DR. GAYLON S. CAMPBELL

Streszczenie

Planowanie nawadniania w rolnictwie i na murawach wymaga czujnika wilgotności gleby (SMS), który jest dokładny, niezawodny i tani. Chociaż na rynku dostępnych jest wiele czujników SMS, ich zastosowanie jest ograniczone, ponieważ nie spełniają one jednego z tych wymogów. Istnieje zapotrzebowanie na czujnik, który oferuje wysokiej jakości pomiary, a jednocześnie jest wystarczająco tani do komercyjnego nawadniania. Celem tego badania było określenie, w jaki sposób nowy, niedrogi czujnik SMS działał w różnych glebach o różnej zawartości wody i przewodności elektrycznej (EC) oraz zbadanie jego trwałości w terenie.

SMS nie wykazał żadnych różnic w kalibracji pomiędzy piaskiem, gliną pylastą i glebą gliniastą, które były testowane, nawet w szerokim zakresie EC. Testy terenowe wykazały również dobrą niezawodność w całym sezonie pomiarów. Wyniki wskazują, że nowy SMS będzie przydatnym narzędziem do pomiaru wilgotności gleby i planowania nawadniania.

Pobierz kompletny przewodnik badacza po wilgotności gleby

Wprowadzenie

Słodka woda jest ograniczonym zasobem, który wymaga czujnego zarządzania, aby zapewnić jej dostępność dla przyszłych pokoleń. Jednym z największych antropomorficznych pochłaniaczy słodkiej wody jest nawadnianie, czy to pól handlowych, pól golfowych, czy trawników i ogrodów mieszkalnych. Kluczem do oszczędzania wody jest podejmowanie decyzji w oparciu o zapotrzebowanie roślin na wodę i dostępność wody w glebie. Chociaż poczyniono znaczne postępy w szacowaniu strat wody przez rośliny, wykorzystanie pomiarów wilgotności gleby jako narzędzia do nawadniania pozostaje w tyle. Nadal istnieje zapotrzebowanie na czujnik wilgotności gleby (SMS), który połączy dokładność i stabilność z niską ceną, aby umożliwić szersze pokrycie pola.

Technologia wykrywania wilgotności gleby jest dostępna na rynku nawadniania od lat. Jednak jej wdrożenie do użytku było powolne, prawdopodobnie z powodu słabych pomiarów związanych z niektórymi czujnikami i wysoką ceną innych. Aby SMS był opłacalny, musi być dokładny, niezawodny i przystępny cenowo dla użytkownika końcowego. Celem tego badania było opracowanie i przetestowanie taniego SMS-a oraz ocena jego przydatności do użytku na rynku nawadniania.

Kontekst

Przez lata stosowano wiele technik monitorowania wilgotności gleby in situ. Wczesne metody często wykorzystywały opór elektryczny lub pojemność o niskiej częstotliwości w celu określenia zawartości wody. Chociaż techniki te były skorelowane z zawartością wody, wpływ na nie miało również zasolenie i tekstura gleby. Prawdopodobnie to właśnie zawodność tego typu czujników doprowadziła do ogólnej nieufności wobec czujników glebowych na rynku nawadniania.

Czujniki mierzące stałą dielektryczną gleby luzem i wykorzystujące ten pomiar do wnioskowania o objętościowej zawartości wody (VWC) w glebie stają się coraz bardziej popularne. Lepsze zrozumienie teorii działania w połączeniu z ulepszeniami elektroniki pozwoliło na stworzenie na rynku dużej liczby czujników o doskonałych możliwościach przy stale malejących kosztach. Dostępność wysokiej jakości, tanich czujników zaowocowała ogromnym wzrostem liczby nowych zastosowań czujników, od monitorowania geoprzestrzennego w badaniach po ulepszone zarządzanie nawadnianiem w rolnictwie i pielęgnacji murawy.

Dostępne są dwie ogólne klasy czujników dielektrycznych. Jedna z nich mierzy czas potrzebny na przejście impulsu elektrycznego przez linię transmisyjną o stałej długości w glebie. Druga mierzy pewien składnik impedancji kondensatora, w którym gleba jest dielektrykiem. Czujniki pierwszego typu nazywane są czujnikami w dziedzinie czasu (reflektometria w dziedzinie czasu, TDR; transmisometria w dziedzinie czasu, TDT). Członkowie drugiej klasy są czasami określani jako czujniki w dziedzinie częstotliwości, ponieważ zazwyczaj działają przy stałej częstotliwości, ale częściej są określane jako czujniki pojemnościowe.

Czasami wyraża się przekonanie, że czujniki w dziedzinie czasu są z natury lepsze lub dokładniejsze niż czujniki w dziedzinie częstotliwości. Może istnieć kilka powodów takiego przekonania. Zazwyczaj czujniki w dziedzinie czasu są znacznie droższe niż czujniki pojemnościowe, co oznacza, że dokładność przekłada się na koszty. Ponadto czujniki pojemnościowe były testowane przez ponad sto lat, podczas gdy metody w dziedzinie czasu pojawiły się w ciągu ostatnich 30 lat. Wczesne czujniki pojemnościowe miały wiele ograniczeń i chociaż zostały one przezwyciężone dzięki nowoczesnej elektronice i lepszemu zrozumieniu teorii, metoda ta może nadal mieć złą sławę z powodu doświadczeń z wczesnymi wersjami.

Bez względu na przyczynę postrzegania różnicy między wydajnością obu typów czujników, postrzeganie to jest wspomagane przez dostawców czujników w dziedzinie czasu, którzy chcą promować własne produkty. Twierdzenia te stanowią dobrą podstawę do dyskusji na temat względnych zalet czujników w dziedzinie częstotliwości i czujników w dziedzinie czasu.

Dokładność

Czujniki dielektryczne nie wykrywają zawartości wody; wykrywają one przenikalność dielektryczną gleby. Dwa elementy są zatem zaangażowane w określanie dokładności: dokładność, z jaką czujnik jest w stanie określić stałą dielektryczną objętości i dokładność związku między stałą dielektryczną objętości a zawartością wody w glebie. Biorąc pod uwagę ten drugi element, możemy przeanalizować dokładność przy użyciu typowego modelu mieszania dielektrycznego:

gdzie ε jest względną przenikalnością dielektryczną, x jest ułamkiem objętościowym, a indeksy dolne b, a, m i w odnoszą się do masy, powietrza, minerału i wody. Przenikalność powietrza wynosi 1. Przenikalność minerałów glebowych może wynosić od 3 do 16, ale często używana jest wartość 4. Możemy zastąpić _xa wyrażeniem 1 - _xw - _xm, a _xm stosunkiem gęstości objętościowej do gęstości cząstek gleby, _ρb/ρs, aby uzyskać równanie odnoszące zawartość wody do zmierzonej przenikalności elektrycznej:

Równanie to można wykorzystać do określenia wrażliwości przewidywanej zawartości wody na niepewności w różnych parametrach określających zawartość wody. Obliczenia można wykonać dla dowolnego zestawu parametrów. Dla celów ilustracyjnych wybrano wartości nominalne z tabeli 1. Dla tych wartości w tabeli 1 podano wrażliwość.

Wpływ gęstości nasypowej na dokładność

Gęstość nasypowa gleb jest bardzo zróżnicowana. W typowych glebach mineralnych wykorzystywanych w rolnictwie gęstość nasypowa może wahać się od 0,8 do 1,8 g ^cm-3, co stanowi około 80% zmiany. Jeśli weźmie się pod uwagę gleby organiczne lub gleby w zastosowaniach geotechnicznych, zakres ten jest znacznie szerszy. Biorąc pod uwagę tylko zakres mineralnych gleb rolniczych, równanie 2 przewiduje zmianę zawartości wody o 0,05 ^m3m-3 przy przejściu z 0,8 do 1,8 g ^cm-3. Jeśli nie ma niezależnego pomiaru gęstości (jak ma to miejsce w przypadku dielektrycznych czujników wilgotności), wówczas granice dokładności dla mineralnych gleb rolniczych, biorąc pod uwagę tylko niepewność gęstości, wynoszą ±2,5% zawartości wody. Biorąc pod uwagę gleby organiczne i zagęszczone, błąd jest znacznie większy.

Oczywiście twierdzenie, że jakikolwiek czujnik dielektryczny ma absolutną dokładność, niezależną od rodzaju gleby, wynoszącą 1%, jest przesadą. Tabela 1 wskazuje, że wrażliwość na niepewność w zakresie przenikalności elektrycznej minerałów i gęstości cząstek jest prawie taka sama jak w przypadku gęstości nasypowej, co zwiększa ogólną niepewność wynikającą ze zmienności właściwości gleby stałej.

Wpływ przenikalności dielektrycznej wody na dokładność

Przenikalność dielektryczna wolnej wody wynosi około 80 w temperaturze pokojowej. Zmniejsza się ona wraz ze wzrostem temperatury o około 0,5%/°C. Błąd przenikalności elektrycznej wody wynoszący 8,5% powoduje błąd przewidywanej zawartości wilgoci wynoszący 1% przy objętościowej zawartości wody wynoszącej 20%. Przy tej zawartości wody zmiana temperatury o ±20°C powoduje jedynie zmianę przewidywanej zawartości wody o ±1,2%, co dla większości celów jest nieistotne. Efekt jest większy przy wyższej zawartości wody, ale wiele czujników mierzy temperaturę, więc często można zastosować odpowiednią korektę, dzięki czemu efekt ten jest nieistotny.

Wpływ "wody związanej" na przenikalność elektryczną wody

"Woda związana" może mieć również wpływ na czujniki TDR i TDT. Przenikalność dielektryczna wolnej wody jest względnie stała przy częstotliwości poniżej częstotliwości relaksacji 15 GHz. Jednak woda krystaliczna (taka jak w lodzie) ma wysoką stałą dielektryczną tylko poniżej częstotliwości kilku kHz. Wiązanie lub struktura wody może zatem silnie wpływać na jej stałą dielektryczną przy określonej częstotliwości. Woda zaadsorbowana na minerałach glebowych i materii organicznej nie jest wolna. Ma szeroki zakres energii wiązania, niektóre wystarczająco silne, aby obniżyć częstotliwość relaksacji wody poniżej częstotliwości, przy której działa wiele czujników TDR i TDT (zakres od wysokich MHz do niskich GHz). Wpływ tej związanej frakcji wody na dokładność jest nieistotny w glebach o grubej strukturze z niewielką ilością materii organicznej, ale może prowadzić do znacznego niedoszacowania w glebach o wysokiej zawartości gliny. Ponieważ czujniki pojemnościowe zwykle działają przy niższych częstotliwościach, nie podlegają tym błędom, chyba że woda w glebie zamarznie. W zamarzniętej glebie oba typy czujników "widzą" tylko niezamarzniętą wodę.

Inny efekt wynika z faktu, że częstotliwość relaksacji związanej wody jest zależna od temperatury, co powoduje wyższą niż normalna zależność przenikalności objętościowej od temperatury, gdy jest ona mierzona za pomocą czujników TDR i TDT o wysokiej częstotliwości. Ponownie, czujniki o niższej częstotliwości są wolne od tego efektu.

Wpływ objętościowej przenikalności dielektrycznej na dokładność

Z tabeli 1 wynika, że dokładność przenikalności objętościowej wymagana dla 1% dokładności określenia zawartości wody wynosi 5%. Zmienia się ona wraz z zawartością wody i waha się od około 3% dla gleby nasyconej do około 10% dla gleby suchej. Czujniki domeny czasowej i pojemnościowe generalnie nie mają trudności ze spełnieniem tego wymogu, ale istnieją pułapki. Najpoważniejsze z nich dotyczą zdolności czujnika do prawidłowego próbkowania stałej dielektrycznej otaczającego medium oraz zdolności czujnika do oddzielenia efektów pojemnościowych od przewodzących w glebach zawierających sól. Problem próbkowania zostanie omówiony później.

Problem soli można zrozumieć, uświadamiając sobie, że gleba może być modelowana jako rezystor połączony szeregowo z kondensatorem. Rezystancja rezystora jest proporcjonalna do przewodności elektrycznej gruntu. Pojemność kondensatora jest proporcjonalna do przenikalności elektrycznej gruntu. Jeśli przewodność elektryczna gleby jest pomijalnie mała, wówczas pomiar przenikalności elektrycznej metodami w dziedzinie czasu lub częstotliwości jest łatwy i dokładny.

Wraz ze wzrostem przewodności elektrycznej przebiegi TDT i TDR, które są analizowane w celu określenia czasu podróży, stają się coraz bardziej tłumione, szczególnie przy wysokich częstotliwościach. Do pewnego momentu algorytmy mogą uporządkować początek i koniec fali, ale ostatecznie nie można dostrzec żadnego sygnału. Można skrócić falowody i ponownie uzyskać pewien sygnał, ale tłumienie wysokich częstotliwości powoduje, że wnioskowana przenikalność objętościowa jest zbyt duża, a efekt musi zostać skompensowany w celu prawidłowego pomiaru zawartości wody. Problemy te występują zwykle powyżej 2 dS/m EC wody porowej. Ponieważ produkcja rolna może odbywać się na glebach o EC do około dziesięciokrotności tej wartości, może to stanowić poważne ograniczenie.

Wyższe częstotliwości zmniejszają wpływ EC

Metody w dziedzinie częstotliwości mogą również podlegać negatywnemu wpływowi EC gleby. Niektóre czujniki rozdzielają sygnał na część rzeczywistą i urojoną. Część rzeczywista wynika z pojemności, a część urojona z rezystancji. Wzrost EC gleby nie stanowi problemu dla tych czujników, ponieważ mierzą one oba składniki oddzielnie. Większość czujników pojemnościowych nie jest jednak w stanie oddzielić tych dwóch składników, więc część rezystancyjna dodaje się do pozornej pojemności, co może skutkować znacznym błędem. Impedancja kondensatora maleje wraz z częstotliwością, podczas gdy na rezystancję (składnik urojony) częstotliwość nie ma wpływu. Zwiększenie częstotliwości zmniejsza zatem względny wpływ przewodności elektrycznej gleby w porównaniu z przenikalnością. Zatem im wyższa częstotliwość czujnika dielektrycznego, tym wyższe może być zasolenie gleby bez wpływu na odczyt.

W glebach niezasolonych, częstotliwości w zakresie od 1 do 10 MHz są odpowiednie do dobrych pomiarów przenikalności elektrycznej, ale przy wyższym zasoleniu konieczne są wyższe częstotliwości. Czujniki o wyższej częstotliwości, które działają przy 70 MHz, wykazują pomijalny wpływ soli do około 10 dS/m. Gdy EC wody porowej przekroczy te progi, czujniki nadal wykazują zmiany na wyjściu wraz z zawartością wody, ale przenikalność obliczona na podstawie danych wyjściowych nie jest już prawdziwą przenikalnością gleby. Ta pozorna przenikalność elektryczna może być skalibrowana dla konkretnej gleby, ale wykazuje silniejszą i dodatnią reakcję na temperaturę ze względu na reakcję EC na temperaturę 2%/°C.

Objętość próbkowania czujników w dziedzinie czasu i częstotliwości

Największą słabością dielektrycznych czujników wilgotności gleby jest ich objętość próbkowania. Zarówno czujniki w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości tworzą pole elektryczne wokół czujnika, przy czym pole jest najsilniejsze w pobliżu powierzchni czujnika i maleje wraz z odległością od czujnika. Zwiększenie przenikalności otaczającego medium powoduje jeszcze silniejsze załamanie pola wokół powierzchni czujnika. Obszary o wysokiej lub niskiej przenikalności w polu oddziaływania zniekształcają kształt pola w sposób nieliniowy, sprawiając, że zmierzona przenikalność różni się od średniej przenikalności materiałów w polu. Wszelkie szczeliny powietrzne między czujnikiem a medium, które wykrywa, powodują duże błędy w zmierzonej przenikalności elektrycznej. Pomiary w cieczach są wykonywane bez trudności, ale gleby są znacznie trudniejsze.

Objętość wpływu każdego z typów czujników jest całkowicie określona przez kształt i rozmiar falowodów dla przyrządu pracującego w dziedzinie czasu lub kształt i rozmiar płytek kondensatora dla czujnika pojemnościowego. Różnią się one w zależności od projektu czujnika, ale objętość wpływu nie zależy od tego, czy czujnik jest w dziedzinie czasu czy częstotliwości. W celu modelowania działania obu czujników w glebie stosuje się dokładnie to samo oprogramowanie symulacyjne dla obu czujników.

Laboratoryjna i terenowa ocena czujników

Pięć losowo wybranych komercyjnych czujników wilgotności gleby (EC-5METER, Pullman, WA) zostało wybranych do kalibracji i oceny. Zebrano cztery gleby mineralne (piasek wydmowy, glina piaszczysta Patterson, glina pylasta Palouse i glina czarna Houston), aby reprezentowały szeroki zakres typów gleby (Tabela 2). Gleby zostały rozdrobnione w młynku do gleby, aby rozbić duże cząstki i umożliwić równomierne upakowanie. Podjęto dodatkowe kroki w celu zapewnienia szerokiego zakresu zasolenia gleby.

Najpierw przygotowano kilka roztworów o wartościach EC od ~1 do >15 dS/m. Gleby zostały następnie podzielone na mniejsze porcje, a roztwory dodane do wybranych gleb w celu uzyskania zakresu przewodności elektrycznej gleby. Gleby, do których dodano roztwory, zostały wysuszone w piecu, zmiażdżone, a ekstrakt nasycenia został użyty do określenia rzeczywistego EC gleby (U.S. Salinity Laboratory Staff, 1954). Podczas procedur testowania, kalibracji i charakteryzacji (patrz poniżej), gleby te zostały zwilżone wodą destylowaną, a następnie wysuszone w piecu, aby zapewnić, że zasolenie pozostanie względnie stałe.

Kalibracja czujnika w glebie

Czujniki zostały skalibrowane poprzez dostosowanie techniki zalecanej przez Starr i Paltineanu (2002). Szczegółowy opis procedury został podany przez Cobos (2006). Krótko mówiąc, sucha na powietrzu gleba została zapakowana w pojemnik wokół czujnika. Zwrócono uwagę na równomierne upakowanie gleby, aby nie zniekształcić pomiarów. Po dokonaniu odczytu z czujnika uzyskano objętościową zawartość wody (VWC) za pomocą małego cylindra, a grawimetryczną zawartość wody określono za pomocą suszarki i wagi (Topp i Ferre, 2002).

Kolejna zawartość wody została następnie utworzona poprzez wrzucenie gleby do większego pojemnika, dokładne wymieszanie ze znaną objętością wody, a następnie ponowne upakowanie gleby wokół czujnika w oryginalnym pojemniku. Powtórzono to cztery lub pięć razy dla każdego rodzaju gleby i przewodności elektrycznej, aby stworzyć korelację między wyjściem czujnika a VWC. Dane zostały wykreślone w celu określenia wpływu rodzaju gleby i przewodności elektrycznej na moc wyjściową czujnika.

Analiza statystyczna

Aby określić istotność statystyczną, dane z każdej kalibracji uznano za niepowtarzalne. Oznacza to, że każda zawartość wody w glebie wraz z jej zmierzoną przewodnością elektryczną została uznana za jedną unikalną kombinację typu gleby. Kombinacje typu gleby/EC porównano za pomocą analizy kowariancji z zawartością wilgoci jako zmienną zależną i przewodnością elektryczną jako zmienną niezależną. Analizę kowariancji przeprowadzono przy użyciu PROC GLM (SAS Institute, 2006). Poszczególne czujniki uznano za replikowane obserwacje, a nie efekty leczenia, ponieważ czujniki w obrębie typu gleby nie były znaczącym źródłem zmienności (dane nie pokazane). Funkcja szacowania PROC GLM została wykorzystana do porównania nachylenia poszczególnych krzywych kalibracji dla każdej kombinacji typu gleby/EC.

Charakterystyka czujnika

Wrażliwość oszacowania dokładności na zakłócające czynniki glebowe została już omówiona. Jednak nadal istnieje potrzeba scharakteryzowania, w jaki sposób równanie kalibracji dostarczone przez producenta porównuje się z rzeczywistą objętościową zawartością wody w typowych warunkach glebowych. Aby to sprawdzić EC-5 i ThetaProbe (Model ML2, Delta-T Devices, Cambridge, UK) zostały losowo wybrane z partii produkcyjnej i przetestowane w piasku, glinie pylastej, glinie i glebie doniczkowej. Wyniki porównano z bezpośrednio zmierzoną objętościową zawartością wody.EC-5 i ThetaProbe (Model ML2, Delta-T Devices, Cambridge, UK) zostały losowo wybrane z partii produkcyjnej i przetestowane w piasku, glinie pylastej, glinie i glebie doniczkowej. Wyniki porównano z bezpośrednio zmierzoną objętościową zawartością wody.

Ocena w terenie

Trzy czujniki EC-5 zostały zainstalowane na komercyjnym polu ziemniaków na głębokości 15, 30 i 60 cm w drobnoziarnistej glebie piaszczysto-gliniastej. Pole było nawadniane za pomocą centralnego systemu nawadniania, którego częstotliwość zmieniała się w zależności od potrzeb upraw. Nad zakopanymi czujnikami umieszczono miernik deszczu (o rozdzielczości 1 mm), aby rejestrować zdarzenia i ilości nawadniania. Czujniki były monitorowane przez cały sezon wegetacyjny w celu zbadania ich niezawodności, wrażliwości na nawadnianie i długoterminowej stabilności.

Wyniki i dyskusja

Kalibrację pięciu standardowych czujników EC-5 w czterech rodzajach gleby (Tabela 2) na kilku poziomach przewodności elektrycznej przedstawiono na Rysunku 1. Nie zaobserwowano znaczących różnic między czujnikami między wszystkimi testowanymi czujnikami (dane nie pokazane). Statystyczne porównania między nachyleniami kalibracji poszczególnych kombinacji typu gleby / przewodności elektrycznej nie wykazują znaczących różnic między 11 z 12 krzywych kalibracji (Tabela 3). Co ciekawe, nachylenie, które było znacząco różne, dotyczyło gleby Palouse przy EC ekstraktu nasycenia 0,7 dS/m, co stanowiło średnią przewodność elektryczną trzech badanych gleb Palouse. Nie wydaje się prawdopodobne, aby typ gleby lub przewodność elektryczna powodowały te różnice.

Brak znaczących różnic między krzywymi kalibracji przy różnych zasoleniach nie jest zaskakujący, biorąc pod uwagę ustalenia dotyczące czujników działających przy podobnych częstotliwościach pomiaru (Campbell, 1991). Podobne testy wcześniejszej wersji czujnika (EC-20, METER, Inc.) wykazały znaczne różnice w kalibracji w zależności od rodzaju gleby (Campbell, 2001). Dane przedstawione na rysunku 1 sugerują, że czujnik nie będzie wymagał kalibracji, gdy będzie używany w glebach mineralnych.

Rysunek 2 przedstawia te same pięć czujników EC-5 skalibrowanych w trzech rodzajach gleby doniczkowej. Ponownie, moc wyjściowa czujnika jest skorelowana liniowo z uzyskaną grawimetrycznie objętościową zawartością wody z wartością R2 wynoszącą 0,977. Dane pokazują, że to samo równanie kalibracji może być stosowane dla każdej z testowanych gleb doniczkowych, niezależnie od mieszanki gleby doniczkowej lub przewodności elektrycznej. Kalibracja dla gleby doniczkowej różni się od gleby mineralnej ze względu na dużą różnicę w gęstości nasypowej, jak wspomniano powyżej.

Testy przeprowadzone na czujnikach EC-5 i ML2 wykazały bardzo dobrą zgodność między rzeczywistymi wartościami VWC a wartościami wygenerowanymi na podstawie kalibracji producenta (rysunek 3). Odchylenia standardowe dla obu czujników na wszystkich testowanych glebach były bardzo dobre (0,0089 i 0,013 ^m3m-3 odpowiednio dla EC-5 i ML2).

Dane te sugerują, że dokładne dane dotyczące zawartości wody powinny być możliwe do uzyskania z dowolnego czujnika w terenie. Oczywiste jest jednak, że specyfikacja dokładności 1% VWC (jak wskazano w niektórych specyfikacjach produktów) jest trudna do uzyskania nawet w warunkach laboratoryjnych, nie mówiąc już o terenie.

Czujniki zainstalowane na komercyjnym polu ziemniaków zapewniały wiarygodne, stabilne wyniki przez cały sezon wegetacyjny (rysunek 4). Rysunek 4 pokazuje, w jaki sposób czujniki zareagowały na intensywne nawadnianie w niektórych częściach sezonu, a także na suszę podczas krytycznych etapów cyklu dojrzewania upraw. Można również zaobserwować zmiany w zużyciu wody w zależności od głębokości, gdzie zawartość wody na 15 cm jest początkowo niższa niż na 30 cm, gdy uprawa jest stosunkowo młoda. Jednak w miarę dojrzewania korzenie zaczynają przemieszczać się głębiej, a nawadnianie staje się cięższe, co powoduje, że zawartość wody na obu głębokościach staje się podobna. Zawartość wody na głębokości 60 cm pozostawała znacznie bardziej stała przez cały sezon, co sugeruje, że korzenie nie pobierały tak dużo wody z tej głębokości, a także nie przemieszczały się tak nisko w profilu.

Rysunek 5 przedstawia podzbiór danych dotyczących zawartości wody i nawadniania z okresu suszenia i nawadniania. Dane te pokazują względną reakcję czujników zawartości wody na każde nawadnianie. Oczywiste jest, że nawadnianie spowodowało wzrost ilości wody na każdym poziomie profilu, ale względna reakcja była opóźniona w przypadku głębszych czujników. W przypadku czujnika 60 cm woda z nawadniania spowodowała niewielką reakcję czujnika, ale ogólna zmiana polega na ogólnym wzroście zawartości wody zamiast dużych skoków zawartości wody, po których nastąpił drenaż, jak widać w płytszych czujnikach.

Wnioski

Kalibracje SMS nie były znacząco zależne od rodzaju gleby lub zasolenia w kilku testowanych glebach mineralnych i doniczkowych. Odkrycie to sugeruje, że stosunkowo nieprzeszkoleni użytkownicy mogą instalować czujniki w nienaruszonej glebie i dokonywać dokładnych pomiarów VWC gleby. Jest to szczególnie ważne odkrycie, ponieważ większość zastosowań monitorowania i kontroli obejmuje instalację czujników w glebach o nieznanej teksturze. Ponadto, zmieniające się warunki zasolenia gleby lub wody do nawadniania mają niewielki wpływ na pomiary czujników. Jest to bardzo ważna cecha, biorąc pod uwagę awarie poprzednich czujników w tym obszarze. Co więcej, kalibracja producenta zapewniła dokładne pomiary zawartości wody we wszystkich glebach testowanych w laboratorium. Trwające przez cały sezon pomiary nawadniania i VWC na polu ziemniaków wykazały, że SMS był solidny i reagował zgodnie z oczekiwaniami na nawadnianie.

Pytania?

Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.

• Porozmawiaj z ekspertem
• Poproś o wycenę

Sprawdź naszą nową linię czujników

Przez ostatnie 20 lat skupialiśmy się na dokładności samego czujnika wilgotności gleby. Dzięki nowemu czujnikowi TEROS 12 nie tylko ulepszyliśmy nasz czujnik, ale także zwróciliśmy uwagę na szersze kwestie, które mogą zakłócać dane z czujnika wilgotności gleby - takie jak zmienność między czujnikami, objętość wpływu, szczeliny powietrzne i przepływ preferencyjny.

Dowiedz się więcej:

• TEROS 12 Spójność danych i reakcja na fronty zwilżające
• Jak działa nowa procedura kalibracji, aby zminimalizować zmienność między czujnikami?
• W jaki sposóbnarzędzie instalacyjne zmniejsza szczeliny powietrzne i zakłócenia w miejscu instalacji, jednocześnie poprawiając spójność
• Czego można się spodziewać podczas instalacji

Referencje

Campbell, Colin S. "Reakcja sondy wilgotności gleby _ECH2Ona zmiany zawartości wody, typu gleby i przewodności elektrycznej roztworu". Nota aplikacyjna, METER, 2001. Link do artykułu (otwarty dostęp).

Campbell, Jeffrey E. "Właściwości dielektryczne i wpływ przewodnictwa w glebie przy częstotliwości od jednego do pięćdziesięciu megaherców". Soil Science Society of America Journal 54, nr 2 (1990): 332-341. Link do artykułu.

Cobos, Doug R. "Kalibracja czujników wilgotności gleby _ECH2O". Nota aplikacyjna, METER, Inc., 2006. Link do artykułu (otwarty dostęp).

Starr, J. L., i I. C. Paltineanu. "Metody pomiaru zawartości wody w glebie: urządzenia pojemnościowe". Metody analizy gleby: Część 4 (2002). Link do artykułu.

Topp, G.C. i T.P.A. Ferre. "Faza roztworu glebowego". Metody analizy gleby: Part 4 (2002): 417-1074

U.S. Salinity Laboratory Staff. "Diagnoza i ulepszanie gleb zasolonych i alkalicznych". USDA Handbook 60 ed. U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. (1954).

Weź udział w naszej klasie mistrzowskiej dotyczącej wilgotności gleby

Sześć krótkich filmów wideo nauczy Cię wszystkiego, co musisz wiedzieć o zawartości wody w glebie i potencjale wody w glebie (ssaniu gleby) - i dlaczego należy je mierzyć razem. Ponadto opanuj podstawy przewodnictwa hydraulicznego gleby.

Obejrzyj teraz