Wypełnij poniższy formularz, aby pomóc nam połączyć Cię z odpowiednim ekspertem. Przygotujemy wymagane informacje, a następnie skontaktujemy się z Tobą tak szybko, jak to możliwe.
Przyrządy laboratoryjne a terenowe - dlaczego warto korzystać z jednych i drugich
Instrumenty laboratoryjne i terenowe używane razem mogą zapewnić naukowcom symfonię informacji
i mogą być wykorzystywane jako potężne narzędzia do zrozumienia danych i przewidywania zachowania gleby w czasie.
Kiedy badacze mierzą właściwości hydrauliczne gleby w laboratorium lub w terenie, prawdopodobnie widzą tylko część obrazu. Systemy laboratoryjne są bardzo dokładne ze względu na kontrolowane warunki, ale pomiary laboratoryjne nie uwzględniają zmienności terenu, takiej jak korzenie, pęknięcia lub tunele czasoprzestrzenne, które mogą wpływać na hydrologię gleby. Ponadto, gdy badacze pobierają próbkę z terenu do laboratorium, często ściskają makropory gleby podczas procesu pobierania próbek, zmieniając właściwości hydrauliczne gleby.
Eksperymenty terenowe pomagają badaczom zrozumieć zmienność i warunki w czasie rzeczywistym, ale wiążą się z przeciwnymi problemami. Pole jest niekontrolowanym systemem. Woda przemieszcza się w profilu glebowym poprzez parowanie, pobieranie przez rośliny, podciąganie kapilarne lub głęboki drenaż, co wymaga wielu pomiarów na różnych głębokościach i w różnych lokalizacjach. Badacze terenowi muszą również radzić sobie z nieprzewidywalnością pogody. Opady mogą spowodować, że eksperyment suszenia w terenie potrwa całe lato, podczas gdy w laboratorium zajmie to tylko tydzień.
Tabela 1. Przyrządy laboratoryjne i terenowe METER wraz z odpowiadającymi im pomiarami
Badacze, którzy stosują zarówno techniki laboratoryjne, jak i terenowe, rozumiejąc mocne strony i ograniczenia każdej z metod, mogą wykładniczo zwiększyć swoje zrozumienie tego, co dzieje się w profilu glebowym. Na przykład, w laboratorium badacz może użyć PARIO analizator tekstury gleby, aby uzyskać dokładne dane dotyczące tekstury gleby, w tym pełny rozkład wielkości cząstek. Następnie mogą połączyć te dane z HYPROP-wygenerowaną krzywą uwalniania wilgoci z gleby, aby zrozumieć właściwości hydrauliczne tego typu gleby. Jeśli następnie badacz doda wysokiej jakości dane terenowe w celu zrozumienia rzeczywistych warunków terenowych, nagle zobaczy szerszy obraz.
Poniżej znajduje się analiza oprzyrządowania laboratoryjnego i terenowego oraz sposób, w jaki badacze mogą łączyć te instrumenty w celu lepszego zrozumienia profilu gleby. Kliknij linki, aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na każdy temat.
Tabela 2. Mocne strony i ograniczenia przyrządów laboratoryjnych i terenowych
Mocne strony
Ograniczenia
Oprzyrządowanie laboratoryjne
Kontrolowane warunki
Bezpośrednie uruchamianie próbek
Zautomatyzowana i stosunkowo szybka analiza
Zdefiniowana procedura
Dokładność
Nie uwzględnia warunków terenowych
Skomplikowana konfiguracja z niektórymi systemami
Oprzyrządowanie terenowe
Zrozumienie zmienności i warunków terenowych w czasie rzeczywistym
Łatwa instalacja i konfiguracja
Zautomatyzowane pomiary
Technologia komórkowa umożliwia zbieranie danych z czujników gleby w czasie zbliżonym do rzeczywistego z biura.
Zmienność wymaga większej liczby pomiarów
Więcej danych do analizy
Niekontrolowane warunki
Nieprzewidywalna pogoda może powodować opóźnienia i uszkodzenia niezabezpieczonego sprzętu.
Zła instalacja może powodować niedokładność
Rozkład wielkości cząstek i jego znaczenie
Rodzaj gleby i analiza wielkości cząstek to pierwsze okno na glebę i jej unikalne cechy. Każdy badacz powinien zidentyfikować rodzaj gleby, z którą pracuje, aby porównać swoje dane. Jeśli badacze nie rozumieją rodzaju gleby, nie mogą przyjąć założeń dotyczących stanu wody w glebie na podstawie zawartości wody (tj. jeśli pracują z roślinami, nie będą w stanie przewidzieć, czy będzie dostępna woda dla roślin). Ponadto różne typy gleby w horyzontach gleby mogą wpływać na wybór pomiarów przez badacza, wybór czujnika i umiejscowienie czujnika.
Analiza wielkości cząstek określa procentowy udział gruboziarnistych i drobnoziarnistych materiałów tworzących glebę. Dzięki tej wiedzy badacz może oszacować, jak silnie dana gleba będzie zatrzymywać wodę. Analiza wielkości cząstek wykracza poza prostą definicję typu gleby. Analiza wielkości cząstek działa bardziej jak odcisk palca gleby, pokazując unikalny rozkład wielkości cząstek we frakcjach piasku, mułu i gliny. Informacje te mogą pomóc inżynierowi geotechnicznemu zrozumieć, w jaki sposób gleba kurcząca się będzie reagować w czasie, lub mogą wpłynąć na decyzje hodowcy dotyczące nawadniania. Rozkład wielkości cząstek może również zapewnić wgląd w to, w jaki sposób gleba uformowała się lub ostatecznie utworzy strukturę, a także wpływa na nasycone przewodnictwo hydrauliczne: im bardziej gruboziarnisty jest materiał, tym łatwiej woda będzie się poruszać.
W przeszłości badacze określali teksturę gleby za pomocą prymitywnych metod, takich jak test wstążkowy, metoda pipetowa lub czasochłonna technika hydrometryczna. PARIO teraz automatyzuje proces analizy tekstury gleby, oszczędzając czas i zwiększając dokładność. PARIO zapewnia badaczom pełną analizę rozkładu wielkości cząstek, w tym podział frakcji drobnego mułu, średniego mułu, gliny i piasku. Po uzyskaniu analizy oprogramowanie automatycznie oblicza jej lokalizację na trójkącie tekstury gleby USDA, aby dokładnie określić typ gleby.
Naukowcy powinni korzystać z PARIO jako pierwszego kroku w zrozumieniu gleby, zanim zdecydują, jakie inne parametry należy zmierzyć. Pomoże im to określić, które oprzyrządowanie laboratoryjne lub terenowe będzie najbardziej efektywne dla ich celów badawczych.
Krzywa uwalniania wilgoci to kamień z Rosetty gleby
Każdy typ gleby ma inną krzywą uwalniania wilgoci (lub krzywą charakterystyki wody glebowej). Naukowcy wykorzystują krzywe uwalniania wilgoci, aby zrozumieć, jak gleba i rośliny zareagowałyby, gdyby wilgotność zmieniła się w danej glebie w czasie. Mówi im, jak szybko zmieni się ilość wody(zawartość wody) w porównaniu z ilością dostępnej wody(potencjał wody).
Rysunek 1. Krzywa uwalniania wilgoci z gleby (lub krzywa charakterystyki wodnej gleby [SWCC])
Krzywe uwalniania wilgoci pomagają badaczom przewidzieć, czy woda będzie się przemieszczać i dokąd trafi. Krzywa uwalniania ilustruje również, ile wody będzie dostępne dla roślin przy różnych zawartościach wody w czasie. Na przykład, w piasku bliskim nasycenia, zawartość wody zmieni się szybko w czasie, podczas gdy potencjał wody (ssanie gleby) zmniejszy się tylko nieznacznie. Dzieje się tak dlatego, że duże pory i mała powierzchnia piasku nie zatrzymują mocno wody, czyniąc ją bardziej dostępną. I odwrotnie, w glinie bliskiej nasycenia ilość wody zmienia się wolniej, podczas gdy potencjał wody zmienia się stosunkowo szybko, ponieważ większa powierzchnia gliny i mniejsze pory mocniej zatrzymują wodę, uwalniając mniej dla roślin lub ruchu wody. Krzywa uwalniania wilgoci ilustruje związek między zawartością wody a potencjałem wodnym i pokazuje badaczom, jak gleba będzie się zachowywać w każdych warunkach.
HYPROPEkspert od krzywych uwalniania wilgoci z gleby
Najprostszym sposobem na stworzenie krzywej uwalniania wilgoci jest praca w laboratorium. Urządzenie HYPROP to unikalny przyrząd laboratoryjny, który wykorzystuje metodę parowania Wind/Schindler do generowania krzywych uwalniania wilgoci na glebach o potencjale wody w zakresie tensjometru - zakresie największego ruchu wody. Korzystając z dwóch precyzyjnych tensjometrów, automatycznie generuje ponad 100 punktów danych w zakresie od 0 do -100 kPa. Wyznaczenie krzywej zajmuje od trzech do pięciu dni, ale urządzenie działa bez nadzoru. Zakres HYPROPjest ograniczony przez zakres tensjometrów, ale można go połączyć z WP4C , aby uzyskać krzywą uwalniania wilgoci w całym zakresie wilgotności.
Połącz HYPROP z WP4C , aby uzyskać pełną krzywą uwalniania wilgoci
Jest to WP4C to przyrząd laboratoryjny, który mierzy potencjał wody w zakresie suchym, określając wilgotność względną powietrza nad próbką w zamkniętej komorze. Gdy próbka znajdzie się w równowadze z parą wodną w zamkniętej komorze WP4C, przyrząd określa wilgotność względną za pomocą metody schłodzonego lustra. Metoda ta polega na schłodzeniu małego lusterka w komorze, aż zacznie się na nim tworzyć rosa. W punkcie rosy WP4C mierzy zarówno temperaturę lustra, jak i próbki z dokładnością do 0,001 °C. Dzięki temu WP4C może dostarczać odczyty potencjału wody z niezrównaną dokładnością w zakresie od -0,05 MPa do -300 MPa.
Strona WP4C może być używana w połączeniu ze stroną HYPROP w celu stworzenia kompletnej krzywej uwalniania wilgoci z gleby w pełnym zakresie wilgotności gleby. Obejrzyj film, aby zobaczyć, jak to działa. W połączeniu z informacjami uzyskanymi z PARIO może to być potężne narzędzie do zrozumienia właściwości hydraulicznych gleby.
Krzywe uwalniania wilgoci w terenie? Tak, to możliwe
Aplikacje HYPROP i WP4C zapewniają możliwość szybkiego i dokładnego tworzenia krzywych uwalniania wilgoci z gleby (krzywe charakterystyczne wody glebowej - SWCC), ale pomiary laboratoryjne mają pewne ograniczenia: przepustowość próbki ogranicza liczbę krzywych, które można wytworzyć, a krzywe wygenerowane w laboratorium nie odzwierciedlają ich zachowania in situ. Krzywe retencji wody w glebie wytwarzane w laboratorium można jednak łączyć z informacjami pochodzącymi z krzywych uwalniania wilgoci in situ, aby uzyskać głębszy wgląd w rzeczywistą zmienność. Wspólna lokalizacja czujników potencjału matrycowego i czujników zawartości wody in situ dodaje znacznie więcej krzywych uwalniania wilgoci do bazy wiedzy badacza. A ponieważ dla inżynierów geotechników i naukowców zajmujących się nawadnianiem najważniejsza jest przede wszystkim wydajność nienasyconych gleb na miejscu, dodanie pomiarów in situ do krzywych wytworzonych w laboratorium byłoby idealnym rozwiązaniem. Niedawny artykuł Campbell et al. (2018), "Porównanie krzywych charakterystyki wodnej gleby in situ z krzywymi wygenerowanymiw laboratorium", wygłoszony na Panamerykańskiej Konferencji Gleb Nienasyconych, pokazuje, jak dobrze wygenerowane in situ SWCC przy użyciu skalibrowanego czujnika potencjału matrycowego TEROS 21 iczujników wilgotności gleby METER porównują się z tymi utworzonymi w laboratorium. Polowe i laboratoryjne SWCC wypadły całkiem dobrze, ale kilka czynników zmniejszyło ich zgodność. W glebach o grubej teksturze usunięcie żywych korzeni spowodowało rozbieżność wraz ze wzrostem siły ssącej gleby, a nienaruszone próbki rdzenia wypadły korzystniej niż zaburzone. W glebach o drobniejszej teksturze porównania były korzystne, ale miały również wpływ, gdy próbki laboratoryjne zostały zakłócone. Dane sugerują, że kolokowane czujniki in situ mogą stanowić ważne uzupełnienie danych laboratoryjnych w celu opracowania szerokiego zakresu SWCC w celu stworzenia solidniejszego zrozumienia zachowania nienasyconej gleby.
Mieszanie, dopasowywanie i porównywanie przewodności hydraulicznej w laboratorium lub w terenie
Podobnie jak laboratoryjne i in-situ krzywe uwalniania wilgoci z gleby, pomiary laboratoryjne i terenowe dla nasyconej i nienasyconej przewodności hydraulicznej mogą być używane w tandemie w celu bardziej dogłębnego zrozumienia właściwości hydraulicznych dowolnego typu gleby. Porównanie tych pomiarów na różnych głębokościach i w różnych lokalizacjach może zapewnić wgląd w różne poziomy gleby i pomóc badaczom zrozumieć długoterminowe dane dotyczące infiltracji z każdego z tych poziomów (tj. jeśli jeden poziom zostanie nasycony, jak zmieni to model spływu?).
Naukowcy mogą korzystać z przyrządów terenowych, aby określić, w jaki sposób woda będzie infiltrować w terenie, i mogą dodać pomiary laboratoryjne, aby zidentyfikować najbardziej ograniczający horyzont. Na przykład horyzont powierzchniowy może być gliną piaszczystą, ale PARIO może ujawnić, że głębsza warstwa ma wyższą zawartość gliny i niższą przewodność hydrauliczną. Wspólne wykorzystanie pomiarów laboratoryjnych i terenowych pomaga określić, który horyzont powoduje niższą przepuszczalność w okresach bardziej wilgotnych.
Dane dotyczące przewodności hydraulicznej nasyconej w terenie z systemu SATURO można uzupełnić o KSAT pomiarami laboratoryjnymi. Dane terenowe nienasyconej przewodności hydraulicznej uzyskane za pomocą urządzenia Mini Disk Infiltrometer można zrozumieć na głębszym poziomie, gdy badacz połączy je z danymi nienasyconej przewodności hydraulicznej z laboratorium HYPROP . HYPROP wykorzystuje te same wewnętrzne tensjometry, które generują krzywe uwalniania wilgoci, aby automatycznie mierzyć nienasyconą przewodność hydrauliczną, a następnie modelować nasyconą przewodność hydrauliczną. Zazwyczaj pomiary laboratoryjne i terenowe nie pokrywają się ze względu na rzeczywistą zmienność, ale wspólna analiza informacji zapewnia lepszy wgląd.
Naukowcy mogą również łączyć dane przewodności hydraulicznej z dwóch przyrządów laboratoryjnych, KSAT i HYPROP, aby uzyskać pełną krzywą przewodności hydraulicznej (rysunek 2). Krzywa przewodności hydraulicznej informuje, przy danym potencjale wody, o zdolności gleby do przewodzenia wody (tj. gdy gleba wysycha, jaka jest zdolność wody do przejścia z górnej części próbki [lub warstwy gleby na polu] na dno). Krzywe te są wykorzystywane w modelowaniu, aby zilustrować lub przewidzieć, co stanie się z wodą poruszającą się w systemie glebowym podczas zmiennych warunków wilgotności.
Rysunek 2. Krzywe przewodności hydraulicznej dla trzech różnych typów gleby. Krzywe ilustrują znaczenie struktury dla przewodności hydraulicznej, zwłaszcza przy nasyceniu lub w jego pobliżu.
W poniższym filmie ekspert ds. wilgotności gleby, Leo Rivera, wyjaśnia podstawy przewodności hydraulicznej i krzywych przewodności hydraulicznej.
Więcej instrumentów tworzy symfonię danych
Pomiar tylko jednego parametru, takiego jak zawartość wody, może dać badaczom punkt wyjścia do zrozumienia gleby, ale nie zrozumieją oni, co mówi im ten procent wody, nie znając innych informacji, takich jak rodzaj gleby, potencjał wodny lub przewodność hydrauliczna. Aby uzyskać najgłębszy wgląd w glebę, badacze mogą wykorzystać rozkład wielkości cząstek, krzywe przewodności hydraulicznej i krzywe uwalniania wilgoci w celu uzyskania najbardziej dokładnych i kompleksowych informacji. Korzystanie z dwóch różnych typów krzywych może nawet pomóc badaczom w wyizolowaniu niejasnych kwestii, takich jak krzywa uwalniania wilgoci o podwójnej porowatości w podłożu bezglebowym. Instrumenty laboratoryjne i terenowe używane razem mogą zapewnić badaczom symfonię informacji i mogą być wykorzystywane jako potężne narzędzia do zrozumienia danych i przewidywania zachowania gleby w czasie.
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 wodnym gleby - i dlaczego powinieneś mierzyć je razem. Ponadto opanuj podstawy przewodnictwa hydraulicznego gleby.
Dokładne, niedrogie czujniki wilgotności gleby sprawiają, że VWC gleby jest słusznie popularnym pomiarem, ale czy jest to właściwy pomiar dla danego zastosowania?
Wśród tysięcy recenzowanych publikacji wykorzystujących czujniki gleby METER, żaden typ nie jest faworytem. Dlatego wybór czujnika powinien opierać się na potrzebach i zastosowaniu. Skorzystaj z poniższych wskazówek, aby wybrać idealny czujnik do swoich badań.
Większość ludzi patrzy na wilgotność gleby tylko w kategoriach jednej zmiennej - zawartości wody. Jednak do opisania stanu wody w glebie wymagane są dwa rodzaje zmiennych.
Studia przypadków, webinaria i artykuły, które pokochasz
Regularne otrzymywanie najnowszych treści.
Wilgotność gleby 101: niezbędne podstawy
Wykorzystaj moc wilgoci w glebie
Naukowcy mierzą ewapotranspirację i opady, aby zrozumieć losy wody - ile wilgoci odkłada się, zużywa i opuszcza system. Jeśli jednak mierzy się tylko pobór i odkładanie, traci się dostęp do wody, która jest (lub nie jest) dostępna na koncie oszczędnościowym wilgotności gleby. Wilgotność gleby jest potężnym narzędziem, które można wykorzystać do przewidywania, ile wody jest dostępne dla roślin, czy woda będzie się przemieszczać i dokąd się uda.
Co należy wiedzieć
Wilgotność gleby to coś więcej niż tylko znajomość ilości wody w glebie. Poznaj podstawowe zasady, które musisz znać przed podjęciem decyzji o sposobie jej pomiaru. Podczas tego 20-minutowego webinarium dowiesz się:
Dlaczego wilgotność gleby to coś więcej niż tylko ilość
Zawartość wody: czym jest, jak się ją mierzy i dlaczego jest potrzebna
Potencjał wody (ssanie gleby): czym jest, czym różni się od zawartości wody i dlaczego jest potrzebny
Czy należy mierzyć zawartość wody, potencjał wodny czy oba te czynniki?
Które czujniki mierzą poszczególne typy parametrów
![A graph showing a Soil moisture release curve (or soil water characteristic curve [SWCC])](https://metergroup.com/app/uploads/2023/05/soil-moisture-release-curve-1-1.jpg)
