WSPÓŁTWÓRCY
Kłamstwa, które wmawiamy sobie na temat zakłóceń w miejscu pracy
Jeśli chodzi o pomiary wilgotności gleby, zakłócenia na miejscu są nieuniknione. Możemy uspokajać się myślą, że czujniki gleby powiedzą nam coś o wodzie w glebie, nawet jeśli duża ilość gleby w danym miejscu została naruszona. Możemy też myśleć, że nie ma znaczenia, czy właściwości gleby zmieniają się wokół czujnika, ponieważ igły są wprowadzane do nienaruszonej gleby. Faktem jest, że naruszenie terenu ma znaczenie i istnieją sposoby na zmniejszenie jego wpływu na dane dotyczące wilgotności gleby. Poniżej znajduje się analiza zakłóceń w terenie i sposobów, w jakie badacze mogą dostosować swoje techniki instalacji, aby zwalczyć niepewność danych.
Metody bez zakłóceń nie są jeszcze skuteczne
Podczas instalacji czujnika wilgotności gleby ważne jest, aby w jak najmniejszym stopniu naruszyć glebę w celu uzyskania reprezentatywnego pomiaru. Istnieją metody bez zakłóceń, takie jak satelita, radar penetrujący grunt i COSMOS. Metody te stoją jednak przed wyzwaniami, które czynią je niepraktycznymi jako pojedyncze podejście do zawartości wody. Satelita ma duży zasięg, ale zazwyczaj mierzy górne 5 do 10 cm gleby, a rozdzielczość i częstotliwość pomiaru są niskie. Radar penetrujący grunt ma dużą rozdzielczość, ale jest drogi, a interpretacja danych jest trudna, gdy nieznana jest dolna głębokość graniczna. COSMOS to naziemna, nieinwazyjna metoda neutronowa, która mierzy w sposób ciągły i sięga głębiej niż satelita na obszarze o średnicy do 800 metrów. Jest ona jednak kosztowna w wielu zastosowaniach i wrażliwa zarówno na roślinność, jak i glebę, więc badacze muszą oddzielić oba sygnały. Metody te nie są jeszcze gotowe do zastąpienia czujników wilgotności gleby, ale działają dobrze, gdy są używane w połączeniu z danymi dotyczącymi wilgotności gruntu, które mogą dostarczyć czujniki wilgotności gleby.
1. Konsekwencje zakłóceń są... niepokojące
Po naruszeniu terenu badań powrót gleby do jej naturalnego stanu może zająć do sześciu miesięcy lub nawet dłużej. Czynniki wpływające obejmują opady (wilgotny klimat powraca do "normalności" szybciej niż klimat suchy), rodzaj gleby i gęstość gleby. Badacze często ignorują pierwsze dwa lub trzy miesiące danych, czekając na powrót równowagi. Kiedy badacze kopią, dojrzała trawa lub rośliny są usuwane, a następnie zastępowane. Często rośliny te są trudne do przywrócenia, a przy zakłóceniach na dużą skalę znaczna liczba tych roślin albo nie radzi sobie dobrze, albo umiera. Ponieważ rośliny te nie transpirują już wody, bilans wodny ulega zmianie, co może mieć krytyczny wpływ na dane dotyczące wilgotności gleby. Każda możliwość naruszenia mniejszej powierzchni może zmniejszyć śmiertelność roślin i poprawić wyniki.
2. Zmiażdżenie makroporów może być katastrofalne w skutkach.
Kiedy gleba jest przemieszczana lub zagęszczana, ma to nieproporcjonalny wpływ na mikro- i makropory, maleńkie rurki kapilarne o szerokim zakresie rozmiarów porów, które nadają glebie jej strukturę i umożliwiają ruch wody. Naruszenie terenu i przepakowanie gleby niszczy makropory gleby, powodując, że woda porusza się wolniej i innymi ścieżkami. To z kolei wpływa na doładowanie poniżej zmienionej strefy. Każda opcja instalacji, która usuwa mniej gleby, zminimalizuje ten problem.
3. Gęstość gleby jest trudna do uzyskania
Przeciwieństwem zagęszczania jest zbyt luźne upakowanie gleby. Powoduje to preferencyjny przepływ wzdłuż boków odwiertu lub ściany wykopu, umożliwiając przepływ większej ilości wody do strefy niż normalnie. Ten nadmiar wody jest często wchłaniany przez nienaruszoną glebę, do której wprowadzane są igły czujników, wypaczając dane dotyczące wilgotności gleby. Aby zwalczyć ten problem, badacze powinni zaplanować czas na staranne ponowne zagęszczenie otworu. Odbywa się to poprzez dodanie gleby i upakowanie jej warstwami, aż do uzyskania lekkiego kopca na powierzchni, aby zapobiec gromadzeniu się wody. Jeśli powierzchnia jest płaska, gleba może z czasem osiąść w zagłębieniu. Duże doły mogą prowadzić do znacznych zagłębień, które będą preferencyjnie gromadzić wodę i zmieniać sposób, w jaki woda infiltruje do gleby wokół czujników.
4. Mieszane warstwy horyzontu prowadzą do mieszanej hydrologii
Mieszanie warstw horyzontu glebowego podczas przepakowywania wykopu instalacyjnego może drastycznie zmienić właściwości hydrauliczne gleby. Na przykład: jeśli gleba ma piaszczysty horyzont A i gliniasty horyzont B, odwrócenie lub wymieszanie warstw miałoby oczywiste konsekwencje. Niektóre warstwy gleby są łatwe do rozróżnienia, podczas gdy inne typy gleby mają horyzonty, które są trudne do odróżnienia. Z tego powodu gleba powinna być ostrożnie usuwana i przywracana warstwami, aby zapobiec zmianom w hydrologii gleby. Naukowcy mogą to osiągnąć, układając plandeki wokół dołu instalacyjnego i ostrożnie usuwając glebę, warstwa po warstwie, umieszczając ją na plandekach w odpowiedniej kolejności. Łatwo jest pomylić te warstwy, więc pomocne jest przygotowanie metody zapamiętywania warstw przed rozpoczęciem. Po instalacji czujnika badacze powinni umieścić warstwy gleby z powrotem w dołku w odwrotnej kolejności, ponownie układając je tak, aby uzyskać prawidłową gęstość pomiędzy każdą warstwą.
5. Rujnowanie systemów korzeniowych - rujnowanie danych
Kopanie rowu w celu zainstalowania czujników wilgotności gleby może potencjalnie zniszczyć duże systemy korzeniowe, zwłaszcza jeśli badacze kopią na obszarze z dojrzałymi krzewami i drzewami. Ponieważ korzenie są głównym mechanizmem wyczerpywania wody w glebie, ich obumarcie zmieni reprezentatywność pomiarów wilgotności gleby dla całego obszaru badawczego. Jeśli wszystkie korzenie w pobliżu czujników zostaną zabite, pomiary mogą sugerować, że wody jest więcej niż w rzeczywistości. Badacze mogą ograniczyć ten problem, stosując strategicznie rozmieszczone odwierty, które naruszają mniejszą liczbę systemów korzeniowych.
Instalacja w wykopie - najlepszy czy najgorszy pomysł? To zależy.
Jedną z zalet instalacji w wykopie jest to, że badacze mogą zobaczyć cały profil glebowy, co pozwala im łatwiej zidentyfikować twarde warstwy, określić horyzonty i typy gleby oraz zidentyfikować strukturę i formację gleby. Jednak kopanie dużego rowu usuwa ogromną ilość gleby. A gdy cała ta gleba zostanie przepakowana, wiele makroporów zostanie prawdopodobnie zmiażdżonych, a w glebie pojawi się nieciągłość hydrauliczna, zwiększając możliwość sztucznego przekierowania wody z czujników lub skierowania jej w ich stronę. Sytuacja pogarsza się, jeśli badacz używa koparki, aby zaoszczędzić czas. Gąsienice i podkładki koparki zagęszczają glebę, zwłaszcza jeśli jest mokra, a duża łyżka rozrywa rośliny i systemy korzeniowe.
Sondy profilowe - tak blisko, a jednak tak daleko
Sondy profilowe są atrakcyjne, ponieważ wykorzystują małe otwory, które powodują mniejsze naruszenie gleby. Jednak sztywno prosty kształt sondy profilowej wymaga idealnie prostopadłej ściany dla dobrego kontaktu gleby z czujnikiem. Niestety, boki otworu rzadko są idealnie prostopadłe. Wzdłuż ściany gleby występują krzywizny i wgłębienia. Prostoliniowa sonda profilowa rzadko uzyskuje dobrą łączność, a instalacja jest często nękana szczelinami powietrznymi i preferencyjnym przepływem. Użytkownicy sond profilowych często próbują to zrekompensować poprzez zasypywanie gęstą zawiesiną błota, ale z tą metodą również wiążą się wyzwania, w tym wprowadzenie nierodzimej gleby i niedokładności spowodowane pęknięciami, które pojawiają się, gdy gleba wysycha. Aby złagodzić te problemy, nowa sonda profilowa METERTEROS 54 ma opatentowaną konstrukcję z czterema płetwami, która została zaprojektowana specjalnie z myślą o dobrym kontakcie gleby z czujnikiem.