O teor de água do solo regula muitos processos acima e abaixo do solo, desde a produção agrícola até o clima. Recentemente, tornou-se um requisito de missão crítica para muitas agências estaduais e federais. Este protocolo sintetiza esforços de várias agências para medir a umidade do solo, usando sensores eletromagnéticos in-situ enterrados.
Este protocolo será útil para cientistas e engenheiros que esperam implantar uma única estação ou uma rede inteira. O teor de água do solo foi recentemente reconhecido como uma variável climática essencial no sistema global de observação do clima. No entanto, tem havido pouca padronização para a prática de instalar sensores in-situ enterrados.
Esperamos que o protocolo escrito e o vídeo possam melhorar a coleta de dados. Não há uma maneira fácil de verificar se um sensor de conteúdo de água do solo enterrado está fornecendo bons dados. No início, é preciso confiança e garantia de que os sensores estão em bom contato com o solo e que a instalação não afetou a hidrologia do solo local.
Demonstrando o procedimento estará Alex White, um cientista físico do Laboratório de Hidrologia e Sensoriamento Remoto do USDA ARS aqui em Beltsville, Maryland. Para começar, conecte separadamente cada sensor a uma plataforma de controle de dados. Use o comando de ponto de interrogação e exclamação para consultar o endereço do sensor e registre os valores junto com o número de série e o endereço SDI-12 de cada sensor em um livro de laboratório.
Em seguida, rotule a cabeça do sensor e a extremidade do cabo com o endereço SDI-12 usando um marcador. Configure os sensores de conteúdo de água do solo e quaisquer sensores auxiliares no laboratório, conectando-os à plataforma de controle de dados e à bateria, deixando os sensores de conteúdo de água do solo suspensos no ar, inseridos em local seco e / ou submersos na água. Verifique se os dados são registrados nas taxas apropriadas e se os valores são apropriados.
Consulte o local usando o aplicativo USDA SoilWeb e cave um buraco de teste usando um escavador de furo de poste. Verifique se a textura do campo é consistente com a descrição do solo. Coloque uma lona sobre a área de escavação para proteger a superfície do solo de perturbações.
Desenrole um sensor e coloque a cabeça do sensor na face do poço. Em seguida, posicione a extremidade do cabo onde o suporte do instrumento estará localizado, verificando se o comprimento do cabo está correto, ajuste conforme necessário e marque a localização do suporte com uma bandeira. Usando uma escavadora de postes, escava um buraco de aproximadamente 55 centímetros de profundidade.
Limpe o orifício usando uma pá afiada e certifique-se de que a face do poço seja vertical para que cada sensor tenha solo não perturbado acima dele. Mantenha o buraco e a área perturbada o menor possível para que ele se recupere rapidamente. Remova o solo em incrementos de 10 centímetros e coloque cada elevação na extremidade da lona, aproximando-se a cada incremento, enquanto quebra todos os torrões e remove grandes rochas.
Em seguida, escavar uma trincheira reta e estreita com mais de 10 centímetros de profundidade para enterrar os cabos do sensor. Desenrole todos os sensores e coloque-os de um lado da trincheira. Observe a profundidade de quaisquer mudanças óbvias na cor ou textura do solo enquanto coleta amostras representativas do solo em um saco congelador de um litro em cada profundidade do sensor.
Verifique se a face do poço é vertical ou ligeiramente cortada para garantir que cada sensor tenha solo não perturbado acima dele. Primeiro, insira o sensor de 50 centímetros e empurre o sensor horizontalmente para o solo, tentando não mexer o sensor, pois isso pode criar lacunas. Se necessário, use alavanca para empurrar suavemente o sensor, certificando-se de que os dentes estejam totalmente embutidos no solo.
Oriente cada cabo do sensor para o mesmo lado do poço, permitindo que eles fiquem pendurados no fundo do poço de escavação. Tire uma foto do buraco escavado e sensores com uma fita métrica para escala. Para o sensor de 100 centímetros, cave um buraco a 100 centímetros menos metade do comprimento do sensor, ou 94 centímetros neste caso.
Instale o sensor verticalmente empurrando-o para o fundo do orifício usando uma ferramenta de instalação. Reembale o orifício do trado com o solo escavado. Encaminhe todos os cabos do sensor da trincheira para o gabinete em uma seção de conduíte de PVC e através de um conector de anteparo para entrar no gabinete.
Em seguida, puxe a lente do cabo para a porta inferior do gabinete, prenda-a com zíperes e conecte os cinco sensores. Verifique se a tensão na bateria é suficiente usando um multímetro definido como DC para tensão de corrente contínua. Em seguida, deslize o conector do terminal do fio negativo preto sobre o terminal da pá no poste negativo do solo da bateria e o fio vermelho sobre o poste positivo da bateria.
Para ligar o sistema, conecte o cabo da bateria ao DCP. Depois de iniciar o software da plataforma de controle de dados, conecte um laptop à plataforma de controle de dados e confirme se todos os sensores relatam valores numéricos. Uma vez que tudo abaixo do solo funcione e os cabos tenham sido encaminhados para o gabinete, encha e sele as aberturas do gabinete acima e abaixo do solo com massa elétrica.
Usando o solo escavado mais profundamente mais próximo da lona, embale manualmente o solo ao redor de cada cabeça do sensor, começando do fundo e trabalhando, evitando perturbar o sensor e garantindo que ele esteja bem compactado. Encha o poço em elevadores de 10 centímetros, alisando e compactando a superfície até que o sensor de 20 centímetros seja atingido. Embale manualmente o solo ao redor da cabeça do sensor e continue para cima em elevadores de 10 centímetros até chegar à superfície.
Cubra-os cuidadosamente com solo mais profundo da lona enquanto compacta o solo no fundo do poço para prender os cabos, tomando cuidado para não puxá-los para baixo com qualquer força. Tire fotos da estação concluída nas orientações norte, sul, leste e oeste do mastro do instrumento. Delineie o local de instalação do sensor com sinalização ou outros itens distintos.
Esta instalação de campo relata as temperaturas horárias do ar e do solo, o teor de água do solo, a precipitação diária, o armazenamento de água do solo e sua mudança ao longo do tempo. Os resultados mostram um aumento acentuado no teor de água do solo perto da superfície, com um aumento tardio em maiores profundidades após cada tempestade. Durante eventos no início de fevereiro e abril de 2022, o sensor mais profundo a 100 centímetros atingiu um platô de 0,33 metros cúbicos por metro cúbico, indicando um período de saturação.
Para uma instalação semelhante no Mississippi, o teor de água do solo atingiu 0,60 metros cúbicos por metro cúbico em todas as profundidades após 40 milímetros de chuva, enquanto outros 70 milímetros não afetaram o armazenamento de água do solo, sugerindo excesso de saturação de escoamento. Para uma instalação semelhante em Montana, o solo congelado e a cobertura de neve produziram uma diminuição dramática no teor de água do solo em meados de março, depois um aumento durante o descongelamento, sem qualquer indicação de precipitação. Desconfie do comportamento errático do sensor, como picos, mudanças de passo e oscilações, que podem indicar má instalação ou falha do sensor.
A inserção do sensor pode ser um desafio, particularmente em solos rochosos, enraizados ou secos. Certifique-se de que a cabeça do sensor seja empurrada contra o solo. Este protocolo levará a dados de conteúdo de água do solo mais harmonizados e uniformizados, para uma ampla gama de aplicações, incluindo: monitoramento de secas, previsão de abastecimento de água, gestão de bacias hidrográficas e agrícolas e planejamento de culturas.
A Rede Nacional Coordenada de Monitoramento da Umidade do Solo está construindo uma comunidade de prática em torno da medição, interpretação e aplicação da umidade do solo. É uma rede de pessoas que liga provedores de dados, pesquisadores e o público. Consulte a documentação para obter mais detalhes.
