5 Wege, wie sich Bodenstörungen auf Ihre Daten auswirken - und was Sie dagegen tun können

5 Ways site soil disturbance impacts your data—And what to do about it

Störungen am Standort sind wichtig - und es gibt Möglichkeiten, ihre Auswirkungen auf die Bodenfeuchtigkeitsdaten zu reduzieren. Finden Sie heraus, welche Installationstechniken und bewährten Verfahren Ihnen zum Erfolg verhelfen können.

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Lügen, die wir uns über die Störung von Standorten einreden

Wenn es um die Messung der Bodenfeuchtigkeit geht, ist eine Störung des Geländes unvermeidlich. Wir mögen uns mit der Vorstellung beschwichtigen, dass Bodensensoren auch dann etwas über das Bodenwasser aussagen, wenn ein großer Teil des Bodens am Standort gestört wurde. Oder wir denken, dass es keine Rolle spielt, wenn sich die Bodeneigenschaften in der Umgebung des Sensors verändern, weil die Nadeln in ungestörten Boden gesteckt werden. Tatsache ist jedoch, dass Störungen am Standort eine Rolle spielen, und es gibt Möglichkeiten, ihre Auswirkungen auf die Bodenfeuchtigkeitsdaten zu verringern. Im Folgenden erfahren Sie mehr über die Störung des Geländes und wie Forscher ihre Installationstechniken anpassen können, um die Unsicherheit ihrer Daten zu bekämpfen.

Störungsfreie Methoden können nicht mithalten - noch nicht

Bei der Installation eines Bodenfeuchtesensors ist es wichtig, den Boden so wenig wie möglich zu stören, um eine repräsentative Messung zu erhalten. Es gibt Methoden, bei denen der Boden nicht gestört wird, wie z.B. Satelliten, Bodenradar und COSMOS. Diese Methoden sind jedoch mit Herausforderungen konfrontiert, die sie als einzigen Ansatz zur Bestimmung des Wassergehalts unpraktisch machen. Der Satellit hat eine große Ausleuchtzone, misst aber in der Regel nur die obersten 5 bis 10 cm des Bodens, und die Auflösung und Messfrequenz ist gering. Das bodengestützte Radar hat eine hohe Auflösung, ist aber teuer und die Interpretation der Daten ist schwierig, wenn die untere Grenze unbekannt ist. COSMOS ist eine bodengestützte, nicht-invasive Neutronenmethode, die kontinuierlich misst und tiefer als ein Satellit über ein Gebiet mit einem Durchmesser von bis zu 800 Metern reicht. Sie ist jedoch für viele Anwendungen unerschwinglich und reagiert sowohl auf die Vegetation als auch auf den Boden, so dass die Forscher die beiden Signale trennen müssen. Diese Methoden sind noch nicht so weit, dass sie die Bodenfeuchtesensoren ersetzen können, aber sie funktionieren gut, wenn sie zusammen mit den Bodenwahrheitsdaten verwendet werden, die Bodenfeuchtesensoren liefern können.

1. Die Folgen der Störung sind...beunruhigend

Nachdem ein Forschungsstandort gestört wurde, kann es bis zu sechs Monate oder sogar noch länger dauern, bis der Boden in seinen natürlichen Zustand zurückkehrt. Zu den Einflussfaktoren gehören Niederschläge (feuchtes Klima kehrt schneller zum 'Normalzustand' zurück als trockenes Klima), die Bodenart und die Bodendichte. Es ist üblich, dass Forscher die ersten zwei oder drei Monate der Daten ignorieren, während sie auf die Rückkehr des Gleichgewichts warten. Wenn Forscher graben, werden reifes Gras oder Pflanzen entfernt und dann ersetzt. Oft ist es schwierig, diese Pflanzen wieder anzusiedeln, und bei einer großflächigen Störung entwickelt sich eine erhebliche Anzahl dieser Pflanzen entweder nicht gut oder stirbt ab. Da diese Pflanzen kein Wasser mehr transpirieren, verändert sich der Wasserhaushalt, was sich kritisch auf die Bodenfeuchtigkeitsdaten auswirken kann. Jede Möglichkeit, weniger Fläche zu stören, kann die Pflanzensterblichkeit reduzieren und die Ergebnisse verbessern.

2. Das Zerdrücken von Makroporen kann katastrophale Folgen haben

Wenn der Boden bewegt oder verdichtet wird, wirkt sich dies unverhältnismäßig stark auf die Mikro- und Makroporen aus, winzige Kapillarröhren mit einer Vielzahl von Porengrößen, die dem Boden seine Struktur verleihen und die Wasserbewegung ermöglichen. Durch die Störung des Geländes und die Umschichtung des Bodens werden die Makroporen des Bodens zerstört, so dass sich das Wasser langsamer und auf anderen Wegen bewegt. Dies wiederum wirkt sich auf die Anreicherung unterhalb der veränderten Zone aus. Jede Installationsoption, bei der weniger Boden abgetragen wird, minimiert dieses Problem.

3. Die Dichte des Bodens ist schwer zu erreichen

Das Gegenteil von Verdichtung tritt auf, wenn der Boden zu locker umgeschichtet wird. Dies führt zu einer bevorzugten Strömung entlang der Seiten eines Bohrlochs oder einer Grabenwand, so dass mehr Wasser in die Zone eindringen kann, als normal ist. Dieses überschüssige Wasser wird oft in den ungestörten Boden aufgenommen, in den die Sensornadeln gesteckt werden, wodurch die Daten zur Bodenfeuchtigkeit verfälscht werden. Um dieses Problem zu bekämpfen, sollten die Forscher Zeit einplanen, um das Loch sorgfältig wieder auf eine angemessene Dichte zu verdichten. Dazu fügen Sie Erde hinzu und füllen sie schichtweise auf, bis sich an der Oberfläche eine leichte Anhöhe bildet, um Staunässe zu verhindern. Wenn die Oberfläche flach ist, könnte sich die Erde mit der Zeit in einer Vertiefung absetzen. Große Gruben können zu erheblichen Vertiefungen führen, in denen sich das Wasser bevorzugt sammelt und die Art und Weise, wie das Wasser in den Boden um die Sensoren infiltriert, verändert.

4. Vermischte Horizontschichten führen zu vermischter Hydrologie

Das Mischen von Bodenhorizontschichten beim Umschichten einer Baugrube kann die hydraulischen Eigenschaften des Bodens drastisch verändern. Ein Beispiel: Wenn ein Boden einen sandigen A-Horizont und einen lehmigen B-Horizont hat, hätte das Vertauschen oder Mischen der Schichten offensichtliche Folgen. Einige Bodenschichten sind leicht zu unterscheiden, während andere Bodentypen Horizonte aufweisen, die nur schwer voneinander zu unterscheiden sind. Aus diesem Grund sollte der Boden vorsichtig abgetragen und schichtweise wieder eingebracht werden, um eine Veränderung der Bodenhydrologie zu verhindern. Die Forscher können dies erreichen, indem sie Planen um die Baugrube herum auslegen und den Boden vorsichtig Schicht für Schicht abtragen und nacheinander auf die Planen legen. Es ist leicht, diese Schichten zu verwechseln, daher ist es hilfreich, sich eine Methode zurechtzulegen, um sich die Schichten zu merken, bevor Sie beginnen. Nach der Installation der Sensoren sollten die Forscher die Erdschichten in umgekehrter Reihenfolge wieder in die Grube einbringen und zwischen den einzelnen Schichten wieder die richtige Dichte herstellen.

5. Wurzelsysteme ruinieren - Ihre Daten ruinieren

Das Ausheben eines Grabens zur Installation von Bodenfeuchtesensoren kann große Wurzelsysteme zerstören, insbesondere wenn Forscher in einem Gebiet mit ausgewachsenen Sträuchern und Bäumen graben. Da die Wurzeln der wichtigste Mechanismus für den Wasserentzug im Boden sind, verändert ihr Absterben die Repräsentativität der Bodenfeuchtemessungen für das gesamte Untersuchungsgebiet. Wenn alle Wurzeln in der Nähe der Sensoren absterben, können die Messungen den Eindruck erwecken, dass mehr Wasser vorhanden ist, als es tatsächlich ist. Die Forscher können dieses Problem verringern, indem sie strategisch platzierte Bohrlöcher verwenden, die weniger Wurzelsysteme stören.

Grabenverlegung - beste oder schlechteste Idee? Es kommt darauf an.

Ein Vorteil einer Grabenverlegung ist, dass die Forscher das gesamte Bodenprofil sehen können. So können sie leichter Hartplastikschichten identifizieren, Horizonte und Bodentypen bestimmen und die Bodenstruktur und -bildung erkennen. Allerdings wird beim Ausheben eines großen Grabens eine große Menge an Boden abgetragen. Und wenn der Boden erst einmal umgeschichtet ist, sind wahrscheinlich viele Makroporen zerkleinert und es besteht nun eine hydraulische Diskontinuität im Boden, die die Möglichkeit erhöht, dass Wasser künstlich von den Sensoren abgeleitet oder zu ihnen geleitet wird. Die Situation verschlimmert sich, wenn ein Forscher einen Bagger benutzt, um Zeit zu sparen. Die Raupen und Schaufeln des Baggers verdichten den Boden, besonders wenn er nass ist, und die große Schaufel reißt Pflanzen und Wurzelsysteme aus.

Profilsonden - so nah und doch so fern

Profilsonden sind verlockend, weil sie kleine Bohrlöcher verwenden, die weniger Störungen im Boden verursachen. Der starr gerade Formfaktor einer Profilsonde erfordert jedoch eine perfekt senkrechte Wand für einen guten Boden-Sensor-Kontakt. Leider sind die Seiten eines Bohrlochs nur selten perfekt senkrecht. Es gibt Kurven und Vertiefungen entlang der Bodenwand. Eine Profilsonde mit geraden Seiten erreicht selten eine gute Verbindung, und die Installation ist oft mit Luftspalten und bevorzugter Strömung behaftet. Benutzer von Profilsonden versuchen oft, dies durch das Auffüllen mit einer dicken Schlammschicht zu kompensieren, aber auch diese Methode birgt Probleme, wie z.B. das Einbringen von nicht-heimischem Boden und Ungenauigkeiten, die durch die Risse entstehen, die beim Trocknen des Bodens entstehen. Um diese Probleme zu verringern, verfügt die neue ProfilsondeTEROS 54 von METER über ein patentiertes Design mit vier Rippen, das speziell für einen guten Kontakt zwischen Boden und Sensor entwickelt wurde.

Warum die Bohrlochmethode gewinnt
A graph showing soil data using TEROS 12 sensors in borehole profile installation
Abbildung 1. Bodendaten mit TEROS 12 Sensoren im Bohrlochprofil

Ein Bohrloch stört die Bodenschichten, aber der relative Umfang der Auswirkungen auf den Standort ist ein Bruchteil dessen, was bei einer Grabenverlegung der Fall wäre. Ein Graben kann etwa 60 bis 90 cm lang und 40 cm breit sein. Ein Bohrloch, das mit einem kleinen Handbohrer und dem TEROS Borehole Installation Tool erzeugt ein Loch mit einem Durchmesser von nur 10 cm - nur 2-3% der Fläche eines Grabens. Da das Ausmaß der Störung des Geländes minimiert wird, werden weniger Makroporen, Wurzeln und Pflanzen gestört, und das Gelände kann viel schneller wieder in seinen natürlichen Zustand zurückkehren. Wenn das Verlegewerkzeug in einem kleinen Bohrloch verwendet wird, ist außerdem ein guter Kontakt zwischen Boden und Sensor gewährleistet, und es ist viel einfacher, die Horizontschichten zu trennen und auf die richtige Bodendichte zu verdichten, da weniger Boden zu trennen ist.

Sie können die Störungen vor Ort nicht beseitigen, aber Sie können das Ausmaß kontrollieren

Der Schlüssel zur Verringerung der Auswirkungen von Störungen auf die Bodenfeuchtigkeitsdaten liegt in der Kontrolle des Ausmaßes der Störung. Großflächige Aushubarbeiten wirken sich auf größere Gebiete aus, wohingegen das Aufbohren eines kleinen Bohrlochs viel weniger Auswirkungen auf die umliegenden Pflanzen und die hydraulischen Eigenschaften des Bodens hat, so dass sich der Forschungsstandort viel schneller in seinen natürlichen Zustand zurückversetzen kann.

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Sehen Sie sich das folgende Video an, in dem der Experte für die Installation von Sensoren, Chris Chambers, erklärt, wie Sie eine intelligentere Sensorinstallation erreichen können. Lernen Sie:

  • Wie gute Bodenfeuchtigkeitsdaten aussehen
  • Wie sich verschiedene Installationsprobleme in Ihren Daten bemerkbar machen (z.B. Luftspalten, ein loser Sensor, veränderte Bodenbeschaffenheit, sich kreuzende Tiefen)
  • Wie Sie eine genaue Installation sicherstellen
  • Wie das neue TEROS Borehole Installation Tool Luftzwischenräume und die Störung des Geländes reduziert und gleichzeitig die Konsistenz verbessert
  • Was andere Wissenschaftler tun, um eine korrekte Installation zu gewährleisten
Machen Sie sich ein vollständiges Bild

Erfahren Sie alles, was Sie über die Messung der Bodenfeuchtigkeit wissen müssen - alles an einem Ort: warum Sie sie brauchen, wie Sie sie messen, Vergleiche zwischen Methoden und Sensoren, wie viele Messungen, wo Sie messen sollten, bewährte Verfahren, Fehlerbehebung und mehr.

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