5 modi in cui la perturbazione del suolo del sito influisce sui vostri dati e cosa fare al riguardo

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

La perturbazione del sito è importante e ci sono modi per ridurre il suo impatto sui dati di umidità del suolo. Scoprite quali sono le tecniche di installazione e le migliori pratiche che possono garantirvi il successo.

CONTRIBUENTI

Bugie che ci raccontiamo sul disturbo del sito

Quando si tratta di misurare l'umidità del suolo, le perturbazioni del sito sono inevitabili. Possiamo tranquillizzarci pensando che i sensori del terreno ci diranno qualcosa sull'acqua del suolo anche se una grande quantità di terreno è stata disturbata. Oppure potremmo pensare che non importa se le proprietà del suolo sono cambiate intorno al sensore perché gli aghi sono inseriti in un terreno indisturbato. In realtà, la perturbazione del sito è importante e ci sono modi per ridurne l'impatto sui dati di umidità del suolo. Di seguito viene illustrato il disturbo del sito e il modo in cui i ricercatori possono adattare le loro tecniche di installazione per combattere l'incertezza dei dati.

I metodi di non-disturbo non sono ancora all'altezza

Durante l'installazione di un sensore di umidità del suolo, è importante generare il minor disturbo possibile per ottenere una misura rappresentativa. Esistono metodi che non creano disturbo, come il satellite, il radar penetrante nel terreno e COSMOS. Tuttavia, questi metodi devono affrontare sfide che li rendono poco pratici come approccio unico al contenuto d'acqua. Il satellite ha un'ampia superficie, ma in genere misura i primi 5-10 cm del suolo e la risoluzione e la frequenza di misurazione sono basse. Il radar penetrante al suolo ha una grande risoluzione, ma è costoso e l'interpretazione dei dati è difficile quando non si conosce la profondità del limite inferiore. COSMOS è un metodo neutronico non invasivo basato a terra che misura in modo continuo e raggiunge una profondità superiore a quella di un satellite su un'area fino a 800 metri di diametro. Ma il costo è proibitivo per molte applicazioni ed è sensibile sia alla vegetazione che al suolo, per cui i ricercatori devono separare i due segnali. Questi metodi non sono ancora pronti a sostituire i sensori di umidità del suolo, ma funzionano bene se usati in tandem con i dati di verità a terra che i sensori di umidità del suolo possono fornire.

1. Le conseguenze del disturbo sono... inquietanti

Dopo che un sito di ricerca è stato disturbato, possono essere necessari fino a sei mesi o anche più perché il suolo torni al suo stato naturale. I fattori che influiscono sono le precipitazioni (i climi umidi tornano alla normalità più velocemente di quelli secchi), il tipo di terreno e la densità del suolo. È comune che i ricercatori ignorino i primi due o tre mesi di dati in attesa del ritorno all'equilibrio. Quando i ricercatori scavano, l'erba o le piante mature vengono rimosse e poi sostituite. Spesso queste piante sono difficili da ristabilire e, in caso di disturbo su larga scala, un numero significativo di queste piante non funziona bene o muore. Poiché queste piante non traspirano più acqua, il bilancio idrico viene modificato e ciò può avere un impatto critico sui dati di umidità del suolo. Qualsiasi opzione per disturbare una superficie minore può ridurre la mortalità delle piante e migliorare i risultati.

2. Lo schiacciamento dei macropori può essere catastrofico

Quando il terreno viene smosso o compattato, si ha un impatto sproporzionato sui micro e macropori, minuscoli tubi capillari con un'ampia gamma di dimensioni dei pori che conferiscono al terreno la sua struttura e consentono il movimento dell'acqua. La perturbazione del sito e il riporto di terreno distruggono i macropori del suolo, facendo sì che l'acqua si muova più lentamente e lungo percorsi diversi. Questo a sua volta influisce sulla ricarica al di sotto della zona alterata. Qualsiasi opzione di installazione che rimuova una minore quantità di terreno ridurrà al minimo questo problema.

3. La densità del suolo è difficile da ottenere

L'opposto della compattazione si verifica quando il terreno viene ricompattato in modo troppo lasco. Questo provoca un flusso preferenziale lungo i lati di un foro o di una parete di trincea, consentendo all'acqua di spostarsi nella zona più del normale. L'acqua in eccesso viene spesso assorbita nel terreno indisturbato dove sono inseriti gli aghi del sensore, alterando i dati sull'umidità del suolo. Per combattere questo problema, i ricercatori devono pianificare il tempo necessario per riempire nuovamente la buca con una densità appropriata. Ciò avviene aggiungendo terreno e stratificandolo fino a formare una leggera montagnola sulla superficie per evitare il ristagno. Se la superficie è piatta, il terreno potrebbe depositarsi in una depressione nel tempo. Le fosse di grandi dimensioni possono portare a depressioni di dimensioni significative che raccolgono preferenzialmente l'acqua e modificano il modo in cui l'acqua si infiltra nel terreno intorno ai sensori.

4. La mescolanza degli strati di orizzonte porta a una mescolanza dell'idrologia.

La miscelazione degli strati dell'orizzonte del terreno durante il riempimento di una fossa di installazione può modificare drasticamente le proprietà idrauliche del terreno. Ad esempio, se un terreno ha un orizzonte A sabbioso e un orizzonte B argilloso, invertire o mescolare gli strati avrebbe ovvie conseguenze. Alcuni strati del terreno sono facilmente distinguibili, mentre altri tipi di terreno hanno orizzonti difficili da distinguere. Per questo motivo, il terreno deve essere accuratamente rimosso e restituito a strati, per evitare un cambiamento nell'idrologia del suolo. I ricercatori possono ottenere questo risultato stendendo dei teloni intorno alla fossa di installazione e rimuovendo con cura il terreno, strato per strato, disponendolo in sequenza sui teloni. È facile confondere gli strati, quindi è utile preparare un metodo per ricordare gli strati prima di iniziare. Dopo l'installazione del sensore, i ricercatori devono riportare gli strati di terreno nella fossa in ordine inverso, reimpacchettando alla giusta densità tra ogni strato.

5. Rovinare i sistemi radicali - rovinare i dati

Scavare una trincea per installare i sensori di umidità del suolo può potenzialmente distruggere grandi apparati radicali, soprattutto se i ricercatori stanno scavando in un'area con arbusti e alberi maturi. Poiché le radici sono il principale meccanismo di esaurimento dell'acqua nel terreno, la loro morte cambia la rappresentatività delle misurazioni dell'umidità del suolo per l'intera area di ricerca. Se tutte le radici vicine ai sensori vengono uccise, le misurazioni possono far pensare che l'acqua sia più abbondante di quanto non sia in realtà. I ricercatori possono ridurre questo problema utilizzando fori di trivellazione posizionati strategicamente che disturbano un numero minore di sistemi radicali.

Installazione in trincea: idea migliore o peggiore? Dipende.

Un vantaggio dell'installazione di una trincea è che i ricercatori possono vedere l'intero profilo del suolo, consentendo loro di identificare più facilmente gli strati di copertura, di determinare gli orizzonti e i tipi di suolo e di identificare la struttura e la formazione del suolo. Tuttavia, lo scavo di una grande trincea rimuove una quantità enorme di terreno. Inoltre, una volta che tutto il terreno è stato ricomposto, è probabile che molti macropori siano stati schiacciati e che nel terreno siano presenti discontinuità idrauliche, aumentando la possibilità che l'acqua venga artificialmente deviata dai sensori o diretta verso di essi. La situazione peggiora se un ricercatore utilizza una ruspa per risparmiare tempo. I cingoli e i pattini della ruspa compattano il terreno, soprattutto se è bagnato, e la grande pala strappa le piante e gli apparati radicali.

Sonde di profilo così vicine, eppure così lontane

Le sonde a profilo sono allettanti perché utilizzano fori di dimensioni ridotte che causano un minore disturbo del terreno. Tuttavia, il fattore di forma rigidamente rettilinea di una sonda a profilo richiede una parete perfettamente perpendicolare per un buon contatto tra terreno e sensore. Purtroppo, i lati di un foro di trivellazione raramente sono perfettamente perpendicolari. Lungo la parete del terreno ci sono curve e buche. Una sonda a profilo rettilineo raramente ottiene una buona connettività e l'installazione è spesso afflitta da vuoti d'aria e flussi preferenziali. Gli utilizzatori di sonde a profilo cercano spesso di compensare con un riempimento di fango denso, ma anche questo metodo presenta delle difficoltà, tra cui l'introduzione di terreno non autoctono e le imprecisioni causate dalle crepe che si formano quando il terreno si asciuga. Per attenuare questi problemi, la nuova sonda profilataTEROS 54 di METER ha un design quadruplo brevettato, studiato appositamente per garantire un buon contatto tra terreno e sensore.

Perché il metodo della trivellazione è vincente
A graph showing soil data using TEROS 12 sensors in borehole profile installation
Figura 1. Dati sul suolo utilizzando i sensori TEROS 12 nell'installazione del profilo del foro.

Un foro di trivellazione disturba gli strati del terreno, ma l'impatto relativo sul sito è una frazione di quello che si avrebbe con l'installazione di una trincea. Una trincea può essere lunga da 60 a 90 cm e larga 40 cm. Un'installazione in foro eseguita con una piccola trivella a mano e il TEROS Borehole Installation Tool crea un foro di soli 10 cm di diametro, appena il 2-3% dell'area di una trincea. Poiché l'entità della perturbazione del sito è ridotta al minimo, vengono disturbati meno macropori, radici e piante e il sito può tornare al suo stato naturale molto più rapidamente. Inoltre, quando lo strumento di installazione viene utilizzato all'interno di una piccola perforazione, è garantito un buon contatto tra il suolo e il sensore ed è molto più facile separare gli strati di orizzonte e reimpostare la densità del suolo corretta, perché c'è meno suolo da separare.

Non è possibile eliminare i disturbi del sito, ma è possibile controllarne l'entità.

La chiave per ridurre l'impatto della perturbazione del sito sui dati di umidità del suolo è controllare la scala della perturbazione. Gli scavi su larga scala interessano aree più vaste, mentre la trivellazione di un piccolo foro avrà un impatto molto minore sulle piante circostanti e sulle proprietà idrauliche del suolo, consentendo al sito di ricerca di tornare al suo stato naturale in tempi molto più rapidi.

Chiedete il parere di un esperto

Guardate il video qui sotto in cui l'esperto di installazione di sensori, Chris Chambers, spiega come ottenere un'installazione di sensori più intelligente. Impara:

  • Come appaiono i dati sull'umidità del suolo
  • Come i vari problemi di installazione appaiono nei dati (ad esempio, intercapedini d'aria, sensori allentati, cambiamento del tipo di terreno, attraversamento di profondità).
  • Come garantire un'installazione accurata
  • Come il nuovo TEROS Borehole Installation Tool riduce i vuoti d'aria e le perturbazioni del sito, migliorando al contempo la coerenza
  • Cosa fanno gli altri scienziati per assicurare una corretta installazione
Ottenere il quadro completo

Imparate tutto quello che c'è da sapere sulla misurazione dell'umidità del suolo, tutto in un unico posto: perché ne avete bisogno, come misurarla, confronto tra metodi e sensori, quante misurazioni, dove dovreste misurarla, le migliori pratiche, la risoluzione dei problemi dei dati e altro ancora.

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