토양 수분 센서 설치 방법 - 더 빠르고, 더 좋고, 더 높은 정확도를 위한 방법
정확한 데이터를 얻으려면 올바른 센서 설치가 최우선 과제입니다. 잘못 설치하면 정확도가 10% 이상 손실될 수 있습니다.
토양 수분을 측정할 때는 현장 교란이 불가피합니다. 우리는 현장의 토양이 많이 교란되더라도 토양 센서가 토양 수분에 대해 알려줄 것이라는 생각으로 스스로를 안심시킬 수 있습니다. 또는 센서 바늘이 교란되지 않은 토양에 삽입되기 때문에 센서 주변의 토양 특성이 변해도 상관없다고 생각할 수도 있습니다. 사실 현장 교란은 중요하며, 토양 수분 데이터에 미치는 영향을 줄일 수 있는 방법이 있습니다. 아래에서는 현장 교란과 연구자가 데이터의 불확실성을 줄이기 위해 설치 기술을 조정하는 방법을 살펴봅니다.
토양 수분 센서를 설치하는 동안 대표적인 측정값을 얻으려면 가능한 한 최소한의 토양 교란을 발생시키는 것이 중요합니다. 위성, 지표 투과 레이더, COSMOS와 같이 교란을 일으키지 않는 방법이 존재합니다. 그러나 이러한 방법은 수분 함량에 대한 단일 접근 방식으로는 실용적이지 않은 문제에 직면해 있습니다. 위성은 설치 공간이 넓지만 일반적으로 토양의 상위 5~10cm를 측정하며 해상도와 측정 빈도가 낮습니다. 지표 투과 레이더는 해상도는 뛰어나지만 비용이 많이 들고, 하부 경계 깊이를 알 수 없는 경우 데이터 해석이 어렵습니다. 지상 기반의 비침습적 중성자 방식인 COSMOS는 최대 직경 800미터의 영역에서 위성보다 더 깊은 곳까지 연속적으로 측정할 수 있습니다. 그러나 많은 응용 분야에서 비용이 많이 들고 초목과 토양 모두에 민감하기 때문에 연구자들은 두 신호를 분리해야 합니다. 이러한 방법은 아직 토양 수분 센서를 대체할 준비가 되어 있지 않지만 토양 수분 센서가 제공할 수 있는 실측 데이터와 함께 사용하면 잘 작동합니다.
연구 현장이 교란된 후 토양이 자연 상태로 돌아가는 데는 최대 6개월 또는 그 이상이 걸릴 수 있습니다. 영향을 미치는 요인으로는 강수량(습한 기후가 건조한 기후보다 '정상'으로 더 빨리 회복됨), 토양 유형, 토양 밀도 등이 있습니다. 연구자들은 평형이 회복되기를 기다리면서 처음 두세 달 동안의 데이터를 무시하는 것이 일반적입니다. 연구자들이 땅을 파면 성숙한 풀이나 식물을 제거한 다음 다시 심습니다. 이러한 식물은 다시 복원하기 어려운 경우가 많으며, 대규모 교란이 발생하면 상당수의 식물이 잘 자라지 못하거나 죽습니다. 이러한 식물은 더 이상 물을 흡수하지 않기 때문에 물 균형이 변화하여 토양 수분 데이터에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다. 표면적을 덜 교란하는 옵션을 사용하면 식물의 사망률을 줄이고 결과를 개선할 수 있습니다.
토양이 이동하거나 압축되면 토양의 구조를 형성하고 물의 이동을 가능하게 하는 다양한 크기의 작은 모세관인 미세 기공과 거대 기공에 불균형적인 영향을 미칩니다. 부지 교란과 토양 재포장은 토양 대공극을 파괴하여 물이 더 느리고 다른 경로를 따라 이동하게 합니다. 이는 결국 변경된 구역 아래의 재충전에 영향을 미칩니다. 토양을 덜 제거하는 설치 옵션은 이 문제를 최소화할 수 있습니다.
다짐의 반대는 토양이 너무 느슨하게 다시 포장될 때 발생합니다. 이로 인해 시추공이나 트렌치 벽의 측면을 따라 우선적으로 흐르게 되어 정상보다 더 많은 물이 해당 구역으로 이동하게 됩니다. 이 과도한 물은 종종 센서 바늘이 삽입된 토양에 흡수되어 토양 수분 데이터를 왜곡합니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 시간을 계획하여 구멍을 적절한 밀도로 조심스럽게 재포장해야 합니다. 이는 표면에 약간의 언덕이 생길 때까지 흙을 추가하고 층층이 포장하여 고여 있는 것을 방지하는 방식으로 이루어집니다. 표면이 평평하면 시간이 지나면서 흙이 함몰될 수 있습니다. 큰 구덩이는 상당한 크기의 함몰을 유발하여 물을 우선적으로 모으고 센서 주변의 토양에 물이 침투하는 방식을 바꿀 수 있습니다.
설치 구덩이를 다시 포장하는 동안 토양 지평선 층을 혼합하면 토양의 수리학적 특성이 크게 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 토양에 모래 지평선 A와 점토 지평선 B가 있는 경우, 이 두 층을 뒤집거나 혼합하면 분명한 결과를 초래할 수 있습니다. 일부 토양층은 쉽게 구분할 수 있는 반면, 다른 토양 유형은 구분하기 어려운 지평선을 가지고 있습니다. 따라서 토양 수문학의 변화를 방지하기 위해 토양을 조심스럽게 제거하고 층별로 되돌려 놓아야 합니다. 연구자들은 설치 구덩이 주변에 방수포를 깔고 토양을 한 층씩 조심스럽게 제거하여 방수포 위에 순서대로 올려놓음으로써 이를 달성할 수 있습니다. 이러한 층이 섞이기 쉽기 때문에 시작하기 전에 층을 기억할 수 있는 방법을 준비하는 것이 도움이 됩니다. 센서 설치 후 연구자는 토양 층을 역순으로 구덩이로 되돌려 각 층 사이에 정확한 밀도로 다시 포장해야 합니다.
특히 연구자가 성숙한 관목과 나무가 있는 지역을 파헤쳐 토양 수분 센서를 설치하는 경우, 큰 뿌리 시스템을 파괴할 수 있습니다. 뿌리는 토양에서 수분을 고갈시키는 주요 메커니즘이므로 뿌리가 죽으면 전체 연구 지역의 토양 수분 측정 대표성이 달라집니다. 센서 근처의 모든 뿌리가 죽으면 측정값이 실제보다 수분이 더 풍부한 것으로 나타날 수 있습니다. 연구자들은 전략적으로 배치된 시추공을 사용하여 뿌리 시스템을 더 적게 방해함으로써 이 문제를 줄일 수 있습니다.
트렌치 설치의 한 가지 장점은 연구자가 전체 토양 프로파일을 볼 수 있어 하드팬 층을 더 쉽게 식별하고, 지평선과 토양 유형을 결정하고, 토양 구조와 형성을 파악할 수 있다는 점입니다. 그러나 큰 트렌치를 파면 엄청난 양의 토양이 제거됩니다. 그리고 모든 토양을 다시 채우면 많은 거대 기공이 부서지고 토양에 수압 불연속성이 생겨 물이 센서에서 인위적으로 우회하거나 센서로 향할 가능성이 높아집니다. 연구원이 시간을 절약하기 위해 백호를 사용할 경우 상황은 더욱 악화됩니다. 백호의 트랙과 패드는 특히 토양이 젖은 경우 토양을 압축하고, 큰 삽은 식물과 뿌리 시스템을 찢어버립니다.
프로파일 프로브는 토양 교란을 덜 일으키는 작은 시추공을 사용하기 때문에 매력적입니다. 그러나 프로파일 프로브의 단단한 직선형 폼 팩터는 토양과 센서가 잘 접촉하기 위해 완벽하게 수직인 벽이 필요합니다. 안타깝게도 시추공의 측면이 완벽하게 수직인 경우는 드뭅니다. 토양 벽을 따라 곡선과 구덩이가 있습니다. 직선형 프로파일 프로브는 연결성이 좋은 경우가 드물며, 설치 시 공극과 우선 흐름으로 인해 문제가 발생하는 경우가 많습니다. 프로파일 프로브 사용자는 종종 두꺼운 진흙 슬러리로 되메우기하여 보완하려고 하지만, 이 방법에도 토착 토양이 아닌 흙이 유입되고 토양이 마르면서 발생하는 균열로 인한 부정확성 등 여러 가지 문제가 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해 METER의 새로운 프로필 프로브(TEROS 54 )는 토양과 센서의 접촉이 잘 이루어지도록 특별히 설계된 특허받은 쿼드 핀 디자인으로 제작되었습니다.
시추공은 토양층을 교란하지만, 현장에 미치는 영향의 상대적 크기는 트렌치 설치에 비해 매우 작습니다. 트렌치는 길이 60~90cm, 폭 40cm 정도일 수 있습니다. 시추공 설치는 소형 핸드 오거를 사용하여 수행되며 TEROS Borehole Installation Tool 를 사용하면 트렌치 면적의 2~3%에 불과한 직경 10cm의 구멍을 만들 수 있습니다. 현장 교란의 규모가 최소화되기 때문에 대공, 뿌리 및 식물의 교란이 적고 현장이 훨씬 빠르게 자연 상태로 돌아갈 수 있습니다. 또한 작은 시추공 내부에서 설치 도구를 사용하면 토양과 센서의 접촉이 양호하고 분리해야 할 토양이 적기 때문에 지평선 층을 분리하고 정확한 토양 밀도로 재포장하는 것이 훨씬 더 쉽습니다.
현장 교란이 토양 수분 데이터에 미치는 영향을 줄이기 위한 핵심은 교란의 규모를 조절하는 것입니다. 대규모 굴착은 더 넓은 지역에 영향을 미치는 반면, 작은 시추공은 주변 식물과 토양 수리 특성에 미치는 영향이 훨씬 적어 연구 현장을 훨씬 더 빠른 속도로 자연 상태로 되돌릴 수 있습니다.
센서 설치 전문가인 크리스 챔버스가 더 스마트한 센서 설치 방법을 설명하는 아래 동영상을 시청하세요. 학습하기:
토양 수분 측정이 필요한 이유, 측정 방법, 방법/센서 비교, 측정 횟수, 측정 위치, 모범 사례, 데이터 문제 해결 등 토양 수분 측정에 대해 알아야 할 모든 것을 한곳에서 알아보세요.
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저희 과학자들은 수십 년 동안 연구자와 재배자들이 토양-식물-대기 연속체를 측정할 수 있도록 지원해 온 경험을 가지고 있습니다.
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