Deciding how to measure soil moisture can be complicated, but METER’s easy, plug and play soil sensors simplify the process. When choosing a METER soil moisture sensor, the first thing to know is that all METER soil sensors have the same research-grade accuracy with minimum sensitivity to salts (<10 dS/m bulk EC), temperature gradients, and soil texture. Among the thousands of peer-reviewed publications using METER soil sensors, no soil moisture sensor or water potential sensor emerges as the favorite. Thus sensor choice should be based on your needs and application. Use the following considerations to help identify the perfect soil moisture sensor or water potential sensor for your research. Explore the links for a more in-depth look at soil moisture definitions, terms, and topics.
Si vous souhaitez mesurer l'augmentation et la diminution de la quantité (ou du pourcentage) d'eau dans le sol, vous aurez besoin d'un capteur de teneur en eau (capteur d'humidité du sol). Le sol est composé d'eau, d'air, de minéraux, de matière organique et parfois de glace (figure 1). En tant que composant, l'eau représente un pourcentage du total. Pour mesurer directement la teneur en eau du sol, vous pouvez calculer le pourcentage sur la base de la masse (teneur en eau gravimétrique) en comparant la quantité d'eau, en tant que masse, à la masse totale de tous les autres éléments. Toutefois, comme cette méthode demande beaucoup de travail, la plupart des chercheurs utilisent des capteurs d'humidité du sol pour effectuer une mesure automatisée basée sur le volume, appelée teneur en eau volumétrique (VWC).
Les capteurs d'humidité du sol METER utilisent une technologie de capacitance à haute fréquence pour mesurer la teneur en eau volumétrique du sol, ce qui signifie qu'ils mesurent la quantité d'eau sur une base volumétrique par rapport au volume total du sol. Les applications qui nécessitent généralement des capteurs d'humidité du sol sont la caractérisation des bassins versants, la programmation de l'irrigation, la gestion des serres, la gestion de la fertirrigation, l'écologie végétale, les études sur le bilan hydrique, l'écologie microbienne, la prévision des maladies des plantes, la respiration du sol, l'hydrologie et la surveillance de la santé des sols. Pour en savoir plus sur la teneur en eau volumétrique, cliquez ici.
Si vous avez besoin de comprendre l'eau disponible pour les plantes, le stress hydrique des plantes ou le mouvement de l'eau (si l'eau se déplace et où elle va), un capteur de potentiel hydrique du sol est nécessaire en plus d'un capteur d'humidité du sol. Le potentiel hydrique est une mesure de l'état énergétique de l'eau dans le sol ou, en d'autres termes, de l'intensité avec laquelle l'eau est liée aux surfaces du sol. Cette tension détermine si l'eau est disponible ou non pour l'absorption par les racines et fournit une plage qui indique si l'eau sera disponible ou non pour la croissance des plantes. En outre, l'eau se déplace toujours d'un potentiel d'eau élevé à un potentiel d'eau faible. Les chercheurs peuvent donc utiliser le potentiel d'eau pour comprendre et prévoir la dynamique du mouvement de l'eau. Pour en savoir plus sur le potentiel hydrique, cliquez ici.
Téléchargez le "Guide complet du potentiel de l'eau à l'usage des chercheurs"
Dans le sol, les espaces vides (pores) entre les particules peuvent être considérés de manière simpliste comme un système de tubes capillaires, dont le diamètre est déterminé par la taille des particules associées et leur association spatiale. Plus la taille de ces tubes est petite, plus l'eau est retenue en raison de l'association de surface.
À teneur en eau égale, l'argile retient l'eau plus fermement que le sable, car l'argile contient des pores plus petits et présente donc une plus grande surface sur laquelle l'eau peut se fixer. Mais même le sable peut finir par sécher au point qu'il ne reste plus qu'une fine pellicule d'eau sur ses surfaces, et l'eau sera alors étroitement liée. En principe, plus l'eau est proche d'une surface, plus elle est liée. Comme l'eau est faiblement liée dans un sol sablonneux, la quantité d'eau s'épuisera et se reconstituera rapidement. Les sols argileux retiennent l'eau si étroitement que le mouvement de l'eau est lent. Cependant, l'eau reste disponible.
Note: Utilisez l'analyseur de texture du sol pour automatiser l'identification du type et de la texture du sol.PARIO pour automatiser l'identification du type et de la texture du sol.
Dans tous les types et textures de sol, les sondes d'humidité du sol sont efficaces pour mesurer le pourcentage d'eau. Les doubles mesures - utilisant les deux types de capteurs de sol : un capteur de potentiel hydrique du sol en plus d'un capteur d'humidité du sol - donnent aux chercheurs une vue d'ensemble de l'humidité du sol et sont beaucoup plus efficaces pour déterminer quand et combien il faut arroser. Lesdonnées relatives à lateneur en eau montrent les changements subtils dus à l'absorption quotidienne d'eau et indiquent également la quantité d'eau à appliquer pour maintenir la zone racinaire à un niveau optimal. Les données relatives au potentiel hydrique déterminent ce niveau optimal pour un type et une texture de sol donnés. Pour en savoir plus, cliquez ici.
La double mesure de la teneur en eau et du potentiel hydrique permet également de créer in situ descourbes de restitution de l'humidité du sol (ou courbes caractéristiques de l'eau du sol) comme celle ci-dessous (figure 5), qui détaille la relation entre le potentiel hydrique et la teneur en eau. Les scientifiques et les ingénieurs peuvent évaluer ces courbes en laboratoire ou sur le terrain et comprendre de nombreux aspects du sol, tels que la conductivité hydraulique et la disponibilité totale de l'eau. Pour en savoir plus sur les courbes de libération de l'humidité du sol , cliquez ici.
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Il est important pour les chercheurs de connaître la durée d'une expérience afin de choisir un capteur d'humidité du sol qui réponde à leurs attentes. Le capteur d'humidité du sol 10HS et le capteur d'humidité du sol EC-5 sont dotés d'une technologie de surmoulage qui leur confère une durée de vie d'environ 3 à 5 ans sur le terrain dans des conditions d'utilisation normales (moins dans des conditions de chaleur et d'humidité). Les capteurs de sol robustes TEROS 11, TEROS 12, TEROS 10 et TEROS 54 sont conçus pour durer deux fois plus longtemps que nos capteurs standard grâce à un remplissage en polyuréthane (époxy) amélioré. Les tests en laboratoire indiquent que ces capteurs durent plus de 10 ans avant que l'eau ne s'infiltre dans le circuit imprimé. Si l'environnement de recherche est tropical - chaud et typiquement humide - choisissez toujours un capteur à longue durée de vie.
Les capteurs d'humidité du sol METER sont très peu sensibles à la température, mais si la profondeur d'installation est faible et que l'emplacement est exposé, les effets de la température doivent être pris en compte. Les capteurs d'humidité du sol TEROS 11 et TEROS 12 et la sonde de profil d'humidité du sol TEROS 54 sont équipés d'une thermistance intégrée qui mesure la température en même temps que l'humidité du sol. Il n'est donc pas nécessaire d'installer des capteurs de température supplémentaires sur chaque site de mesure. La sonde de profil TEROS 54 mesure la teneur en eau et la température du sol à plusieurs profondeurs, ce qui vous permet d'effectuer davantage de mesures avec chaque port d'enregistreur de données.
Les chercheurs qui souhaitent mesurer la conductivité électrique(CE) en vrac en plus de la teneur en eau devraient choisir le capteur d'humidité du sol TEROS 12. Ce capteur permet aux utilisateurs de mesurer la réponse de la CE en vrac aux sels et aux engrais présents dans le sol. Les mesures de CE nécessitent un bon contact entre les électrodes en acier inoxydable du capteur et le sol.
Pour les mesures d'humidité du sol uniquement, de nombreux scientifiques préfèrent le TEROS 10. Il est facile à installer, peu coûteux et fiable - parfait pour les grands projets où les capteurs sont nécessaires en quantité. Dans les sols difficiles (durs ou rocheux), les terreaux et les milieux sans sol, nous recommandons d'utiliser les capteurs de la série TEROS pour maintenir un bon contact avec le sol et compenser les trous d'air dans le sol ou le substrat.
Tous les capteurs d'humidité du sol METER sont prêts à l'emploi avec les enregistreurs de données METER. Ils s'intègrent également à des enregistreurs tiers utilisant le protocole SDI-12. Utilisez le protocole SDI-12 pour collecter facilement des données sur des sites distants. ZL6 pour faciliter la collecte de données à partir de sites distants, ou vous pouvez télécharger manuellement les données.
Dans ce webinaire de 20 minutes, le Dr Colin Campbell démystifie les différences entre les méthodes de mesure de la teneur en eau du sol. Il explore la théorie scientifique de la mesure et les avantages et inconvénients de chaque méthode. Il explique également quelle technologie peut s'appliquer à différents types de recherche sur le terrain et pourquoi la détection moderne ne se limite pas au capteur.
Apprenez :
À l'intérieur d'un site d'étude, la variabilité de l'humidité du sol résulte de différences dans la texture du sol, la quantité et le type de couverture végétale, la topographie, les précipitations et autres facteurs météorologiques, les pratiques de gestion et les propriétés hydrauliques du sol (vitesse à laquelle l'eau se déplace dans le sol). Les chercheurs doivent tenir compte de la variabilité des caractéristiques du paysage pour se faire une idée du nombre de sites d'échantillonnage nécessaires pour saisir la diversité de l'humidité du sol. Les scientifiques mesurent souvent l'humidité du sol à différentes profondeurs afin de comprendre les effets de la variabilité du sol et d'observer comment l'eau se déplace dans le profil du sol. Les grandes zones de recherche ou les sites à forte variabilité nécessitent souvent un grand nombre de capteurs d'humidité du sol. Le EC-5 ou le capteur d'humidité du sol TEROS 10 sont des choix économiques pour les scientifiques qui ont besoin d'un grand réseau de capteurs de sol. Le capteur d'humidité du sol TEROS 11 et le capteur de sol TEROS 12, nos capteurs les plus récents, ont un plus grand volume d'influence (1 litre), ce qui peut aider à atténuer la variabilité.
Les capteurs METER de haute qualité et de niveau recherche produisent d'excellentes données, mais les utilisateurs doivent comprendre la situation du site lorsqu'ils se préparent à l'installer. Toutes les sondes diélectriques sont plus sensibles entre les broches.
Toute perte de contact entre la sonde et le sol ou tout compactage du sol dans le volume de mesure du capteur peut entraîner des erreurs de mesure. La formation de flaques d'eau à la surface et l'écoulement de l'eau dans les trous d'installation de la sonde par des voies préférentielles peuvent également entraîner des erreurs de mesure. Il s'agit de questions à prendre en compte lors du choix de la meilleure méthode d'installation pour un site ou un type de sol particulier, et cela signifie que la forme de l'aiguille, la taille et la durabilité d'un capteur d'humidité du sol auront une importance dans les sols difficiles. La nouvelle aiguille TEROS Borehole Installation Tool utilisé avec les capteurs de la série TEROS élimine les espaces d'air, les perturbations du sol et les flux préférentiels. Regardez la vidéo pour voir comment cela fonctionne.
Si le sol est trop rocailleux ou trop dur pour permettre un bon contact entre le sol et le capteur, pensez à utiliser le capteur de potentiel hydrique TEROS 21. La teneur en eau peut être calculée à partir des données de potentiel hydrique en utilisant une courbe de libération de l'humidité du sol, et le TEROS 21 peut être remblayé ou tassé. TEROS Les capteurs d'humidité du sol 10, 11 ou 12 utilisés avec l'outil d'installation sont notre recommandation unanime pour les sols difficiles.
Pour une plus grande précision, envisagez un étalonnage spécifique au sol. Les capteurs d'humidité du sol METER mesurent la teneur en eau volumétrique du sol en mesurant la constante diélectrique du sol, qui est une fonction importante de la teneur en eau. Cependant, tous les sols n'ont pas les mêmes propriétés électriques. En raison des variations de la densité apparente, de la minéralogie, de la texture et de la salinité du sol, l'étalonnage minéral générique des capteurs METER actuels donne une précision d'environ ± 3 à 4 % pour la plupart des sols minéraux et d'environ ± 5 % pour les substrats de culture sans sol (terreau, laine de roche, coco-coir, etc.). Cependant, la précision augmente à ± 1 à 2 % pour les sols et les substrats sans sol avec un étalonnage spécifique au sol. METER recommande aux utilisateurs de capteurs d'humidité du sol d'effectuer un étalonnage spécifique au sol ou d'utiliser notre service d'étalonnage spécifique au sol pour obtenir la meilleure précision possible dans les mesures de la teneur en eau volumétrique.
| TEROS 11 et 12 | TEROS 54 | TEROS 10 | EC-5 | 10HS | |
|---|---|---|---|---|---|
| Mesures | TEROS 12 : Teneur en eau volumétrique, température, conductivité électrique
TEROS 11 : Teneur en eau volumétrique, température |
Teneur en eau volumétrique, température
à six profondeurs |
Teneur en eau volumétrique | Teneur en eau volumétrique | Teneur en eau volumétrique |
| Volume d'influence | 1010 mL | 351 cm3 par segment | 430 mL | 240 mL | 1320 mL |
| Sortie de mesure | Numérique SDI-12 | Numérique SDI-12 | Analogique | Analogique | Analogique |
| Durée de vie du champ | 10 ans et plus | 10 ans et plus | 10 ans et plus | 3-5 ans* | 3-5 ans* |
| Durabilité | Le plus élevé | Le plus élevé | Le plus élevé | Modéré | Modéré |
| Installation | Outil d'installation pour une grande précision | Outil d'installation pour une grande précision | Outil d'installation pour une grande précision | Installer à la main | Installer à la main |
La réalisation de bonnes mesures du potentiel hydrique dépend en grande partie du choix de l'instrument approprié et de son utilisation habile. Dans un monde idéal, il n'y aurait qu'un seul instrument qui mesurerait simplement et avec précision le potentiel hydrique sur toute sa plage, de l'état humide à l'état sec. Dans le monde réel, il existe un assortiment d'instruments, chacun ayant une plage bien définie. La figure 7 montre que le capteur de potentiel matrique TEROS 21 de METER est utile pour mesurer le potentiel hydrique dans la plage de l'eau disponible pour la plante (de la capacité du champ à la sécheresse de l'air). Le capteur de potentiel matrique TEROS 22 est similaire au TEROS 21, mais son installation est plus facile (aucune tranchée n'est nécessaire). Les capteurs TEROS 21 et TEROS 22 peuvent mesurer toute la gamme d'humidité. Les essais en laboratoire et sur le terrain indiquent que ces capteurs peuvent effectuer des mesures de potentiel hydrique avec une précision acceptable au moins jusqu'au point de flétrissement permanent. Le tensiomètre est beaucoup plus précis pour mesurer le potentiel hydrique dans la zone humide, où se produit la plus grande partie du mouvement de l'eau. Seuls les tensiomètres ont la capacité de mesurer directement les plages de potentiel hydrique élevées.
Le webinaire du Dr Colin Campbell (ci-dessous) "Water Potential 201 : Choisir le bon instrument" couvre la théorie des instruments de mesure du potentiel de l'eau, y compris les défis de la mesure du potentiel de l'eau et la façon de choisir et d'utiliser les différents instruments de mesure du potentiel de l'eau.
Les capteurs de potentiel matriciel TEROS 21 et TEROS 22 de METER sont composés d'un capteur d'humidité et d'un substrat poreux dont la courbe de libération de l'humidité est connue. Une fois que le matériau poreux s'est équilibré avec le sol environnant, le capteur d'humidité mesure la teneur en eau du matériau poreux, et le capteur utilise la courbe de libération de l'humidité pour traduire la teneur en eau en potentiel hydrique.
Le potentiel de l'eau, par définition, est une mesure de la différence d'énergie potentielle entre l'eau d'un échantillon et l'eau d'un bassin de référence d'eau pure et libre. Le tensiomètre est la concrétisation de cette définition.
Le tube du tensiomètre contient un réservoir d'eau libre (théoriquement) pure. Ce réservoir est relié (par une membrane perméable) à un échantillon de sol. Grâce à la deuxième loi de la thermodynamique, l'eau se déplace du réservoir vers le sol jusqu'à ce que son énergie soit égale des deux côtés de la membrane. Cela crée un vide dans le tube. Le tensiomètre utilise un manomètre à pression négative (transducteur de pression) pour mesurer la force de ce vide et décrire le potentiel de l'eau en termes de pression.
Les tensiomètres sont probablement le plus ancien type d'instrument de mesure du potentiel hydrique (le concept initial remonte au moins à Livingston en 1908), mais ils peuvent être très utiles. En fait, dans la zone humide, un tensiomètre de haute qualité utilisé avec habileté peut avoir une excellente précision. De plus, comme nous l'avons déjà mentionné, un tensiomètre n'est pas affecté par l'hétérogénéité du sol.
La portée du tensiomètre est limitée par la capacité de l'eau à l'intérieur du tube à résister au vide. Bien que l'eau soit essentiellement incompressible, les discontinuités à la surface de l'eau, telles que les arêtes ou les gravillons, constituent des points de nucléation où les liaisons solides de l'eau sont rompues et où la cavitation (ébullition à basse pression) se produit. La plupart des tensiomètres cavitent autour de -80 kPa, au milieu de la plage disponible dans les usines. Cependant, METER construit des tensiomètres qui sont des classiques modernes grâce à la précision de l'ingénierie allemande, à une construction méticuleuse et à une attention fanatique aux détails. Ces tensiomètres ont une précision exceptionnelle et une plage de mesure allant jusqu'à -85 kPa.
Le choix du tensiomètre doit se faire en fonction de l'application. Le TEROS 31 est un petit tensiomètre de laboratoire utilisé pour des mesures ponctuelles ou des expériences en colonne. Il est possible d'utiliser le TEROS 31 sur le terrain pour des vérifications ponctuelles, mais cela n'est pas pratique car s'il y a cavitation, il faut le remplir au laboratoire. Le TEROS 32 est un tensiomètre de terrain. Il est équipé de tubes de remplissage externes qui éliminent la nécessité de retirer le tensiomètre du sol pour le remplir.
Le choix du capteur dépend également des exigences en matière de collecte de données. Le TEROS 32 fournit des données en continu et en temps quasi-réel à distance avec ZENTRA Cloud. Il est conçu pour être branché et fonctionner avec l'enregistreur de données ZL6 et le lecteur portable ProCheck, ce qui en fait le meilleur choix pour un grand réseau de capteurs. Le TEROS 31 fonctionne également avec les enregistreurs de données ZL6 et ZENTRA Cloud et le ProCheck. Les deux TEROS 31 et TEROS 32 peuvent s'interfacer avec un enregistreur de données Campbell Scientific (ou similaire).
Le tensiomètre TEROS 32 est généralement installé en biais sur le terrain. Nous vous recommandons d'utiliser une tarière METER spécialement conçue pour installer ce tensiomètre. Nous vous recommandons également d'utiliser une boîte de couverture de vanne d'irrigation pour protéger l'arbre du tensiomètre.
La longueur de l'arbre nécessaire est fonction de la profondeur d'installation. Si, par exemple, vous voulez mesurer à une profondeur d'un mètre et que vous installez votre appareil à un angle, vous devrez connaître cet angle pour calculer la longueur de l'arbre. En règle générale, elle sera de 10 à 20 cm plus longue que la profondeur d'installation souhaitée. En outre, les tubes de recharge doivent être accessibles. Plus le tensiomètre est enterré profondément, plus les tubes doivent être longs pour atteindre la surface. Enfin, la longueur du câble du tensiomètre dépend de la proximité de l'enregistreur de données.
| TEROS 21 & TEROS 22 Capteurs de potentiel matriciel | TEROS 31 Tensiomètre | TEROS 32 Tensiomètre | |
|---|---|---|---|
| Coût | $$ | $$$ | $$ |
| Précision | ±(10% de la lecture + 2 kPa) de -100 à -5 kPa | ±0,15 kPa | ±0,15 kPa |
| Gamme | 0 à -100 000 kPa (1,70 à 6,00 pF) | -85 à +50 kPa (jusqu'à -150 kPa pendant le retardement de l'ébullition) | -85 à +50 kPa |
| Exigences en matière d'alimentation | 3,6-15 V, 10 mA | 3,6 à 28,0 VDC | 3,6 à 28,0 VDC |
| Sortie de mesure | Numérique SDI-12 | Protocole de communication série DDI, SDI-12 | Protocole de communication série DDI, SDI-12 |
| Méthode utilisée pour déterminer le potentiel hydrique | Méthode étalonnée : Capacité d'une matrice céramique, étalonnage en six points | Méthode directe : Capteur de pression piézoélectrique, pont complet de Wheatstone | Méthode directe : Capteur de pression piézoélectrique, pont complet de Wheatstone |
| Compatibilité avec les enregistreurs de données | ZL6 logger (et ZENTRA Cloud ), EM60 loggers, Campbell Scientific | ZL6 logger (et ZENTRA Cloud ), EM60 loggers, Campbell Scientific | ZL6 logger (et ZENTRA Cloud ), EM60 loggers, Campbell Scientific |
| Meilleur pour... | - Études de recherche à long terme - Surveillance de l'environnement naturel -TEROS 22 est la version la plus récente. de TEROS 21 avec une installation plus facile (pas de tranchée nécessaire) |
- Mesures de colonnes et de points en laboratoire - Mesures de petits points |
- Études de terrain à long terme - Hydrologie de la zone vadose |
Kirkham, Mary Beth. Principes des relations hydriques du sol et des plantes. Academic Press, 2014.(Lien vers le livre)
Taylor, Sterling A., et Gaylen L. Ashcroft. Physical edaphology. La physique des sols irrigués et non irrigués. 1972.(Lien vers le livre)
Hillel, Daniel. Principes fondamentaux de la physique des sols. Academic press, 2013.(Lien vers le livre)
Dane, Jacob H., G. C. Topp et Gaylon S. Campbell. Méthodes d'analyse des sols - Méthodes physiques. No. 631.41 S63/4. 2002.(Lien vers le livre)
Regardez le webinaire ci-dessous pour en savoir plus :
Plongez dans la mesure de l'humidité du sol. Dans le webinaire ci-dessous, le Dr Colin Campbell explique comment interpréter des données surprenantes et problématiques sur l'humidité du sol. Il explique également ce à quoi il faut s'attendre en fonction du sol, du site et de l'environnement.
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Nos scientifiques ont des dizaines d'années d'expérience pour aider les chercheurs et les cultivateurs à mesurer le continuum sol-plante-atmosphère.
TDR, FDR, capacité, résistance : Une comparaison des méthodes courantes de mesure de l'humidité du sol, de leurs avantages et inconvénients, et de leurs applications uniques.
La programmation de l'irrigation dans l'agriculture et le gazon nécessite un capteur d'humidité du sol qui soit précis, fiable et peu coûteux. De nombreux capteurs sont limités parce qu'ils sont insuffisants dans l'un de ces domaines. Jusqu'à présent.
Nous avons effectué des tests de comparaison entre ATMOS 41 et des capteurs non-METER de haute qualité et de niveau recherche, ainsi que des tests de séries temporelles pour la variabilité d'un capteur à l'autre. Voici les résultats.
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