현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

토양 수분 함량은 작물 생산에서 날씨에 이르기까지 많은 지상 및 지하 과정을 조절합니다. 최근 많은 주 및 연방 기관에서 중요한 임무 요구 사항이 되었습니다. 이 프로토콜은 매립형 현장 전자기 센서를 사용하여 토양 수분을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합합니다.

이 프로토콜은 단일 스테이션 또는 전체 네트워크를 배포하려는 과학자 및 엔지니어에게 유용합니다. 토양 수분 함량은 최근 지구 기후 관측 시스템에서 필수적인 기후 변수로 인식되었습니다. 그러나 매립형 현장 센서를 설치하는 관행에 대한 표준화는 거의 이루어지지 않았습니다.

서면 프로토콜과 비디오가 데이터 수집을 향상시킬 수 있기를 바랍니다. 매설된 토양 수분 함량 센서가 좋은 데이터를 제공하는지 쉽게 확인할 수 있는 방법은 없습니다. 처음에는 센서가 토양과 잘 접촉하고 설치가 지역 토양 수문학에 영향을 미치지 않았다는 확신과 확신이 필요합니다.

이 절차를 시연하는 것은 메릴랜드 주 벨츠빌에 있는 USDA ARS 수문학 및 원격 감지 연구소의 물리학자인 Alex White가 될 것입니다. 시작하려면 각 센서를 데이터 제어 플랫폼에 별도로 배선합니다. 물음표 및 느낌표 명령을 사용하여 센서의 주소를 쿼리하고 각 센서의 일련 번호 및 SDI-12 주소와 함께 값을 랩북에 기록합니다.

그런 다음 마커를 사용하여 센서 헤드와 케이블 끝에 SDI-12 주소로 레이블을 지정합니다. 토양 수분 함량 센서와 보조 센서를 실험실에 설치하여 데이터 제어 플랫폼 및 배터리에 연결하고 토양 수분 함량 센서를 공기 중에 매달거나 건조한 장소에 삽입하거나 물에 잠긴 상태로 둡니다. 데이터가 적절한 속도로 기록되고 값이 적절한지 확인합니다.

USDA SoilWeb 앱을 사용하여 위치를 쿼리하고 포스트 홀 굴착기를 사용하여 테스트 구멍을 파십시오. 밭 질감이 토양 설명과 일치하는지 확인하십시오. 토양 표면이 교란되지 않도록 굴착 구역 위에 방수포를 깔아주세요.

센서를 풀고 센서 헤드를 피트 면에 놓습니다. 그런 다음 악기 스탠드가 위치할 위치에 케이블 끝을 배치하여 케이블 길이가 올바른지 확인하고 필요에 따라 조정한 다음 스탠드의 위치를 깃발로 표시합니다. 기둥 구멍 굴착기를 사용하여 약 55cm 깊이의 구멍을 굴착합니다.

날카로운 삽을 사용하여 구멍을 청소하고 구덩이 면이 수직인지 확인하여 각 센서가 그 위에 방해받지 않는 흙을 갖도록 합니다. 구멍과 방해 부위를 가능한 한 작게 유지하여 빠르게 회복되도록하십시오. 흙을 10cm 단위로 제거하고 각 리프트를 방수포의 맨 끝에 놓고 덩어리를 부수고 큰 암석을 제거하면서 증가할 때마다 더 가까이 이동합니다.

다음으로 센서 케이블을 묻기 위해 10cm 이상의 직선적이고 좁은 트렌치를 굴착합니다. 모든 센서를 풀고 트렌치의 한쪽에 놓습니다. 각 센서 깊이에서 1쿼트 냉동 백에 대표적인 토양 샘플을 수집하는 동안 토양 색상이나 질감의 명백한 변화의 깊이에 유의하십시오.

구덩이 면이 수직인지 확인하거나 약간 잘라서 각 센서가 그 위에 방해받지 않는 흙이 있는지 확인하십시오. 먼저 50cm 센서를 삽입하고 센서를 토양에 수평으로 밀어 넣고 센서를 흔들지 않도록 하면 틈이 생길 수 있습니다. 필요한 경우 지렛대를 사용하여 센서를 부드럽게 밀어 넣어 타인이 토양에 완전히 박혔는지 확인합니다.

각 센서 케이블을 구덩이의 같은 쪽에 배치하여 굴착 구덩이 바닥에 걸 수 있도록 합니다. 발굴 된 구멍과 센서의 사진을 줄자로 측정하십시오. 100cm 센서의 경우 100cm에서 센서 타인 길이의 절반을 뺀 값(이 경우 94cm)까지 구멍을 파십시오.

설치 도구를 사용하여 센서를 구멍 바닥에 밀어 넣어 수직으로 설치하십시오. 굴착 된 토양으로 오거 구멍을 다시 포장하십시오. 트렌치의 모든 센서 케이블을 PVC 도관 섹션과 격벽 커넥터를 통해 인클로저로 배선하여 인클로저로 들어갑니다.

그런 다음 케이블 렌즈를 하단 인클로저 포트로 당기고 지퍼 타이로 고정한 다음 5개의 센서를 연결합니다. 볼륨이tag직류 전압에 대해 DC로 설정된 멀티미터를 사용하여 배터리의 e가 충분합니다.tage. 그런 다음 검은색 음극선의 단자 커넥터를 배터리의 접지 음극 포스트에 있는 스페이드 단자 위로 밀고 빨간색 선을 양극 배터리 포스트 위로 밉니다.

시스템 전원을 켜려면 배터리 케이블을 DCP에 꽂습니다. 데이터 제어 플랫폼 소프트웨어를 실행한 후 노트북을 데이터 제어 플랫폼에 연결하고 모든 센서가 숫자 값을 보고하는지 확인합니다. 지면 아래의 모든 기능과 케이블이 인클로저로 라우팅되면 전기 퍼티로 지상 및 지하 인클로저 개구부를 채우고 밀봉합니다.

방수포에 가장 가까운 더 깊은 굴착 토양을 사용하여 바닥에서 시작하여 위로 작업하여 각 센서 헤드 주위에 흙을 손으로 포장하여 센서를 방해하지 않고 잘 압축되었는지 확인합니다. 10cm 리프트로 피트를 채우고 20cm 센서에 도달할 때까지 표면을 매끄럽게 하고 압축합니다. 센서 헤드 주변의 흙을 손으로 감싸고 표면에 도달할 때까지 10cm 리프트로 위쪽으로 계속 올라갑니다.

방수포에서 더 깊은 흙으로 조심스럽게 덮고 흙을 구덩이 바닥으로 압축하여 케이블을 고정하고 어떤 힘으로도 아래로 당기지 않도록 주의하십시오. 계기 마스트에서 북쪽, 남쪽, 동쪽 및 서쪽 방향으로 완성된 스테이션의 사진을 찍습니다. 센서 설치 위치를 플래그 지정 또는 기타 별개의 항목으로 설명합니다.

이 현장 설치는 시간별 공기 및 토양 온도, 토양 수분 함량, 일일 강수량, 토양 수분 저장 및 시간 경과에 따른 변화를 보고합니다. 결과는 지표 근처의 토양 수분 함량이 급격히 증가한 것으로 나타났으며, 각 폭풍 이후 더 깊은 곳에서 지연된 증가를 보여줍니다. 2022년 2월 초와 4월의 행사 기간 동안 100cm의 가장 깊은 센서는 입방 미터당 0.33입방미터의 고원에 도달하여 포화 기간을 나타냅니다.

미시시피의 유사한 설치의 경우, 토양 수분 함량은 강우 0.60 밀리미터 후 모든 깊이에서 입방 미터당 40 입방 미터에 도달 한 반면, 다른 70 밀리미터는 토양 수분 저장에 영향을 미치지 않아 포화 초과 유출을 시사합니다. 몬태나에 있는 유사한 설치의 경우 얼어붙은 토양과 적설로 인해 3월 중순에 토양 수분 함량이 급격히 감소한 후 강수량 표시 없이 해동 중에 증가했습니다. 스파이크, 단계 변경 및 진동과 같은 불규칙한 센서 동작에 주의하여 설치 불량 또는 센서 고장을 나타낼 수 있습니다.

센서 삽입은 특히 암석, 뿌리 또는 건조한 토양에서 어려울 수 있습니다. 센서 헤드가 토양과 같은 높이로 밀려났는지 확인하십시오. 이 프로토콜은 가뭄 모니터링, 물 공급 예측, 유역 및 농업 관리, 작물 계획을 포함한 광범위한 응용 분야에서 보다 조화되고 균일한 토양 수분 함량 데이터로 이어질 것입니다.

National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network는 토양 수분 측정, 해석 및 적용에 관한 실천 커뮤니티를 구축하고 있습니다. 데이터 제공자, 연구원 및 대중을 연결하는 사람들의 네트워크입니다. 자세한 내용은 설명서를 참조하세요.