Name: in situ soil moisture sensors in undisturbed soils
Uploaded: 2022-11-18T14:10:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils at JoVE.com

Forfatterne anerkender økonomisk støtte fra NOAA-NIDIS, National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN) og USGS Next Generation Water Observation Systems (NGWOS) -programmet. Vi takker medlemmer af NCSMMN's forretningsudvalg, herunder B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda og M. Woloszyn for input til denne protokol. Vi takker M. Weaver (USGS) for deres indledende gennemgang af udkastet til protokol.

Enhver brug af handels-, firma- eller produktnavne er kun til beskrivende formål og indebærer ikke godkendelse fra den amerikanske regering. Denne artikel er et amerikansk regeringsværk og er offentligt tilgængelig i USA. USDA er en arbejdsgiver og udbyder med lige muligheder.

Jordfugtighedstilstand er et resultat af mange forskellige miljøfaktorer, herunder nedbør, vegetation, solindstråling og relativ fugtighed sammen med jordhydrauliske og fysiske egenskaber. Disse interagerer over rum og tid i forskellige rumlige og tidsmæssige skalaer. For at modellere og forudsige vand-, energi- og kulstofkredsløbene er det nødvendigt at forstå SWC-tilstanden. En af de mest almindelige typer automatiserede måleteknologier er en elektromagnetisk SWC-sensor med tænder, der er beregnet til at blive indsat in situ i uforstyrret jord. Denne protokol er designet til at give vejledning til processen med installation af disse almindelige typer nedgravbare sensorer. Nøjagtighed, ydeevne og omkostninger er typisk proportionale med sensorernes driftsfrekvens; Lavfrekvente sensorer koster mindre, men er mere forvirrede af jord- og miljøfaktorer45. Jord- eller stedspecifik kalibrering kan forbedre nøjagtigheden af lavfrekvente sensorer. Målemetoden påvirker også sensorens ydeevne på grund af den underliggende fysik i det elektromagnetiske felt (EMF).
To store elektromagnetiske fysiske love styrer elektromagnetisk sensing. Den ene er Gauss' lov, som beskriver, hvordan sensorens udbredte EMF er afhængig af både mediets ε og BEC. Permittiviteten øges med SWC, men det gør BEC også. Derfor påvirkes sensorer, der er afhængige af Gauss' lov, af SWC, BEC og temperatureffekten på BEC samt enhver interferens fra saltholdigheden. Kapacitansfølermetoder adlyder Gauss' lov og er derfor mere tilbøjelige til disse virkninger46. Derudover beskriver Gauss 'lov afhængigheden af kapacitansen af en geometrisk faktor, som ændrer sig med formen af EMF i jorden. Forskning har vist, at EMF-formen ændrer sig med jordstrukturen og den lille rumlige variation i vandindholdet omkring sensortænderne. Lille rumlig variation i vandindhold og jordstruktur er stor i de fleste jordarter, hvilket resulterer i geometriske faktorændringer og deraf følgende kapacitansændringer, der ikke har meget at gøre med ændringer i jordens gennemsnitlige vandindhold. Disse faktorer reducerer kapacitanssensorens nøjagtighed og øger datavariabiliteten46,47,48. Impedans- og transmissionslinjeoscillationsmetoderne afhænger også af Gauss' lov, mens tidsdomænereflektometri og tidsdomænetransmissometrimetoder afhænger af Maxwells ligninger, som ikke inkluderer en geometrisk faktor og ikke er afhængige af BEC. Selvom ingen sensor er problemfri, har tidsdomænemetoderne tendens til at være betydeligt mere nøjagtige og mindre forudindtagede end både kapacitans- eller impedansbaserede metoder.
Der er flere kritiske trin i proceduren. For et sparsomt netværk er korrekt valg af placering og sensorplacering nødvendig for at have den mest passende rumlige repræsentation af SWC. Valg af lokalitet kan i højere grad påvirkes af eksterne faktorer, såsom adgang til jord eller andre krav til atmosfærisk overvågning, hvor jordfugtigheden er den supplerende måling. Meso-skala meteorologiske steder er placeret på brede og åbne, velplejede græsklædte overflader for at minimere eventuelle mikroskalapåvirkninger. Sådanne placeringer kan være mindre ideelle til SWC-overvågning. Hvis det er relevant, bør trådløse sensorteknologier overvejessom 49,50,51,52,53 for at muliggøre SWC-overvågning uden for den eksisterende miljøovervågningsstation og i repræsentativ jord. Det er udfordrende at arbejde omkring aktiv landbrugsdrift og vandingsudstyr. De fleste netværk (f.eks. SCAN og USDA-ARS) forbliver i udkanten af markerne for at undgå jordbearbejdningsaktiviteter såsom plove eller høstmaskiner, der kan skære kablerne og afdække sensorer. Enhver in situ-sensor og ethvert kabel skal være tilstrækkeligt nedgravet og have en tilstrækkelig lav overfladeprofil til at undgå at udlede med operationer på gården. Trådløse systemer53 og aftagelige borehulssensorer47 kan være mere passende. Grundvandsbesparelse ved hjælp af storstilet, jordfugtighedsbaseret kunstvanding54 er et voksende felt for SWC-sensorer; denne protokol vedrører rumligt repræsentative langsigtede SWC-data i uforstyrret jord.
Nogle jordarter er vanskeligere at måle end andre. I stenet, gruset eller meget tør jord kan det være umuligt at indsætte tænderne uden skader. En mulighed er at udgrave jordgraven og lægge sensorerne på plads, mens de genopfyldes, og forsøger at komprimere til den originale BD. Stenet jord har tendens til at have ringe struktur, som sandsynligvis vil helbrede efter flere befugtnings- og tørringscyklusser; En sådan forstyrrelse er dog måske aldrig rigtig repræsentativ for stedets jordhydrologi. Alternativt, hvis sensorer er installeret i bunden af sneglehuller, kan den fjernede jord sigtes for at fjerne sten og pakkes om i hullet lige dybt nok til at rumme sensortænderne. Sensoren kan derefter installeres lodret, og sneglehullet genopfyldes med den resterende ikke-sigtede jord med hyppig komprimering, når jord tilsættes.
Rødder i skovjord udgør lignende udfordringer som sondeindsættelse, men rødder kan skæres i nogle situationer. Skovjord har ofte organiske (O) horisonter oven på mineraljorden, som kan have meget lav BD og højt specifikt overfladeareal med store mængder bundet vand, hvilket resulterer i meget ikke-lineære sensorresponser ved højere SWC'er55. Desuden indstiller udøveren nul-datumet som enten toppen af O-horisonten eller mineraljord-noteringen som i metadataene. Lerrig jord og ekspansiv ler med højt krympe-/svulmepotentiale kan være ekstremt ledende for elektromagnetiske signaler, når de er våde og kan revne, når de er tørre. Sådanne jordarter kan have brug for yderligere korrektioner for at få rimelig SWC fra de rå målinger56,57. I lavvandede jordarter kan man støde på grundfjeld eller en restriktiv jordhorisont (f.eks. caliche eller hardpan), før man når den ideelle maksimale dybde. Det kan være nødvendigt at ændre placering eller simpelthen ikke installere de(n) dybere sensor(er). Overdreven tør eller våd jord kan være udfordrende, og det er også at foretrække at vælge installationsdatoer uden for sæsonbestemte ekstremer. Tør jord kan være meget stærk, og det kan vise sig umuligt at indsætte en sensor uden skader. Om nødvendigt kan forskruede huller fyldes med vand for at blødgøre pitfladen, selvom det kan tage lidt tid, før jorden vender tilbage til en naturlig tilstand. Våd jord kan være for svag til at understøtte grubeflader, eller grøften kan fyldes med vand. Det er også lettere at overkomprimere en våd jord.
Sensoroutputtet skal omfatte permittivitet, ikke kun SWC, så korrektioner eller jordspecifikke kalibreringer kan foretages senere. Højfrekvente sensorer er mere velegnede i jord med høj BEC, mens kortere tænder kan være lettere at installere i mere kompakte jordarter. Måske er det mest kritiske trin imidlertid jordkontakt; Dårlig kontakt nedbryder signalet fra enhver elektromagnetisk sensor. Endelig lyder genopfyldning af udgravningen trivielt, men det er nøglen til at minimere præferencestrømmen ind i sensorområdet, holde kabler beskyttet og afskrække dyr fra at forstyrre området. En jord- eller stedspecifik kalibrering kan forbedre sensorens nøjagtighed, men kræver flere detaljer, end det er muligt i denne protokol. Markjord, der justeres eller ompakkes til forskellige SWC-niveauer, er ideel til at kontrollere responsens linearitet og kan fungere som stedspecifik kalibrering for nogle sensortyper21. Dielektriske væsker kan også være effektive medier til at kontrollere sensorrespons58. Temperaturstyrede vandbade kan bruges til at forbedre jordtemperaturkalibreringer59. Denne protokol er det første skridt i retning af etablering af en standardprocedure for in situ SWC-sensorinstallation, da der ikke findes nogen eksisterende metode eller nogen accepteret kalibreringsmetode for SWC-sensorer60,61.
Mens SWC-overvågning har været fokus for denne protokol, har metoden begrænsninger, og SWC alene kan ikke give et fuldstændigt billede af jordens vandtilstand. Mange økosystemprocesser reguleres også af jordens vandpotentiale, som mindre almindeligt måles in situ62. Jordvandpotentiale, der for nylig blev gennemgået af S. Luo, N. Lu, C. Zhang og W. Likos 63, er vandets energitilstand; sådanne sensorer kan være mindre påvirket af jordegenskaber og giver kvalitetskontrol for SWC-sensorer64. Desuden omfatter bulkfelt-SWC grus, klipper, rødder og tomrum (f.eks. præferencestrømningsveje). På stedet SWC-sensorer er generelt omplaceret omkring sten og rødder, og det begrænsede målevolumen, koncentreret omkring tænderne, kan gå glip af diskrete, men vigtige aspekter af bulkfeltet SWC.
Denne protokol vil forhåbentlig føre til mere harmoniserede og ensartede SWC-data til en lang række applikationer, herunder tørkeovervågning, vandforsyningsprognoser, vandområdeforvaltning, landbrugsforvaltning og afgrødeplanlægning. Fremkomsten af teledetektionsplatforme4 har i høj grad forbedret muligheden for at estimere SWC globalt, men disse produkter har brug for jordvalidering, som stadig kun med rimelighed indsamles af in situ-netværk 65. Computerfremskridt har gjort det muligt at udvikle SWC-modellering66 med hyperopløsning, hvilket giver SWC-status med høj opløsning og sub-daglig tilstand, men disse produkter har også brug for in situ-estimater af SWC for at give et vist grundlag for beregning af usikkerhed. Ofte er det første spørgsmål, der stilles, når et nyt produkt introduceres, "hvad er usikkerheden?" For SWC-produkter er den primære sammenligning for validering in situ-netværksdata 67.
Der har været nylige netværksudvidelser forbundet med National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN), herunder US Army Corps of Engineers Upper Missouri River Basin jordfugtighedsprojekt og NOAA-støttet sydøstlige amerikanske netværksopbygning, alle designet til at forbedre forudsigelse, overvågning af vandfare og yde beslutningsstøtte til ressourcestyring. Sikkerhed og nøjagtighed af SWC-estimater for sådanne applikationer kan kun opnås med grundige protokoller og procedurer, der giver tillid til dataintegritet. NCSMMN er en føderalt ledet indsats med flere institutioner, der sigter mod at yde bistand, vejledning og støtte ved at opbygge et praksisfællesskab omkring jordfugtighedsmåling, fortolkning og anvendelse - et "netværk af mennesker", der forbinder dataudbydere, forskere og offentligheden68. Denne protokol er et produkt af NCSMMN-indsatsen. En arbejdsgang til datakvalitetskontrol er på vej.

Jordfugtighed blev for nylig anerkendt som en væsentlig klimavariabel i det globale observationsklimasystem1. Jordfugtighed eller kvantitativt volumetrisk jordvandindhold (SWC) spiller en vigtig rolle i opdeling af strømmen af indgående stråling i latent og fornuftig varme mellem jordens overflade og atmosfæren og opdeling af nedbør mellem afstrømning og infiltration2. Den rumlige tidsmæssige variation i jordfugtigheden på punkt-, mark- og vandskelskalaer komplicerer imidlertid vores evne til at måle SWC i den passende skala, der er nødvendig for at opfylde forsknings- eller ledelsesmål3. Nye metoder til kvantificering af SWC, herunder jordbaserede netværk af in situ-sensorer , proksimale detektorer og telemåling, giver unikke muligheder for at kortlægge variationen af SWC ved en hidtil uset opløsning4. På stedet SWC-sensorer leverer de mest tidsmæssigt kontinuerlige og dybdespecifikke dataposter, men er også underlagt små sensormængder og lokal skalavariation, der er iboende i jordegenskaber, topografi og vegetationsdække5.
Desuden mangler der standarder eller bredt accepterede metoder til installation, kalibrering, validering, vedligeholdelse og kvalitetskontrol af in situ SWC-sensorer. Jordfugtighed er i sagens natur en udfordrende parameter at måle og kan være den sværeste variabel at kvalitetssikre6. Mens generelle protokoller for SWC-dataindsamling er blevet udarbejdet af Det Internationale Atomenergiagentur7, Udvalget for Jordobservationssatellitter8, føderale agenturrapporter9 og American Association of State Climatologists10, er der begrænset specifik vejledning om installation, vedligeholdelse, kvalitetskontrol og verifikation af SWC-data fra begravet in situ Sonder. Dette har gjort vedtagelsen af sådanne teknologier udfordrende for operationelle overvågningsnetværk, såsom statslige Mesonets, at tilføje SWC-målinger. På samme måde er det også udfordrende for operationelle hydrologer, for eksempel på flodprognosecentre, at indarbejde disse data i deres arbejdsgang. Formålet med denne videografi og ledsagende papir er at give en sådan vejledning og dokumentere en sammenhængende installationsprotokol for nedgravede in situ SWC-sonder.
Valg af placering til in situ-overvågning af jordfugtighed Jordbunden inden for ethvert interesseområde (AOI) dannes gennem en unik og koblet feedback over tid mellem topografi, økologi, geologi og klima11,12. SWC's variation på tværs af landskaber gør valg af sted til et kritisk aspekt for enhver jordfugtighedsundersøgelse. For nogle forskningsmål kan et sted vælges til at repræsentere et bestemt træk eller mikrosite på landskabet eller økosystemet. Med henblik på overvågningsnet bør lokaliteten være rumligt repræsentativ for en større landskabskomponent. Målet er at finde en placering, der giver den bedste rumlige repræsentation af AOI. I marken skal der tages mere pragmatiske hensyn, såsom kravene til andre meteorologiske instrumenter, tilgængelighed eller tilladelse. Den dominerende jordbundskortenhed inden for AOI er dog normalt en god rumlig repræsentation af miljøforholdene i et større område13. Den dominerende jordbundskortenhed kan bestemmes ved hjælp af Web Soil Survey (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/); Denne jordkortenhed skal også verificeres med en lav grop eller testhul.
En typisk overvågningsstation kan optage 5-50 m2, afhængigt af sensorbehovet og antallet af supplerende målinger. Figur 1 viser en typisk overvågningsstation med et 3 m tårn, der indeholder et anemometer for vindhastighed og retning, en lufttemperatur- og relativfugtighedssensor, et pyranometer til solstråling og et National Electrical Manufacturers Association (NEMA) vejrbestandigt og vandtæt kabinet (NEMA-rating 4). NEMA-kabinettet huser datakontrolplatformen (DCP), mobilmodem, solpanelopladningsregulator, batteri og anden relateret hardware (se materialetabel; Systemkomponenter). Tårnet giver også en platform til kommunikationsantennen, solpanelet og lynstangen. En flydende nedbør (PPT) gage er også typisk inkluderet, som skal placeres væk fra tårnet og i den lavest mulige højde for at reducere vindeffekter på PPT-fangst. SWC-sensorerne skal installeres i tilstrækkelig afstand (3-4 m) og opad, så der ikke er nogen potentiel interferens fra tårnet på hverken nedbør eller landstrøm. Eventuelle tilhørende kabler skal nedgraves i ledninger mindst 5 cm under overfladen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> Figur 1: En typisk overvågningsstation. USDA SCAN indsamler timeinformation om jordens vandindhold og temperatur ved standarddybder (5, 10, 20, 50 og 100 cm), lufttemperatur, relativ luftfugtighed, solstråling, vindhastighed og retning, nedbør og barometrisk tryk. Der er over 200 SCAN-steder i hele USA. Forkortelser: SCAN = Soil Climate Analysis Network; NEMA = National Electrical Manufacturers' Association. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Måledybde, orientering og antal sensorer På stedet SWC-sensorer installeres typisk vandret for at repræsentere specifikke dybder i jorden (figur 2). Føderalt finansierede, nationale netværk såsom Soil Climate Network (SCAN)14, Snow Telemetry Network (SNOTEL)15 og U.S. Climate Reference Network (USCRN)16 måler SWC ved 5, 10, 20, 50 og 100 cm. Disse dybder blev nået ved konsensus under udviklingen af SCAN af forskellige årsager. Dybden på 5 cm svarer til teledetektionsfunktioner17; 10 og 20 cm dybder er historiske målinger for jordtemperatur18; 50 og 100 cm dybder fuldender rodzone jord, vandopbevaring.
Sonder kan orienteres lodret, vandret eller skråt/vinkles (figur 3). Horisontal installation er mest almindelig for at opnå en ensartet jordtemperaturmåling på en diskret dybde. Mens sensoren kan være centreret i en diskret dybde, er SWC-måling et volumen omkring tænderne (dvs. elektroderne), som kan variere med fugtighedsniveauer, målefrekvens og installationens geometri (vandret, lodret eller vinklet). Ved vandret installation integrerer sensorvolumenet fugt over og under dybden, og 95% af sensorvolumenet er typisk inden for 3 cm fra tænderne19. Lodrette eller vinklede installationer integrerer SWC langs tænderne, så lodret installation kan repræsentere lageret i hele sensordybdens længde20. Nogle sensorer måler ikke jævnt langs deres tænder. For eksempel er transmissionslinjeoscillatorer mere følsomme over for fugt nær sondehovedet, hvor de elektromagnetiske impulser genereres21. Lodrette installationer er mere velegnede til dybere sonder, hvor temperatur- og fugtgradienter har tendens til at blive reduceret.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> Figur 2: Installation af in situ SWC-sensorer. Vandret sensorplacering på valgte dybder ved hjælp af (A,B) en referencejig med nuldybde og (C) et nuldybdebræt eller (D) et skovlhåndtag med nuldybde som reference. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> Figur 3: Sondernes orientering lodret, vandret eller skråt . (A) Skrå og lodret indsættelse og (B) vandret-lodret indsættelse og vandret-vandret indsættelsescenterdybde for en trefarvet SWC-sensor. Forkortelse: SWC = jordens vandindhold. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Installation til dybder mindre end 50 cm er relativt intuitiv, mens dybere sensorer kræver lidt mere indsats. Rodzone SWC eller profil jordvandsopbevaring kræver typisk målinger til 1 eller 2 m. Som illustreret i denne protokol afsluttes 0-50 cm installationer i en udgravet grube eller sneglehul med sonder installeret vandret i den uforstyrrede jord, hvilket minimerer overfladeforstyrrelsen. For dybere sensorer (f.eks. 100 cm) installerer både SCAN og USCRN sensoren lodret i separate, håndsneglede huller ved hjælp af en forlængerstang (figur 4).
I betragtning af SWC's heterogenitet, især nær overfladen, og sensorernes små målevolumener giver tredobbelte målinger mulighed for en bedre statistisk repræsentation af SWC. En profil af in situ-sensorer er dog typisk for de fleste netværk (f.eks. SCAN og SNOTEL). USCRN bruger tre profiler med en afstand på 3-4 m fra hinanden til at foretage tredobbelte målinger ved hver dybde16. Desuden tilføjer redundans i måling robusthed og kontinuitet til stationsposten, hvis der er økonomiske ressourcer til rådighed.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> Figur 4: Installation af sensorer. (A) Lavvandede sensorer installeres typisk vandret i sidevæggen i en udgravet jordgrav. For dybere sensorer bruges (B) en håndsnegl til at grave et hul til dybde ved hjælp af en nuldybdereference (f.eks. Træ, der spænder over grøften), og sensorerne skubbes lodret ind i bunden af huller ved hjælp af (C) en sektion af PVC-rør, der er modificeret for at sikre sensoren og kablet under installationen eller (D) et installationsværktøj. Jordlag noteres som muldjord (A-horisont) og undergrundshorisonter med translokeret ler (Bt) og karbonatakkumulering (Bk). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
In situ SWC-sensortype Kommercielt tilgængelige sensorer udleder SWC fra den målte respons på et elektromagnetisk signal, der udbredes langs tænder i direkte kontakt med jorden22. Nedgravede sensorer falder i fem klasser afhængigt af typen af elektromagnetisk signal, der udbredes, og metoden til måling af responsen: kapacitans, impedans, tidsdomænereflektometri, tidsdomænetransmissometri og transmissionslinjesvingning (supplerende tabel S1 med links til hver producents oplysninger). Disse teknologier har tendens til at gruppere efter driftsfrekvens og producent. Længere tænder integrerer et større volumen jord; De kan dog være vanskeligere at indsætte og er mere udsat for signaltab i jord med ler og højere elektrisk ledningsevne i bulk (BEC). Producenter rapporterer SWC-målefejl på 0,02-0,03 m 3 m-3, mens brugerne typisk finder disse betydeligt større23. Korrekt kalibrering og standardisering af elektromagnetiske sensorer forbedrer ydeevnen22; Disse jordspecifikke kalibreringer ligger imidlertid uden for denne protokols anvendelsesområde, som fokuserer på installation.
Valg af sensor skal tage højde for det ønskede output, målemetode, driftsfrekvens og kompatibilitet med andre målinger. Før 2010 var de fleste SWC-sensorer analoge og krævede, at DCP foretog målinger af differensspændinger, modstande eller pulstal, hvilket krævede dyrere komponenter og individuelle kanaler (eller multiplexere) for hver sensor. Nu giver seriel datagrænseflade ved 1.200 baud (SDI-12) kommunikationsprotokoller (http://www.sdi-12.org/) smarte sensorer mulighed for at implementere interne målealgoritmer og derefter overføre digitale data langs et enkelt kommunikationskabel. Hver sensor kan forbindes sammen i rækkefølge (dvs. en daisy chain) ved hjælp af en fælles ledning forbundet med håndtagsmøtrik eller terminalblokstik (figur 5), hvor hver sensor har en unik SDI-12-adresse (0-9, a-z og A-Z). Den fælles kommunikationsledning af SDI-12-sensorer danner et enkelt kredsløb sammen med en strøm- og jordledning. Multiplexere eller målinger ved DCP er ikke påkrævet; i stedet sender og modtager DCP'en simpelthen digitale kommandoer og tekstlinjer. Mange SDI-12 SWC-sensorer inkluderer også jordtemperatur, relativ permittivitet (ε) og BEC-målinger. Sådanne målinger er nyttige til sensordiagnostik og jordspecifik kalibrering. På dette tidspunkt har brugeren valgt et sted, bestemt sensortype, antal og dybder og opnået alle de nødvendige hardware- og feltværktøjer (materialetabel). Således kan de fortsætte til installationsprotokollen.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> Figur 5: Ledningssplejsningsstik og klemmeblokke, der bruges til at forbinde almindelige strøm-, jord- og kommunikationsledninger til en enkelt indgang på dataindsamlingsplatformen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>System components, essential</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>This system is the typcial micro-station used in the TxSON soil moisture network. The TxSON meteorlogical station is listed under optional components. https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.2136/vzj2019.04.0034&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery, sealed rechargable 12 V 12 AH&#160;</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>BP12</td>
			<td>7 amp-hour (AH) minimum</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Charging regulator</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CH200</td>
			<td>Charge regulator, needed for any unregulated solar panel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Conduit, schedule 40 PVC, 1 to 2&#34; diameter&#160;&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Diameter sized appropriate to number of sensors and cable thickness. Length dependent on height of enclosure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data aquistion software</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>PC400</td>
			<td>Free versions with limited programability, for more basic applications, manual downloads and simple sensor configurations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data control platform</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CR300</td>
			<td>Any SDI-12 compatible DCP is sufficint. Many also have integrated cellular modems available&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enclosure (NEMA), 10 x 12 inch, -DC 2 conduits for cables, -MM tripod mast mount</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>ENC10/12-DC-MM</td>
			<td>Two bottom conduits are required for above and below ground instruments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mounting pole (47 inch) with pedestal legs</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CM305-PL</td>
			<td>Smaller footprint, not tall enough for weather sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rain Gage with 8 in. Orifice, 20 ft of cable</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>TE525WS-L20-PT</td>
			<td>Recommend installing rain gage on a separate vertical pole some distance from the instrument stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensors, 12 cm water content reflectometer, 17ft cable, -VS SDI-12 address varies</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CS655-17-PT-VS</td>
			<td>See Supplement Table 1 for more options&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solar panel, 20 W</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>SP20</td>
			<td>Use higher wattage panels for northern sites and lower for southern sites with higher exposre</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>System components, optional</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellular Antenna, 2 dB multiband omnidirectional&#160;</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>32262</td>
			<td>Directional antennas can improve signal, if the tower location is known.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellular modem for Verizon/ATT</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CELL210/205</td>
			<td>Provider is site-dependent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crossarm mount, 4 feet</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CM204</td>
			<td>Ideal for mounting 2 m sensors&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data aquistion software, advanced</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>Loggernet</td>
			<td>More advanced commercial sofware that includes remote communications options and advanced programming</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DIN Rail Perforated Steel</td>
			<td>Phoenix Contact</td>
			<td>1207639</td>
			<td>Used to mount terminal blocks inside enclosure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized steel water pipe, 1.5 or 2 inch diameter, 10 ft in length</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>The most economical option for an instrument mast. Can be cut to length. Replaces the 47 inch mounting pole with legs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instrument tripod, 10 foot stainless-Steel with grounding kit</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CM110</td>
			<td>Taller instrument stand for 2 m meteorologic sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lever nut connectors, five ports (Figure 5)</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>222-415/VE00/1000</td>
			<td>Connect one SDI-12 wire to 4 sensor wires. Alternative to DIN rail.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Null modem cable&#160;</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>18663</td>
			<td>Inteface cable between DCP with modem. Not required for integrated cellular modems</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plug-in bridge - FBS 3-5</td>
			<td>Phoenix Contact</td>
			<td>3030174</td>
			<td>Used to connect the curcuit of multiple terminal blocks. Available at mouser.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Secure Set Foam, 10 Post Kit (2 gallon)</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Altnerative to concrete when using a steel pipe mast or for precipation gage pole. Two part foam mixture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor, air temperature and relative humidity, 10 ft cable&#160;</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>HygroVUE10-10-PT</td>
			<td>Lower accuracy and pression option. Replacable chips are the fastest means to meet annual calibration cycles.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor, solar radiation pyranometer, digital thermopile&#160;</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>CS320</td>
			<td>Most inexpensive, ISO class C (second class). Better options are available but much more expensive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor, wind speed anemometer, 10 ft cable</td>
			<td>Met One</td>
			<td>014A-10</td>
			<td>More expensive options include wind direction, or sonic sensors with no moving parts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solar shield for air temperature and relative humidity sensor</td>
			<td>Campbell Scientific&#160;</td>
			<td>RAD10E</td>
			<td>All air temperature sensors require sheilded from the sun</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Terminal blocks (Figure 5), feed-through&#160;</td>
			<td>Phoenix Contact</td>
			<td>3064085</td>
			<td>The most secure method to connect multiple SDI-12 sensor wires. Available at mouser.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field tools, essential</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freezer bags: quart and gallon sized</td>
			<td>Any grocery store</td>
			<td></td>
			<td>Storage for soil samples collected for characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miscellaneous digging tools including hand trowl, flat spade, and pointed spade</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Backup tools to aid excavation&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shovel (Sharpshooter) 16 in. D-handle drain spade</td>
			<td>Razorback</td>
			<td></td>
			<td>Manual tool for excavating soil pit. Any narrow pointed spade will work.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shovel, trenching, 4 in wide steel blade&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Ideal trenching tool for burying cable or conduit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil auger (&#60;4 in diameter) with T-handle or and extension bar as needed for r test holes</td>
			<td>AMS Samplers</td>
			<td>400.06</td>
			<td>Recommended for test holes. The auger type should match soil, but &#39;regular&#39; performs well in most soils</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tarp (plastic) or plywood sheet</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Soil management during excavation and trenching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field tools, optional</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2,000 lb Mini Excavator</td>
			<td>Sunbelt Rentals</td>
			<td>350110</td>
			<td>Rental equipment for mechanical excavation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Breaker or digging bar</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Useful to break rocks and cut roots during excavation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Galvanized Cattle Fence Panel, 16 ft x 50 in</td>
			<td>Tractor Supply Co.&#160;</td>
			<td>350207799</td>
			<td>Recommend cutting fencing panels into 8&#39; sections</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pick mattock or pulaski&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Great for loosening in hard or rocky soils&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Post Hole Auger Hydraulic Tow Behind with 18&#34; diameter auger</td>
			<td>Sunbelt Rentals</td>
			<td>700033</td>
			<td>Rental equipment for mechanical excavation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Post hole digger, 48 in handle</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Useful to clear soil in bottom of pit, or for test holes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel fence T-posts, 6 feet tall and fence post driver, ~14 lb.</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Fencing support and installation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steel rake</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Ideal for smoothing disturbed soil at field area</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Every Day Carry (EDC), recommendations for any field technician&#39;s toolbag</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable wrench with insulated handle&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Assorted UV-resistant zip ties</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Critical for neat wiring&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diagonal cutting pliers</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Efficient way to cut light and heavy wires and snip zip ties</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital camera, GPS, and compass</td>
			<td>Misc.&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Ideally, these are all on your smartphone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital multimeter</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Key tool for troubleshooting power and connectivity issues in electrical systems</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical tape&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Non-black tape can be used for labeling&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrician&#39;s Puddy for filling entrance holes of enclosures</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Needed to close and seal all conduit ports in the enclosure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hex key sets in both standard and metric sizes</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Required for many sensor mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic torpedo level (8 to 12&#34;)</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Needed to get instrument stand vertical and leveling any meteorlogical sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metric tape measure&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Critical for inserting probes and sampling soils - both use metric depths.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pliers: needle nose, lineman&#39;s, and channel-lock</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Lineman&#39;s pliers are essential for bailing wire fences.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portable drill, bits, nut drivers</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ratchet wrench and appropriate socket sizes&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Ratch wrenches can get into tight spaces around sensor mounts where standard box wrenches do not work</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Safety: first aid kit, water (5 gallons),&#160; trash bags, gloves, sunscreen, insect repellent</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw drivers: small and large size with insulated handles&#160;</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Screws on DCP and terminal blocks are very small. Small flat and phillips heads are required. Larger tools will also come in handy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sharpies, pencils, and notebook</td>
			<td>Forestry Supplier</td>
			<td></td>
			<td>Basic record keeping is essential for metadata</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Step ladder, 6 ft</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Hard to install 2m sensors without a ladder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Utility knife and box cutter</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vegetation control: hand loppers, weed whacker, saw</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Depending on the environment, vegetation can quickly overwhelm a fenced off areas.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire strippers (8-20 gage)</td>
			<td>Any home supply store</td>
			<td></td>
			<td>Essential tool for preparing wires for insertion into DCP or terminal blocks. Self-adjusting strippers are the latest rage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Annual Maintenance Supplies</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Battery cleaner (baking soda) and brush</td>
			<td>Any grocery store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cleaning:compressed air, isopropyl alcohol, tooth brush, pipe cleaners, paper towels&#160;</td>
			<td>Any grocery store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccant, silica gel bags</td>
			<td>Clariant</td>
			<td>Desi Pak</td>
			<td>Reusable after oven drying at 105 &#176;C for over 24 h. Swap out annually.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field calibration device for rain gage</td>
			<td>R.M. Young</td>
			<td>52260</td>
			<td>Device that drips water into a rain gage at varying intensity&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handheld Weather Meter</td>
			<td>Kestrel Instruments</td>
			<td>0830</td>
			<td>Direct measurement of air temperature, relative humidity, and wind speed for field verification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>One quart and one gallon freezer bags</td>
			<td>Any grocery store</td>
			<td></td>
			<td>Storage for any gravimetric soil samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Portable soil moisture sensor&#160;</td>
			<td>Delta-T Devics</td>
			<td>SM150T</td>
			<td>A variety of sensors exist. See evaluation at https://acsess.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/vzj2.20033</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil core sampler, 2-1/4 in. Diameter</td>
			<td>Soilmoisture Equipment Corp.</td>
			<td>0200</td>
			<td>Gravimetric soil moisture and bulk density sampler&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ soil moisture sensors in undisturbed soils

Jordfugtighed påvirker direkte driftshydrologi, fødevaresikkerhed, økosystemtjenester og klimasystemet. Imidlertid har vedtagelsen af jordfugtighedsdata været langsom på grund af inkonsekvent dataindsamling, dårlig standardisering og typisk kort rekordvarighed. Jordfugtighed eller kvantitativt volumetrisk jordvandindhold (SWC) måles ved hjælp af nedgravede in situ-sensorer , der udleder SWC fra en elektromagnetisk reaktion. Dette signal kan variere betydeligt med lokale forhold såsom lerindhold og mineralogi, jordens saltholdighed eller bulkelektriske ledningsevne og jordtemperatur; Hver af disse kan have varierende påvirkninger afhængigt af sensorteknologien.
Desuden kan dårlig jordkontakt og sensorforringelse påvirke kvaliteten af disse aflæsninger over tid. I modsætning til mere traditionelle miljøsensorer er der ingen accepterede standarder, vedligeholdelsespraksis eller kvalitetskontrol for SWC-data. Som sådan er SWC en udfordrende måling for mange miljøovervågningsnetværk at implementere. Her forsøger vi at etablere en fællesskabsbaseret standard for praksis for in situ SWC-sensorer, så fremtidig forskning og applikationer har konsekvent vejledning om valg af sted, sensorinstallation, datafortolkning og langsigtet vedligeholdelse af overvågningsstationer.
Videografien fokuserer på en konsensus mellem flere agenturer om bedste praksis og anbefalinger til installation af in situ SWC-sensorer. Dette papir giver et overblik over denne protokol sammen med de forskellige trin, der er afgørende for SWC-dataindsamling af høj kvalitet og på lang sigt. Denne protokol vil være til nytte for forskere og ingeniører, der håber at implementere en enkelt station eller et helt netværk.

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils at JoVE.com

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

Bestemmelsen af jordens vandindhold er et kritisk missionskrav for mange statslige og føderale agenturer. Denne protokol syntetiserer multi-agency indsats for at måle jordens vandindhold ved hjælp af nedgravede in situ sensorer.

In situ Jordfugtighedssensorer i uforstyrret jord

Soil moisture directly affects operational hydrology, food security, ecosystem services, and the climate system. However, the adoption of soil moisture ...

Jordens vandindhold regulerer mange processer over og under jorden, fra afgrødeproduktion til vejr. Det er for nylig blevet et kritisk missionskrav for mange statslige og føderale agenturer. Denne protokol syntetiserer multi-agency indsats for at måle jordfugtighed ved hjælp af nedgravede in-situ elektromagnetiske sensorer.Denne protokol vil være nyttig for forskere og ingeniører, der håber at implementere en enkelt station eller et helt netværk. Jordens vandindhold blev for nylig anerkendt som en væsentlig klimavariabel i det globale klimaobservationssystem. Alligevel har der været lidt standardisering af praksis med at installere nedgravede in-situ sensorer.Vi håber, at den skriftlige protokol og video kan forbedre dataindsamlingen. Der er ingen nem måde at kontrollere, at en nedgravet jordvandsindholdssensor giver gode data. I første omgang kræver det tillid og sikkerhed, at sensorerne er i god kontakt med jorden, og at installationen ikke påvirker den lokale jordhydrologi.Demonstration af proceduren vil være Alex White, en fysisk videnskabsmand i USDA ARS Hydrologi og Remote Sensing Laboratory her i Beltsville, Maryland. Til at begynde med skal du tilslutte hver sensor separat til en datastyringsplatform. Brug spørgsmålstegnet og udråbstegnet til at forespørge på sensorens adresse, og registrer værdierne sammen med serienummeret og SDI-12-adressen på hver sensor i en laboratoriebog.Mærk derefter sensorhovedet og kabelenden med SDI-12-adressen ved hjælp af en markør. Opsæt sensorerne til jordvandsindhold og eventuelle hjælpesensorer i laboratoriet, tilslut dem til datakontrolplatformen og batteriet, og lad jordvandindholdssensorerne være suspenderet i luften, indsat på tørt sted og / eller nedsænket i vand. Kontroller, at dataene registreres med de relevante hastigheder, og at værdierne er passende.Forespørg placeringen ved hjælp af USDA SoilWeb-appen, og grav et testhul ved hjælp af en gravemaskine til stolpehul. Kontroller, at markteksturen er i overensstemmelse med jordbeskrivelsen. Læg en presenning over udgravningsområdet for at beskytte jordoverfladen mod forstyrrelser.Vikl en sensor ud, og læg sensorhovedet ved pitfladen. Placer derefter kabelenden, hvor instrumentstativet skal placeres, kontroller at kabellængden er korrekt, juster efter behov, og markér stativets placering med et flag. Brug en gravemaskine til at grave stolpehuller ud i et cirka 55 centimeter dybt hul.Ryd hullet op med en skarp spade, og sørg for, at grubefladen er lodret, så hver sensor har uforstyrret jord over sig. Hold hullet og det forstyrrede område så lille som muligt, så det hurtigt kommer sig. Fjern jorden i trin på 10 centimeter, og placer hvert løft på den fjerneste ende af presenningen, bevæg dig tættere på med hvert trin, mens du bryder eventuelle klumper op og fjerner store sten.Udgrav derefter en lige, smal grøft, der er mere end 10 centimeter dyb for at begrave sensorkablerne. Fjern alle sensorerne, og læg dem på den ene side af grøften. Bemærk dybden af eventuelle åbenlyse ændringer i jordfarve eller tekstur, mens du samler repræsentative jordprøver i en frysepose på en liter ved hver sensordybde.Kontroller, at grubefladen er lodret, eller skær let tilbage for at sikre, at hver sensor har uforstyrret jord over sig. Indsæt først 50 centimeter sensoren og skub sensoren vandret ned i jorden, og prøv ikke at vrikke sensoren, da dette kan skabe huller. Brug om nødvendigt gearing til forsigtigt at skubbe sensoren ind, og sørg for, at tænderne er helt indlejret i jorden.Vend hvert sensorkabel til den samme side af gruben, så de kan hænge i bunden af udgravningsgraven. Tag et billede af det udgravede hul og sensorer med et målebånd til skala. For sensoren på 100 centimeter skal du grave et hul til 100 centimeter minus halvdelen af sensorens tandlængde eller 94 centimeter i dette tilfælde.Installer sensoren lodret ved at skubbe den ind i bunden af hullet ved hjælp af et installationsværktøj. Pak sneglehullet med den udgravede jord igen. Før alle sensorkabler fra renden ind i kabinettet i en sektion af PVC-ledning og gennem et skotstik for at komme ind i kabinettet.Træk derefter kabellinsen ind i den nederste kabinetport, fastgør dem med lynlåsbånd, og tilslut de fem sensorer. Kontroller, at spændingen på batteriet er tilstrækkelig ved hjælp af et multimeter indstillet til DC for jævnstrømsspænding. Skub derefter terminalstikket på den sorte negative ledning over spadeterminalen på batteriets jordnegative stolpe og den røde ledning over den positive batteripost.For at tænde for systemet skal du slutte batterikablet til DCP'en. Når du har startet datakontrolplatformsoftwaren, skal du slutte en bærbar computer til datakontrolplatformen og bekræfte, at alle sensorer rapporterer numeriske værdier. Når alt under jorden fungerer, og kablerne er ført ind i kabinettet, skal du fylde og forsegle kabinetåbningerne over og under jorden med elektrisk kitt.Brug den dybere opgravede jord nærmest presenningen til at håndpakke jorden rundt om hvert sensorhoved, starte fra bunden og arbejde op, undgå at forstyrre sensoren og sikre, at den er godt komprimeret. Fyld gruben igen i 10 centimeter løft, udjævn og komprimer overfladen, indtil 20 centimeter sensoren er nået. Håndpak jorden rundt om sensorhovedet, og fortsæt opad i 10 centimeter løft, indtil du når overfladen.Dæk dem forsigtigt med dybere jord fra presenningen, mens du komprimerer jorden i bunden af gruben for at fastgøre kablerne, og pas på ikke at trække dem nedad med nogen kraft. Tag billeder af den færdige station i orientering nord, syd, øst og vest fra instrumentmasten. Afgræns sensorinstallationsplacering med markering eller andre særskilte elementer.Denne feltinstallation rapporterer luft- og jordtemperaturer hver time, jordens vandindhold, daglig nedbør, opbevaring af jordvand og dens ændring over tid. Resultaterne viser en kraftig stigning i jordens vandindhold nær overfladen, med en forsinket stigning på større dybder efter hver storm. Under begivenheder i begyndelsen af februar og april 2022 nåede den dybeste sensor på 100 centimeter et plateau på 0,33 kubikmeter pr. kubikmeter, hvilket indikerer en mætningsperiode.For en lignende installation i Mississippi nåede jordens vandindhold 0,60 kubikmeter pr. kubikmeter på alle dybder efter 40 millimeter nedbør, mens yderligere 70 millimeter ikke påvirkede jordens vandopbevaring, hvilket tyder på mætning overskydende afstrømning. For et lignende anlæg i Montana gav frossen jord og snedække et dramatisk fald i jordens vandindhold i midten af marts og derefter en stigning under optøning uden tegn på nedbør. Vær forsigtig med uregelmæssig sensoradfærd, såsom spidser, trinændringer og svingninger, som kan indikere dårlig installation eller sensorfejl.Sensorindsættelse kan være udfordrende, især i stenet, rodfæstet eller tør jord. Sørg for, at sensorhovedet er skubbet flugtende mod jorden. Denne protokol vil føre til mere harmoniserede og ensartede data om jordens vandindhold til en lang række anvendelser, herunder: tørkeovervågning, vandforsyningsprognoser, vandskel og landbrugsforvaltning og afgrødeplanlægning.National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network bygger et praksisfællesskab omkring måling, fortolkning og anvendelse af jordfugtighed. Det er et netværk af mennesker, der forbinder dataudbydere, forskere og offentligheden. Se dokumentationen for at få flere oplysninger.

Research

JoVE Journal

Environment

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design og drift af en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C og<sup&gt; 15</sup&gt; N Mærkning Afdeling for Uniform eller differentiale, Metabolisk og Konstruktioner, Plant isotopmærkning

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

Integreret Field Lysimetry og porevandet Sampling for vurdering af kemiske Mobilitet i jord og Etableret Vegetation

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Måling af Greenhouse Gas Flux fra landbrugsjorde Brug Static Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

En Bending Test for Bestemmelse af Atterberg Plastic Grænse i Jordbunden

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Ekstraktion og analyse af Mikrobiel Phospholipid fedtsyrer i Jordbunden

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

Vurdering af Labil organisk kulstof i jorden ved hjælp af Sekventiel Gasning Inkuberingsbetingelser Procedurer

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Metoder til Soil Resampling at overvåge ændringer i de kemiske Koncentrationer af skovbundens

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

Protokoller til Kvantificering Omsættelige pesticidrester i slider mere på græsset Systems

Plant canopies in established turfgrass systems can intercept an appreciable amount of sprayed pesticides, which can be transferred through various routes ...

The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

Kalibrering og brug af kapacitans sensorer til at overvåge stilk vandindholdet i træer

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus ...