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

Les auteurs reconnaissent le soutien financier de la NOAA-NIDIS, du National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN) et du programme USGS Next Generation Water Observing Systems (NGWOS). Nous remercions les membres du Comité exécutif du NCSMMN, y compris B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda et M. Woloszyn pour leurs commentaires sur ce protocole. Nous remercions M. Weaver (USGS) pour son examen initial du projet de protocole.

Toute utilisation de noms commerciaux, d’entreprises ou de produits est uniquement à des fins descriptives et n’implique pas l’approbation du gouvernement des États-Unis. Cet article est un travail du gouvernement américain et est dans le domaine public aux États-Unis. L’USDA est un employeur et un fournisseur d’égalité des chances.

L’état d’humidité du sol est le résultat de nombreux facteurs environnementaux différents, y compris les précipitations, la végétation, l’irradiance solaire et l’humidité relative, ainsi que les propriétés hydrauliques et physiques du sol. Ceux-ci interagissent dans l’espace et le temps à différentes échelles spatiales et temporelles. Pour modéliser et prévoir les cycles de l’eau, de l’énergie et du carbone, il est nécessaire de comprendre l’état de SWC. L’un des types les plus courants de technologies de mesure automatisées est un capteur électromagnétique SWC avec des dents destinées à être insérées in situ dans un sol non perturbé. Ce protocole est conçu pour fournir des conseils sur le processus d’installation de ces types courants de capteurs enfouisables. La précision, les performances et le coût sont généralement proportionnels à la fréquence de fonctionnement des capteurs; Les capteurs à basse fréquence coûtent moins cher, mais sont plus confondus par les facteurs du sol et de l’environnement45. L’étalonnage spécifique au sol ou au site peut améliorer la précision des capteurs à basse fréquence. La méthode de mesure affecte également les performances du capteur en raison de la physique sous-jacente du champ électromagnétique (CEM).
Deux lois physiques électromagnétiques majeures régissent la détection électromagnétique. L’une est la loi de Gauss, qui décrit comment le CEM propagé par le capteur dépend à la fois de la ε et du BEC du milieu. Cependant, la permittivité augmente avec CFC, tout comme le CEB. Par conséquent, les capteurs dépendant de la loi de Gauss sont affectés par SWC, BEC et l’effet de la température sur BEC, ainsi que toute interférence de salinité. Les méthodes de détection de capacité obéissent à la loi de Gauss et sont donc plus sujettes à ces effets46. De plus, la loi de Gauss décrit la dépendance de la capacité à un facteur géométrique, qui change avec la forme du CEM dans le sol. La recherche a démontré que la forme des champs électromagnétiques change avec la structure du sol et la variabilité spatiale à petite échelle de la teneur en eau autour des dents du capteur. La variabilité spatiale à petite échelle de la teneur en eau et de la structure du sol est importante dans la plupart des sols, ce qui entraîne des changements de facteurs géométriques et des changements de capacité conséquents qui ont peu à voir avec les changements moyens en vrac de la teneur en eau du sol. Ces facteurs diminuent la précision des capteurs de capacité et augmentent la variabilité des données46,47,48. Les méthodes d’oscillation d’impédance et de ligne de transmission dépendent également de la loi de Gauss, tandis que la réflectométrie dans le domaine temporel et la transmisométrie dans le domaine temporel dépendent des équations de Maxwell, qui n’incluent pas de facteur géométrique et ne dépendent pas de BEC. Bien qu’aucun capteur ne soit sans problème, les méthodes du domaine temporel ont tendance à être sensiblement plus précises et moins biaisées que les méthodes basées sur la capacité ou l’impédance.
Il y a plusieurs étapes critiques dans la procédure. Pour un réseau clairsemé, une sélection appropriée du site et l’emplacement des capteurs sont nécessaires pour obtenir la représentation spatiale la plus appropriée de SWC. Le choix du site peut être davantage influencé par des facteurs externes, comme l’accès aux terres, ou d’autres exigences de surveillance atmosphérique où l’humidité du sol est la mesure auxiliaire. Les sites météorologiques à méso-échelle sont situés sur des surfaces herbeuses larges et ouvertes, bien entretenues afin de minimiser toute influence à l’échelle microscopique. De tels emplacements peuvent être moins idéaux pour la surveillance de CFC. S’il y a lieu, les technologies de capteurs sans fildevraient être envisagées 49,50,51,52,53 pour permettre la surveillance de CFC loin de la station de surveillance environnementale existante et dans un sol représentatif. Travailler autour des exploitations agricoles actives et de l’équipement d’irrigation est un défi. La plupart des réseaux (p. ex., SCAN et USDA-ARS) restent en bordure des champs pour éviter les activités de travail du sol telles que les charrues ou les moissonneuses qui peuvent couper les câbles et déterrer les capteurs. Tout capteur et câble in situ doit être suffisamment enterré et avoir un profil de surface suffisamment bas pour éviter de faire des inférences avec les opérations à la ferme. Les systèmes sans fil53 et les capteurs de forage amovibles47 peuvent être plus appropriés. Conservation des eaux souterraines à l’aide d’une irrigation à grande échelle à base d’humidité du sol54 est un domaine en pleine croissance pour les capteurs SWC; ce protocole porte sur les données à long terme spatialement représentatives de CFC dans les sols non perturbés.
Certains sols sont plus difficiles à mesurer que d’autres. Dans les sols rocheux, graveleux ou très secs, il peut être impossible d’insérer les dents sans aucun dommage. Une option consiste à excaver la fosse de sol et à poser les capteurs en place pendant le remblayage, en essayant de compacter le BD d’origine. Les sols rocheux ont tendance à avoir peu de structure, qui guérira probablement après plusieurs cycles de mouillage et de séchage; Cependant, une telle perturbation peut ne jamais être vraiment représentative de l’hydrologie du sol du site. Alternativement, si des capteurs sont installés dans le fond des trous de tarière, la terre enlevée peut être tamisée pour enlever les pierres et remballée dans le trou juste assez profondément pour accueillir les dents du capteur. Le capteur peut ensuite être installé verticalement et le trou de la tarière rempli à nouveau avec le sol non tamisé restant, avec un compactage fréquent à mesure que de la terre est ajoutée.
Les racines dans le sol forestier posent des défis similaires à l’insertion de la sonde, mais les racines peuvent être coupées dans certaines situations. Les sols forestiers ont souvent des horizons organiques (O) au-dessus du sol minéral, qui peut avoir une très faible BD et une surface spécifique élevée, avec de grandes quantités d’eau liée, ce qui entraîne des réponses de capteurs très non linéaires à des CSC plus élevés55. En outre, le praticien définit le référentiel zéro comme étant soit le sommet de l’horizon O, soit le sol minéral notant qui dans les métadonnées. Les sols riches en argile et les argiles expansives à fort potentiel de rétrécissement / gonflement peuvent être extrêmement conducteurs aux signaux électromagnétiques lorsqu’ils sont mouillés et peuvent se fissurer lorsqu’ils sont secs. Ces sols peuvent nécessiter des corrections supplémentaires pour obtenir un CFS raisonnable à partir des mesures brutes56,57. Dans les sols peu profonds, un substratum rocheux ou un horizon de sol restrictif (p. ex., caliche ou couche dure) peut être rencontré avant d’atteindre la profondeur maximale idéale. Il peut être nécessaire de changer d’emplacement ou simplement de ne pas installer le(s) capteur(s) plus profond(s). Les sols excessivement secs ou humides peuvent être difficiles, et il est également préférable de choisir des dates d’installation en dehors des extrêmes saisonniers. Le sol sec peut être très résistant et il peut s’avérer impossible d’insérer un capteur sans dommage. Si nécessaire, les trous prérogés peuvent être remplis d’eau pour ramollir la taille de la fosse, bien que cela puisse prendre un certain temps avant que les sols ne reviennent à un état naturel. Les sols humides peuvent être trop faibles pour supporter les parois des fosses ou la tranchée peut se remplir d’eau. Il est également plus facile de trop compacter un sol humide.
La sortie du capteur devrait inclure la permittivité, pas seulement SWC, afin que des corrections ou des étalonnages spécifiques au sol puissent être effectués ultérieurement. Les capteurs à haute fréquence sont plus appropriés dans les sols à forte BEC, tandis que les dents plus courtes peuvent être plus faciles à installer dans les sols plus compacts. L’étape la plus critique, cependant, est peut-être le contact avec le sol; Un mauvais contact dégrade le signal de tout capteur électromagnétique. Enfin, le remblayage de l’excavation semble trivial, mais il est essentiel de minimiser le flux préférentiel dans la zone des capteurs, de protéger les câbles et de décourager les animaux de perturber la zone. Un étalonnage spécifique au sol ou au site peut améliorer la précision du capteur, mais nécessite plus de détails que ce qui est possible dans ce protocole. Les sols de terrain ajustés ou réemballés à différents niveaux de SWC sont idéaux pour vérifier la linéarité de la réponse et peuvent servir d’étalonnage spécifique au site pour certains types de capteurs21. Les liquides diélectriques peuvent également être des milieux efficaces pour vérifier la réponse du capteur58. Les bains-marie à température contrôlée peuvent être utilisés pour améliorer les étalonnages de température du sol59. Ce protocole est la première étape vers l’établissement d’une procédure opérationnelle normalisée pour l’installation de capteurs SWC in situ, car il n’existe aucune méthode ni méthode d’étalonnage acceptée pour les capteurs SWC60,61.
Bien que la surveillance de CFC ait été au centre de ce protocole, la méthode a des limites, et SWC seul ne peut pas donner une image complète de l’état de l’eau du sol. De nombreux processus écosystémiques sont également régulés par le potentiel hydrique du sol, qui est moins couramment mesuré in situ62. Le potentiel hydrique du sol, récemment examiné par S. Luo, N. Lu, C. Zhang et W. Likos 63, est l’état énergétique de l’eau; ces capteurs peuvent être moins affectés par les propriétés du sol et assurer le contrôle de la qualité des capteurs SWC64. De plus, le champ en vrac SWC comprend des graviers, des roches, des racines et des espaces vides (p. ex. voies d’écoulement préférentielles). In situ Les capteurs SWC sont généralement repositionnés autour des roches et des racines, et le volume de mesure limité, concentré autour des dents, peut manquer des aspects discrets mais importants du SWC de champ en vrac.
Nous espérons que ce protocole conduira à des données de CFC plus harmonisées et uniformes pour un large éventail d’applications, y compris la surveillance de la sécheresse, la prévision de l’approvisionnement en eau, la gestion des bassins versants, la gestion agricole et la planification des cultures. L’avènement des plates-formes de télédétection4 a grandement amélioré la capacité d’estimer SWC à l’échelle mondiale, mais ces produits nécessitent une validation au sol, qui n’est encore raisonnablement recueillie que par les réseaux in situ 65. Les progrès informatiques ont permis de développer la modélisation SWC66 hyper-résolution, produisant le statut SWC haute résolution et sous-journalier, mais ces produits ont également besoin d’estimations in situ de SWC pour fournir une base de calcul de l’incertitude. Souvent, la première question posée lorsqu’un nouveau produit est introduit est « quelle est l’incertitude ? » Pour les produits SWC, la principale comparaison aux fins de validation est constituée de données de réseau in situ 67.
Il y a eu récemment des expansions du réseau associées au National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN), y compris le projet d’humidité du sol du bassin supérieur du Missouri du Corps des ingénieurs de l’armée américaine et l’accumulation du réseau du sud-est des États-Unis soutenu par la NOAA, tous conçus pour améliorer la prévision et la surveillance des risques liés à l’eau et fournir une aide à la décision en matière de gestion des ressources. La certitude et l’exactitude des estimations de CFC pour de telles applications ne peuvent être obtenues qu’au moyen de protocoles et de procédures rigoureux pour assurer la confiance dans l’intégrité des données. Le RCSMMN est un effort multi-institutions dirigé par le gouvernement fédéral qui vise à fournir de l’aide, des conseils et du soutien en créant une communauté de pratique autour de la mesure, de l’interprétation et de l’application de l’humidité du sol - un « réseau de personnes » qui relie les fournisseurs de données, les chercheurs et le public68. Ce protocole est le fruit des efforts du NCSMMN. Un workflow de contrôle de la qualité des données est à venir.

L’humidité du sol a récemment été reconnue comme une variable climatique essentielle dans le Système mondial d’observation du climat1. L’humidité du sol, ou teneur en eau quantitativement volumétrique du sol (SWC), joue un rôle majeur dans la répartition du flux de rayonnement entrant en chaleur latente et sensible entre la surface de la Terre et l’atmosphère, et dans la répartition des précipitations entre le ruissellement et l’infiltration2. Cependant, la variabilité spatio-temporelle de l’humidité du sol à l’échelle du point, du champ et du bassin versant complique notre capacité de mesurer la CFC à l’échelle appropriée nécessaire pour atteindre les objectifs de recherche ou de gestion3. Les nouvelles méthodes de quantification de CFC, y compris les réseaux au sol de capteurs in situ , de détecteurs proximaux et de télédétection, offrent des occasions uniques de cartographier la variation de CFC à une résolution sans précédent4. In situ Les capteurs SWC fournissent les enregistrements de données les plus continus dans le temps et les plus spécifiques à la profondeur, mais ils sont également soumis à de petits volumes de détection et à une variabilité à l’échelle locale inhérente aux propriétés du sol, à la topographie et à la couverture végétale5.
De plus, il n’existe pas de normes ou de méthodes largement acceptées pour l’installation, l’étalonnage, la validation, l’entretien et le contrôle de la qualité des capteurs SWC in situ . L’humidité du sol est intrinsèquement un paramètre difficile à mesurer et peut être la variable la plus difficile à assurer la qualité6. Bien que des protocoles généraux pour la collecte de données de CFC aient été produits par l’Agence internationale de l’énergie atomique7, le Comité sur les satellites d’observation de la Terre8, les rapports d’organismes fédéraux9 et l’American Association of State Climatologists10, il existe peu de directives précises sur l’installation, l’entretien, le contrôle de la qualité et la vérification des données de CFC provenant d’enfouis in situ . Sondes. Cela a rendu difficile l’adoption de telles technologies pour les réseaux de surveillance opérationnels, tels que les Mesonets d’état, pour ajouter des mesures SWC. De même, il est également difficile pour les hydrologues opérationnels, par exemple dans les centres de prévision fluviale, d’intégrer ces données dans leur flux de travail. L’objectif de cette vidéographie et du document d’accompagnement est de fournir une telle orientation et de documenter un protocole d’installation cohérent pour les sondes SWC enterrées in situ .
Choix d’un emplacement pour la surveillance in situ de l’humidité du sol Les sols de toute zone d’intérêt (ZI) se forment grâce à une rétroaction unique et couplée au fil du temps entre la topographie, l’écologie, la géologie et le climat11,12. La variabilité de CFC d’un paysage à l’autre fait du choix d’un site un aspect essentiel de toute étude sur l’humidité du sol. Pour certains objectifs de recherche, un site peut être choisi pour représenter une caractéristique ou un microsite particulier du paysage ou de l’écosystème. Aux fins des réseaux de surveillance, le site devrait être spatialement représentatif d’une composante paysagère plus vaste. L’objectif est de trouver un emplacement qui offre la meilleure représentation spatiale de la ZI. Sur le terrain, des considérations plus pragmatiques doivent être atteintes, telles que les exigences d’autres instruments météorologiques, l’accessibilité ou les permis. Cependant, l’unité dominante de carte du sol dans la ZI est généralement une bonne représentation spatiale des conditions environnementales d’une zone plus grande13. L’unité dominante de cartographie des sols peut être déterminée à l’aide du Web Soil Survey (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/); Cette unité de cartographie du sol doit également être vérifiée avec une fosse peu profonde ou un trou d’essai.
Une station de surveillance typique peut occuper 5-50 m2, en fonction des besoins du capteur et du nombre de mesures auxiliaires. La figure 1 représente une station de surveillance typique avec une tour de 3 m qui contient un anémomètre pour la vitesse et la direction du vent, un capteur de température de l’air et d’humidité relative, un pyranomètre pour le rayonnement solaire et une enceinte résistante aux intempéries et étanche à l’eau de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA Manufacturers Association) (cote NEMA 4). Le boîtier NEMA abrite la plate-forme de contrôle des données (DCP), le modem cellulaire, le régulateur de charge des panneaux solaires, la batterie et d’autres matériels connexes (voir le tableau des matériaux; Composants du système). La tour fournit également une plate-forme pour l’antenne de communication, le panneau solaire et le paratonnerre. Une jauge de précipitations liquides (PPT) est également généralement incluse, qui doit être placée loin de la tour et à l’altitude la plus basse possible pour réduire les effets du vent sur la capture PPT. Les capteurs SWC doivent être installés à une distance suffisante (3-4 m) et en pente ascendante pour qu’il n’y ait pas d’interférence potentielle de la tour sur les précipitations ou l’écoulement terrestre. Tous les câbles connexes doivent être enterrés dans un conduit à au moins 5 cm sous la surface.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> Figure 1 : Station de surveillance typique. Le SCAN de l’USDA recueille des informations horaires sur la teneur en eau et la température du sol à des profondeurs standard (5, 10, 20, 50 et 100 cm), la température de l’air, l’humidité relative, le rayonnement solaire, la vitesse et la direction du vent, les précipitations et la pression barométrique. Il existe plus de 200 sites SCAN aux États-Unis. Abréviations : SCAN = Soil Climate Analysis Network; NEMA = National Electrical Manufacturers' Association. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Profondeur de mesure, orientation et nombre de capteurs In situ Les capteurs SWC sont généralement installés horizontalement pour représenter des profondeurs spécifiques dans le sol (figure 2). Les réseaux nationaux financés par le gouvernement fédéral, comme le Soil Climate Network (SCAN)14, le Snow Telemetry Network (SNOTEL)15 et le U.S. Climate Reference Network (USCRN)16 mesurent la CFC à 5, 10, 20, 50 et 100 cm. Ces profondeurs ont été atteintes par consensus lors de l’élaboration du SCAN pour diverses raisons. La profondeur de 5 cm correspond aux capacités de télédétection17; Les profondeurs de 10 et 20 cm sont des mesures historiques de la température du sol18; Des profondeurs de 50 et 100 cm complètent le stockage de l’eau du sol dans la zone racinaire.
Les sondes peuvent être orientées verticalement, horizontalement ou inclinées/inclinées (Figure 3). L’installation horizontale est la plus courante pour obtenir une mesure uniforme de la température du sol à une profondeur discrète. Bien que le capteur puisse être centré à une profondeur discrète, la mesure SWC est un volume autour des dents (c.-à-d. électrodes), qui peut varier en fonction des niveaux d’humidité, de la fréquence de mesure et de la géométrie de l’installation (horizontale, verticale ou inclinée). Pour une installation horizontale, le volume de détection intègre l’humidité au-dessus et au-dessous de la profondeur, et 95% du volume de détection se trouve généralement à moins de 3 cm des dents19. Les installations verticales ou inclinées intègrent SWC le long des dents, de sorte que l’installation verticale peut représenter le stockage sur toute la longueur des profondeurs de capteur20. Certains capteurs ne mesurent pas uniformément le long de leurs dents. Par exemple, les oscillateurs de ligne de transmission sont plus sensibles à l’humidité près de la tête de sonde où les impulsions électromagnétiques sont générées21. Les installations verticales conviennent mieux aux sondes plus profondes où les gradients de température et d’humidité ont tendance à être réduits.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> Figure 2 : Installation de capteurs SWC in situ. Placement horizontal du capteur à des profondeurs choisies à l’aide (A, B) d’un gabarit de référence de profondeur nulle et (C) d’une carte de profondeur nulle ou (D) d’une poignée de pelle de profondeur nulle pour référence. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> Figure 3 : Orientation des sondes verticalement, horizontalement ou en inclinaison. (A) insertion oblique et verticale et (B) insertion horizontale-verticale et profondeur centrale d’insertion horizontale-horizontale d’un capteur SWC à trois étains. Abréviation : SWC = teneur en eau du sol. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
L’installation à des profondeurs inférieures à 50 cm est relativement intuitive, tandis que les capteurs plus profonds demandent un peu plus d’efforts. Le stockage de l’eau du sol dans la zone racinaire ou le profil du sol nécessite généralement des mesures jusqu’à 1 ou 2 m. Comme illustré dans ce protocole, les installations de 0 à 50 cm sont réalisées dans une fosse excavée ou un trou de tarière avec des sondes installées horizontalement dans le sol non perturbé, minimisant ainsi la perturbation de surface. Pour les capteurs plus profonds (p. ex. 100 cm), SCAN et USCRN installent le capteur verticalement dans des trous séparés et taraudés à la main à l’aide d’une rallonge (Figure 4).
Compte tenu de l’hétérogénéité de SWC, en particulier près de la surface, et des faibles volumes de mesure des capteurs, les mesures triples permettent une meilleure représentation statistique de SWC. Cependant, un profil de capteurs in situ est typique de la plupart des réseaux (par exemple, SCAN et SNOTEL). L’USCRN utilise trois profils espacés de 3 à 4 m pour effectuer des mesures triples à chaque profondeur16. De plus, la redondance des mesures ajoute de la résilience et de la continuité au dossier de la station si des ressources financières sont disponibles.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> Figure 4 : Installation des capteurs. (A) Les capteurs peu profonds sont généralement installés horizontalement dans la paroi latérale d’une fosse de sol excavée. Pour les capteurs plus profonds, (B) une vis sans fin est utilisée pour creuser un trou à profondeur à l’aide d’une référence de profondeur nulle (par exemple, du bois enjambant la tranchée) et les capteurs sont poussés verticalement dans le fond des trous en utilisant (C) une section de tuyau en PVC modifiée pour fixer le capteur et le câble pendant l’installation ou (D) un outil d’installation. Les couches de sol sont notées comme couche arable (horizon A) et horizons souterrains avec des argiles transloquées (Bt) et une accumulation de carbonates (Bk). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</a>
Type de capteur SWC in situ Les capteurs disponibles dans le commerce déduisent SWC de la réponse mesurée à un signal électromagnétique propagé le long des dents en contact direct avec le sol22. Les capteurs enterrés se répartissent en cinq classes selon le type de signal électromagnétique propagé et la méthode de mesure de la réponse : capacité, impédance, réflectométrie dans le domaine temporel, transmisométrie dans le domaine temporel et oscillation de la ligne de transmission (tableau supplémentaire S1, avec des liens vers les informations de chaque fabricant). Ces technologies ont tendance à se regrouper par fréquence de fonctionnement et par fabricant. Les dents plus longues intègrent un plus grand volume de sol; cependant, ils peuvent être plus difficiles à insérer et sont plus sujets à la perte de signal dans les sols avec de l’argile et une conductivité électrique apparente (BEC) plus élevée. Les fabricants signalent des erreurs de mesure SWC de 0,02 à 0,03 m3m−3, tandis que les utilisateurs trouvent généralement qu’elles sont beaucoup plus grandes 23. Un étalonnage et une normalisation appropriés des capteurs électromagnétiques améliorent les performances22; Cependant, ces étalonnages spécifiques au sol dépassent le cadre de ce protocole, qui se concentre sur l’installation.
La sélection du capteur doit tenir compte de la sortie souhaitée, de la méthode de mesure, de la fréquence de fonctionnement et de la compatibilité avec d’autres mesures. Avant 2010, la plupart des capteurs SWC étaient analogiques et nécessitaient que le DCP effectue des mesures de tensions différentielles, de résistances ou de comptages d’impulsions, ce qui nécessitait des composants plus coûteux et des canaux individuels (ou multiplexeurs) pour chaque capteur. Désormais, l’interface de données série à 1 200 bauds (SDI-12) protocoles de communication (http://www.sdi-12.org/) permet aux capteurs intelligents de mettre en œuvre des algorithmes de mesure internes, puis de transmettre des données numériques le long d’un seul câble de communication. Chaque capteur peut être câblé ensemble en séquence (c’est-à-dire une chaîne en série) à l’aide d’un fil commun connecté par des connecteurs d’écrou de levier ou de bornier (Figure 5), chaque capteur ayant une adresse SDI-12 unique (0-9, a-z et A-Z). Le fil de communication commun des capteurs SDI-12 forme un circuit unique avec un fil d’alimentation et de terre. Les multiplexeurs ou toute mesure au DCP ne sont pas nécessaires; au lieu de cela, le DCP envoie et reçoit simplement des commandes numériques et des lignes de texte. De nombreux capteurs SDI-12 SWC incluent également des mesures de température du sol, de permittivité relative (ε) et de BEC. De telles mesures sont utiles pour le diagnostic des capteurs et l’étalonnage spécifique au sol. À ce stade, l’utilisateur a sélectionné un site, déterminé le type, le nombre et la profondeur du capteur, et obtenu tout le matériel et les outils de terrain nécessaires (tableau des matériaux). Ainsi, ils peuvent procéder au protocole d’installation.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> Figure 5 : Connecteurs d’épissure et borniers utilisés pour relier des fils d’alimentation, de terre et de communication communs à une seule entrée sur la plate-forme de collecte de données. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.</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

L’humidité du sol affecte directement l’hydrologie opérationnelle, la sécurité alimentaire, les services écosystémiques et le système climatique. Cependant, l’adoption des données sur l’humidité du sol a été lente en raison d’une collecte de données incohérente, d’une mauvaise normalisation et d’une durée d’enregistrement généralement courte. L’humidité du sol, ou teneur quantitativement volumétrique en eau du sol (SWC), est mesurée à l’aide de capteurs enterrés in situ qui déduisent SWC à partir d’une réponse électromagnétique. Ce signal peut varier considérablement en fonction des conditions locales du site, telles que la teneur en argile et la minéralogie, la salinité du sol ou la conductivité électrique en vrac et la température du sol; Chacun d’entre eux peut avoir des impacts variables en fonction de la technologie du capteur.
De plus, un mauvais contact avec le sol et la dégradation des capteurs peuvent affecter la qualité de ces lectures au fil du temps. Contrairement aux capteurs environnementaux plus traditionnels, il n’existe pas de normes, de pratiques d’entretien ou de contrôles de qualité acceptés pour les données de CFC. À ce titre, CFC est une mesure difficile à mettre en œuvre pour de nombreux réseaux de surveillance environnementale. Ici, nous tentons d’établir une norme de pratique communautaire pour les capteurs SWC in situ afin que les recherches et les applications futures aient des directives cohérentes sur la sélection du site, l’installation des capteurs, l’interprétation des données et la maintenance à long terme des stations de surveillance.
La vidéographie se concentre sur un consensus multi-agences de meilleures pratiques et de recommandations pour l’installation de capteurs SWC in situ . Le présent document présente un aperçu de ce protocole ainsi que les diverses étapes essentielles à la collecte de données de CFC de grande qualité et à long terme. Ce protocole sera utile aux scientifiques et ingénieurs qui espèrent déployer une seule station ou un réseau entier.

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In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

La détermination de la teneur en eau du sol est une exigence de mission essentielle pour de nombreux organismes étatiques et fédéraux. Ce protocole synthétise les efforts de plusieurs organismes pour mesurer la teneur en eau du sol à l’aide de capteurs enterrés in situ .

In situ Capteurs d’humidité du sol dans les sols non perturbés

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

La teneur en eau du sol régule de nombreux processus au-dessus et au-dessous du sol, de la production agricole aux conditions météorologiques. Il est récemment devenu une exigence de mission critique pour de nombreuses agences étatiques et fédérales. Ce protocole synthétise les efforts de plusieurs agences pour mesurer l’humidité du sol, à l’aide de capteurs électromagnétiques enterrés in situ.Ce protocole sera utile pour les scientifiques et les ingénieurs qui espèrent déployer une seule station ou un réseau entier. La teneur en eau du sol a récemment été reconnue comme une variable climatique essentielle dans le système mondial d’observation du climat. Pourtant, il y a eu peu de normalisation dans la pratique de l’installation de capteurs enterrés in situ.Nous espérons que le protocole écrit et la vidéo pourront améliorer la collecte de données. Il n’y a pas de moyen facile de vérifier qu’un capteur de teneur en eau du sol enterré fournit de bonnes données. Au début, il faut avoir confiance et l’assurance que les capteurs sont en bon contact avec le sol et que l’installation n’a pas affecté l’hydrologie locale du sol.Alex White, physicien au laboratoire d’hydrologie et de télédétection ARS de l’USDA, ici à Beltsville, Maryland, fera la démonstration de la procédure. Pour commencer, connectez séparément chaque capteur à une plate-forme de contrôle des données. Utilisez le point d’interrogation et la commande d’exclamation pour interroger l’adresse du capteur et enregistrer les valeurs ainsi que le numéro de série et l’adresse SDI-12 de chaque capteur dans un livre de laboratoire.Étiquetez ensuite la tête du capteur et l’extrémité du câble avec l’adresse SDI-12 à l’aide d’un marqueur. Configurez les capteurs de teneur en eau du sol et tous les capteurs auxiliaires dans le laboratoire, en les connectant à la plate-forme de contrôle des données et à la batterie, en laissant les capteurs de teneur en eau du sol suspendus dans l’air, insérés dans un endroit sec et / ou immergés dans l’eau. Vérifiez que les données sont enregistrées aux taux appropriés et que les valeurs sont appropriées.Interrogez l’emplacement à l’aide de l’application USDA SoilWeb et creusez un trou de test à l’aide d’une pelle de trou de poteau. Vérifiez que la texture du champ est conforme à la description du sol. Posez une bâche sur la zone d’excavation pour protéger la surface du sol des perturbations.Déroulez un capteur et posez la tête du capteur à la surface de la fosse. Placez ensuite l’extrémité du câble à l’endroit où se trouvera le support d’instrument, en vérifiant que la longueur du câble est correcte, ajustez au besoin et marquez l’emplacement du support avec un drapeau. À l’aide d’une pelle à trou de poteau, creusez un trou d’environ 55 centimètres de profondeur.Nettoyez le trou à l’aide d’une bêche tranchante et assurez-vous que la face de la fosse est verticale afin que chaque capteur ait un sol non perturbé au-dessus. Gardez le trou et la zone perturbée aussi petits que possible afin qu’ils se rétablissent rapidement. Enlevez la terre par incréments de 10 centimètres et placez chaque ascenseur à l’extrémité de la bâche, en vous rapprochant à chaque incrément tout en brisant les mottes et en enlevant les grosses roches.Ensuite, creusez une tranchée droite et étroite de plus de 10 centimètres de profondeur pour enterrer les câbles du capteur. Déroulez tous les capteurs et posez-les d’un côté de la tranchée. Notez la profondeur de tout changement évident de couleur ou de texture du sol lors de la collecte d’échantillons de sol représentatifs dans un sac de congélation d’un litre à chaque profondeur de capteur.Vérifiez que la face de la fosse est verticale ou légèrement coupée pour vous assurer que chaque capteur aura de la terre non perturbée au-dessus. Tout d’abord, insérez le capteur de 50 centimètres et poussez le capteur horizontalement dans le sol, en essayant de ne pas bouger le capteur, car cela peut créer des lacunes. Si nécessaire, utilisez un effet de levier pour pousser doucement le capteur, en vous assurant que les dents sont complètement enfoncées dans le sol.Orientez chaque câble de capteur du même côté de la fosse, ce qui leur permet de s’accrocher au fond de la fosse d’excavation. Prenez une photo du trou excavé et des capteurs avec un ruban à mesurer pour l’échelle. Pour le capteur de 100 centimètres, creusez un trou à 100 centimètres moins la moitié de la longueur de la dent du capteur, ou 94 centimètres dans ce cas.Installez le capteur verticalement en le poussant dans le fond du trou à l’aide d’un outil d’installation. Remballez le trou de la tarière avec le sol excavé. Acheminez tous les câbles de capteurs de la tranchée dans le boîtier dans une section de conduit en PVC et à travers un connecteur de cloison pour entrer dans le boîtier.Ensuite, tirez la lentille du câble dans le port inférieur du boîtier, fixez-les avec des attaches à glissière et connectez les cinq capteurs. Vérifiez que la tension sur la batterie est suffisante à l’aide d’un multimètre réglé sur CC pour la tension de courant continu. Ensuite, faites glisser le connecteur de borne du fil négatif noir sur la borne de la bêche sur le poteau négatif à la terre de la batterie et le fil rouge sur le poteau positif de la batterie.Pour mettre le système sous tension, branchez le câble de la batterie sur le DCP. Après avoir lancé le logiciel de la plate-forme de contrôle des données, connectez un ordinateur portable à la plate-forme de contrôle des données et confirmez que tous les capteurs indiquent des valeurs numériques. Une fois que tout ce qui se trouve sous le sol fonctionne et que les câbles ont été acheminés dans le boîtier, remplissez et scellez les ouvertures au-dessus et au-dessous du sol avec du mastic électrique.En utilisant le sol excavé plus profond le plus proche de la bâche, tassez à la main le sol autour de chaque tête de capteur, en commençant par le bas et en remontant, en évitant de déranger le capteur et en vous assurant qu’il est bien compacté. Remblayez la fosse en ascenseurs de 10 centimètres, en lissant et en compactant la surface jusqu’à ce que le capteur de 20 centimètres soit atteint. Emballez à la main le sol autour de la tête du capteur et continuez vers le haut en soulevant 10 centimètres jusqu’à ce que vous atteigniez la surface.Couvrez-les soigneusement avec de la terre plus profonde de la bâche tout en compactant le sol dans le fond de la fosse pour fixer les câbles, en prenant soin de ne pas les tirer vers le bas avec une force. Prenez des photos de la station terminée dans les orientations nord, sud, est et ouest à partir du mât d’instruments. Délimitez l’emplacement d’installation du capteur avec un drapeau ou d’autres éléments distincts.Cette installation sur le terrain rapporte les températures horaires de l’air et du sol, la teneur en eau du sol, les précipitations quotidiennes, le stockage de l’eau du sol et son évolution au fil du temps. Les résultats montrent une forte augmentation de la teneur en eau du sol près de la surface, avec une augmentation retardée à de plus grandes profondeurs après chaque tempête. Lors des événements de début février et avril 2022, le capteur le plus profond de 100 centimètres a atteint un plateau de 0,33 mètre cube par mètre cube, indiquant une période de saturation.Pour une installation similaire dans le Mississippi, la teneur en eau du sol a atteint 0,60 mètre cube par mètre cube à toutes les profondeurs après 40 millimètres de précipitations, tandis que 70 millimètres supplémentaires n’ont pas affecté le stockage de l’eau du sol, suggérant un excès de ruissellement de saturation. Pour une installation similaire au Montana, le sol gelé et la couverture de neige ont produit une diminution spectaculaire de la teneur en eau du sol à la mi-mars, puis une augmentation lors du dégel, sans aucune indication de précipitations. Méfiez-vous des comportements erratiques des capteurs, tels que les pics, les changements de pas et les oscillations, qui peuvent indiquer une mauvaise installation ou une défaillance du capteur.L’insertion du capteur peut être difficile, en particulier dans les sols rocheux, racinaires ou secs. Assurez-vous que la tête du capteur est poussée au ras du sol. Ce protocole conduira à des données plus harmonisées et uniformes sur la teneur en eau du sol, pour un large éventail d’applications, notamment la surveillance de la sécheresse, la prévision de l’approvisionnement en eau, la gestion des bassins versants et de l’agriculture, et la planification des cultures.Le Réseau national coordonné de surveillance de l’humidité du sol est en train de créer une communauté de pratique autour de la mesure, de l’interprétation et de l’application de l’humidité du sol. Il s’agit d’un réseau de personnes qui relie les fournisseurs de données, les chercheurs et le public. Veuillez consulter la documentation pour plus de détails.

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