum veya sensör arızasına işaret edebilecek ani artışlar, adım değişiklikleri ve salınımlar gibi düzensiz sensör davranışlarına karşı dikkatli olun.Sensör yerleştirme, özellikle kayalık, köklü veya kuru topraklarda zor olabilir. Sensör kafasının toprağa karşı aynı hizada itildiğinden emin olun. Bu protokol, kuraklık izleme, su temini tahmini, havza ve tarımsal yönetim ve mahsul planlaması dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için daha uyumlu ve üniforma haline getirilmiş toprak suyu içeriği verilerine yol açacaktır.Ulusal Koordineli Toprak Nemi İzleme Ağı, toprak nemi ölçümü, yorumlanması ve uygulanması etrafında bir uygulama topluluğu oluşturmaktadır. Veri sağlayıcıları, araştırmacıları ve halkı birbirine bağlayan bir insan ağıdır. Daha fazla ayrıntı için lütfen belgelere bakın.

in-situ-soil-moisture-sensors-in-undisturbed-soils

Research

JoVE Journal

Environment

Çevre

Bozulmamış toprak çekirdek lizimetrelerinin ekstraksiyonu ve montajı için ayrıntılı bir yöntem ve bunların sızıntı suyu ve yüzeye uygulanan kanatlı altlığından ilişkili besin kaybının incelenmesi için kullanımları gösterilmiştir.

Toprak Çekirdek lizimetereleri Toplama ve oluşturulması için bir protokol

Bu çalışma altı hidrolojik, jeokimyasal ve toprak Lizimetre mikrobiyolojik heterojenite araştırmak için bir kazı yöntemi sunar. Lizimetre homojen koşul altında başlangıçta ve 18 aylık bir süre içinde sulama sekiz döngü üzerinde suyun yaklaşık 5.000 mm maruz kaldığını yapay Yamaç taklit eder.

Coupled Hidrolojik, jeokimyasal ve Mikrobiyolojik Araştırmalar Toprak Lizimetre Kazı

Biz nonvascular cryptogams ortam sıcaklığı ve nem oranı ile birlikte gürültülerinden ölçer bir açık kaynak datalogger oluşturmak için basit ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Biz datalogger donanım tasarımını açıklama ve adım adım montaj talimatları, gerekli açık kaynak günlüğü yazılım listesi, kod datalogger ve Kalibrasyon protokolü çalıştırmak için sağlar.

BtM, Nonvascular Cryptogams su içeriği tahmin etmek için bir düşük maliyetli açık kaynak Datalogger

Toprak yüzeyinin üst 5 mm'lik sıcaklığının ve su içeriğinin doğru bir şekilde ölçülmesi, biyolojik, kimyasal ve fiziksel süreçler üzerindeki çevresel kontroller hakkındaki anlayışımızı geliştirebilir. Burada toprak yüzey sıcaklığı ve nem sensörleri ile üretim, kalibrasyon ve ölçümler iletme için bir protokol açıklıyoruz.

Basit ve Ucuz Toprak Yüzey Sıcaklığı ve Gravimetrik Su İçerik Sensörleri İmalatı

Bir mikrodiyaliz profilcisi, çözünmüş gözenek suyu çözünen maddeleri oksik-anoksik toprak-su arayüzü boyunca in situ olarak minimum rahatsızlıkla örneklemek için tanımlanmıştır. Bu cihaz, toprak-su arayüzündeki ve ötesindeki rahatsızlıkların neden olduğu konsantrasyon derinliği profillerindeki hızlı değişiklikleri yakalamak için tasarlanmıştır.

Mikrodiyaliz profilleyicileri kullanılarak oksik-anoksik toprak-su arayüzü boyunca çözünmüş çözünmüş numune alımı

Bu makale, bir toprak numunesi için bir hidrolik özellik aleti kullanan basit bir buharlaştırma deneyini içermektedir. Verimli araçlar sayesinde, yüksek kaliteli veriler oluşturmak için bir dizi gün içinde ölçümler yapılabilir.

Hidrolik Özellik Analizörü Kullanılarak Basit Bir Buharlaşma Deneyine Dayalı Toprak Su Potansiyeli ve İletkenliği Ölçümleri

Saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme araştırmacılar topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların kaderi değerlendirmek için izin. Bu protokolün amacı gerekli aletleri yüklemek ve entegre saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme deneyleri sırasında kimyasal analizler için numune toplamak için nasıl göstermektir.

Entegre Saha Lysimetry ve gözenek suyu Örnekleme Topraklarda Kimyasal Hareketlilik Değerlendirilmesi ve kurulan Bitki Örtüsü

Bu makale, toprak sistemlerinden sera gazı akışının ölçümü için statik oda tabanlı yöntemi göstermektedir. Nispeten mütevazı altyapı yatırımlarıyla, birden fazla tedaviden/lokasyondan ve saatler ile yıllar arasında değişen zaman dilimlerinde ölçümler elde edilebilir.

Statik Chambers kullanma Tarım Topraklarının Sera Gazı Flux Ölçümü

topraklarda plastik limiti belirlemek için geleneksel standart test elle yapılır ve sonuç operatöre göre değişir. Bükme ölçümlere dayalı alternatif bir metot, bu çalışmada, gösterilmiştir. Bu plastik limit açık ve objektif bir kriter elde edilmesini sağlar.

Topraklarda Atterberg Plastik Limiti Belirleme A Bükme Testi

Fosfolipid yağ asitleri toprak mikrobiyal toplulukların yapısı hakkında bilgi vermek. Bu tek fazlı kloroform karışımı, bir katı faz ekstraksiyon kolonları kullanılarak ekstre lipidlerin fraksiyonasyonu ve kılcal gaz kromatografisi ile analiz edilir yağlı asit metil esterlerinin üretilmesi için metanoliz toprak örneklerinden çıkarılması için yöntemler sunmak.

Ekstraksiyon ve Topraklarda Mikrobiyal Fosfolipid Yağ Asitleri Analizi

Öğrenin, bozulmamış topraklarda gömülü elektromanyetik sensörlerle toprak nemini ölçme yöntemini. Bu standart protokol, kurumlar arası işbirliği ve iklim izleme için güvenilir veri toplamayı sağlar.

Yerinde Bozulmamış Topraklarda Toprak Nemi Sensörleri

Daha fazla video keşfet