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

저자는 NOAA-NIDIS, NCSMMN (National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network) 및 USGS NGWOS (Next Generation Water Observing Systems) 프로그램의 재정 지원을 인정합니다. 이 프로토콜에 대한 의견을 주신 B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda 및 M. Woloszyn을 포함한 NCSMMN 집행위원회 위원들에게 감사드립니다. 프로토콜 초안에 대한 초기 검토에 대해 M. Weaver(USGS)에게 감사드립니다.

상호, 회사 또는 제품 이름의 사용은 설명 목적으로만 사용되며 미국 정부의 보증을 의미하지 않습니다. 이 기사는 미국 정부 저작물이며 미국에서 공개 도메인에 있습니다. USDA는 기회 균등 고용주이자 제공자입니다.

토양 수분 상태는 토양 수력학적 및 물리적 특성과 함께 강수량, 식생, 일사조도, 상대 습도 등 다양한 환경 요인의 결과입니다. 이들은 서로 다른 공간적, 시간적 규모로 공간과 시간에 걸쳐 상호 작용합니다. 물, 에너지 및 탄소 순환을 모델링하고 예측하려면 SWC 상태를 이해해야 합니다. 자동 측정 기술의 가장 일반적인 유형 중 하나는 방해받지 않는 토양에 현장에서 삽입되도록 되어 있는 타인이 있는 전자기 SWC 센서입니다. 이 프로토콜은 이러한 일반적인 유형의 매립형 센서를 설치하는 프로세스에 대한 지침을 제공하도록 설계되었습니다. 정확도, 성능 및 비용은 일반적으로 센서의 작동 주파수에 비례합니다. 저주파 센서는 비용이 적게 들지만 토양 및 환경 요인에 의해 더 혼란스러워집니다45. 토양 또는 현장별 교정은 저주파 센서의 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 측정 방법은 전자기장(EMF)의 기본 물리학으로 인해 센서 성능에도 영향을 미칩니다.
전자기 감지를 지배하는 두 가지 주요 전자기 물리 법칙이 있습니다. 하나는 가우스의 법칙으로, 센서의 전파된 EMF가 매질의 ε과 BEC에 어떻게 의존하는지 설명합니다. 그러나 SWC에서는 투과율이 증가하지만 BEC도 증가합니다. 따라서 가우스의 법칙에 의존하는 센서는 SWC, BEC 및 BEC에 대한 온도 영향과 염분의 간섭에 의해 영향을 받습니다. 커패시턴스 감지 방법은 가우스의 법칙을 따르므로 이러한 효과가 더 많이 발생합니다46. 또한 가우스의 법칙은 토양의 EMF 모양에 따라 변하는 기하학적 요인에 대한 커패시턴스의 의존성을 설명합니다. 연구에 따르면 EMF 모양은 토양 구조와 센서 타인 주변의 수분 함량의 소규모 공간적 변동성에 따라 변하는 것으로 나타났습니다. 수분 함량과 토양 구조의 소규모 공간적 변동성은 대부분의 토양에서 커서 기하학적 요인 변화와 그에 따른 커패시턴스 변화를 초래하며, 이는 대량 평균 토양 수분 함량 변화와 거의 관련이 없습니다. 이러한 요인은 커패시턴스 센서 정확도를 감소시키고 데이터 가변성을 증가시킵니다46,47,48. 임피던스 및 전송선 발진 방법도 가우스의 법칙에 의존하는 반면, 시간 영역 반사 측정 및 시간 영역 투과 측정 방법은 기하학적 요인을 포함하지 않고 BEC에 의존하지 않는 맥스웰 방정식에 의존합니다. 문제가 없는 센서는 없지만 시간 영역 방법은 정전 용량 기반 또는 임피던스 기반 방법보다 훨씬 더 정확하고 편향이 덜한 경향이 있습니다.
절차에는 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 희소 네트워크의 경우 SWC의 가장 적절한 공간 표현을 위해 적절한 사이트 선택 및 센서 위치가 필요합니다. 부지 선택은 토지 접근과 같은 외부 요인 또는 토양 수분이 보조 측정인 기타 대기 모니터링 요구 사항의 영향을 더 많이 받을 수 있습니다. 중간 규모의 기상 사이트는 미세 규모의 영향을 최소화하기 위해 넓고 개방적이며 잘 다듬어진 잔디 표면에 위치합니다. 이러한 위치는 SWC 모니터링에 적합하지 않을 수 있습니다. 해당되는 경우 무선 센서 기술은49,50,51,52,53으로 간주되어 SWC 모니터링이 기존 환경 모니터링 스테이션에서 멀리 떨어져 있고 대표적인 토양에서 발생할 수 있습니다. 활발한 농장 운영 및 관개 장비를 중심으로 작업하는 것은 어려운 일입니다. 대부분의 네트워크(예: SCAN 및 USDA-ARS)는 케이블을 절단하고 센서를 발굴할 수 있는 쟁기 또는 수확기와 같은 경작 활동을 피하기 위해 들판의 변두리에 머물러 있습니다. 모든 현장 센서 및 케이블은 충분히 매설되어야 하며 농장 내 작업으로 추론하지 않도록 표면 프로파일이 충분히 낮아야 합니다. 무선 시스템(53) 및 탈착식 시추공 센서(47)가 더 적절할 수 있다. 대규모 토양 수분 기반 관개를 이용한 지하수 보전(54)은 SWC 센서의 성장 분야이다. 이 프로토콜은 방해받지 않은 토양에서 공간적으로 대표되는 장기 SWC 데이터와 관련이 있습니다.
일부 토양은 다른 토양보다 측정하기가 더 어렵습니다. 바위가 많거나 자갈이 많거나 매우 건조한 토양에서는 손상 없이 타인을 삽입하는 것이 불가능할 수 있습니다. 한 가지 옵션은 토양 구덩이를 굴착하고 되메우는 동안 센서를 제자리에 놓고 원래 BD로 압축하는 것입니다. 암석 토양은 구조가 거의 없는 경향이 있으며 여러 번의 습윤 및 건조 주기 후에 치유될 가능성이 높습니다. 그러나 그러한 교란은 결코 현장의 토양 수문학을 진정으로 대표하지 않을 수 있습니다. 또는 오거 구멍의 바닥에 센서를 설치하는 경우 제거된 흙을 체로 쳐서 돌을 제거하고 센서 타인을 수용할 수 있을 만큼만 구멍에 다시 포장할 수 있습니다. 그런 다음 센서를 수직으로 설치할 수 있으며 오거 구멍은 체질되지 않은 나머지 토양으로 다시 채워지며 토양이 추가될 때 자주 압축됩니다.
산림 토양의 뿌리는 프로브 삽입과 유사한 문제를 제기하지만 일부 상황에서는 뿌리를 절단할 수 있습니다. 산림 토양은 종종 광물 토양 위에 유기물(O) 지평선을 가지며, 이는 매우 낮은 BD와 높은 비표면적을 가질 수 있으며, 많은 양의 결합된 물이 더 높은 SWC에서 매우 비선형적인 센서 응답을 초래합니다(55). 또한 실무자는 제로 데이텀을 O-horizon의 상단 또는 메타데이터에 있는 광물 토양 기록으로 설정합니다. 점토가 풍부한 토양과 수축/팽창 가능성이 높은 팽창성 점토는 젖었을 때 전자기 신호에 매우 전도성이 있고 건조할 때 균열이 발생할 수 있습니다. 이러한 토양은 원시 측정56,57에서 합리적인 SWC를 얻기 위해 추가 수정이 필요할 수 있습니다. 얕은 토양에서는 이상적인 최대 깊이에 도달하기 전에 기반암 또는 제한적인 토양 지평선(예: 칼리시 또는 하드팬)을 만날 수 있습니다. 위치를 변경하거나 단순히 더 깊은 센서를 설치하지 않아야 할 수도 있습니다. 지나치게 건조하거나 습한 토양은 어려울 수 있으며 계절적 극단을 벗어난 설치 날짜를 선택하는 것이 좋습니다. 건조한 토양은 매우 강할 수 있으며 손상 없이 센서를 삽입하는 것이 불가능할 수 있습니다. 필요한 경우 미리 구멍을 채워 구덩이 표면을 부드럽게 할 수 있지만 토양이 자연 상태로 돌아가기까지 시간이 걸릴 수 있습니다. 젖은 토양은 너무 약해서 구덩이 면을 지지할 수 없거나 트렌치에 물이 채워질 수 있습니다. 젖은 토양을 과도하게 압축하는 것도 더 쉽습니다.
센서 출력에는 SWC뿐만 아니라 유전율이 포함되어야 나중에 수정 또는 토양별 보정을 수행할 수 있습니다. 고주파 센서는 BEC가 높은 토양에 더 적합하지만 더 짧은 타인은 더 조밀한 토양에 설치하기가 더 쉬울 수 있습니다. 그러나 아마도 가장 중요한 단계는 토양 접촉입니다. 접촉 불량은 모든 전자기 센서의 신호를 저하시킵니다. 마지막으로, 굴착을 되메우는 것은 사소해 보이지만 센서 영역으로의 우선적인 흐름을 최소화하고 케이블을 보호하며 동물이 해당 영역을 방해하지 않도록 하는 것이 중요합니다. 토양 또는 현장별 교정은 센서 정확도를 향상시킬 수 있지만 이 프로토콜에서 가능한 것보다 더 많은 세부 정보가 필요합니다. 다양한 SWC 레벨로 조정되거나 재포장된 밭 토양은 반응의 선형성을 확인하는데 이상적이며, 일부 센서 유형(21)에 대한 현장-특이적 교정 역할을 할 수 있다. 유전체 액체는 또한 센서 응답(58)을 체크하는 효과적인 매체가 될 수 있다. 온도 조절 수조는 토양 온도 보정을 개선하는 데 사용할 수 있습니다59. 이 프로토콜은 SWC 센서60,61에 대해 기존 방법이나 승인된 교정 방법이 없기 때문에 현장 SWC 센서 설치를 위한 표준 작동 절차를 수립하기 위한 첫 번째 단계입니다.
SWC 모니터링이 이 프로토콜의 초점이었지만 이 방법에는 한계가 있으며 SWC만으로는 토양 수분 상태에 대한 완전한 그림을 제공할 수 없습니다. 많은 생태계 과정은 또한 토양 수분 잠재력에 의해 규제되며, 이는 덜 일반적으로 현장에서 측정됩니다62. 최근 S. Luo, N. Lu, C. Zhang 및 W. Likos 63에 의해 검토 된 토양 수분 잠재력은 물의 에너지 상태입니다. 이러한 센서는 토양 특성에 덜 영향을 받을 수 있고, SWC 센서(64)에 대한 품질 관리를 제공할 수 있다. 또한, 벌크 필드 SWC는 자갈, 암석, 뿌리 및 공극 공간(예를 들어, 우선적 유동 경로)을 포함한다. 현장 SWC 센서는 일반적으로 암석과 뿌리 주위에 재배치되며, 타인 주위에 집중된 제한된 측정 볼륨은 벌크 필드 SWC의 개별적이지만 중요한 측면을 놓칠 수 있습니다.
이 프로토콜은 가뭄 모니터링, 물 공급 예측, 유역 관리, 농업 관리 및 작물 계획을 포함한 광범위한 응용 분야에 대해 보다 조화되고 균일한 SWC 데이터로 이어질 것입니다. 원격 감지 플랫폼(remote sensing platform)4의 출현은 SWC를 전 세계적으로 추정하는 능력을 크게 향상시켰지만, 이들 제품은 지상 검증을 필요로 하며, 이는 여전히 현장 네트워크(65)에 의해서만 합리적으로 수집된다. 컴퓨터 발전은 초-해상도 SWC 모델링(66)이 개발되어 고분해능 및 서브-일(sub-daily) SWC 상태를 생성할 수 있게 해주었지만, 이들 제품은 또한 불확실성을 계산하기 위한 어떤 기초를 제공하기 위해 SWC의 현장 추정을 필요로 한다. 종종 신제품이 출시될 때 묻는 첫 번째 질문은 "불확실성은 무엇입니까?"입니다. SWC 제품의 경우, 검증을 위한 1차 비교는 현장 네트워크 데이터(67)이다.
미 육군 공병대 미주리 강 유역 상류 토양 수분 프로젝트와 NOAA가 지원하는 미국 남동부 네트워크 구축을 포함하여 NCSMMN(National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network)과 관련된 최근 네트워크 확장이 있었으며, 모두 수자원 위험 예측, 모니터링 및 자원 관리 의사 결정 지원을 제공하도록 설계되었습니다. 이러한 응용 프로그램에 대한 SWC 추정치의 확실성과 정확성은 데이터 무결성에 대한 확신을 제공하기 위한 철저한 프로토콜과 절차를 통해서만 달성할 수 있습니다. NCSMMN은 토양 수분 측정, 해석 및 적용에 관한 실천 커뮤니티(데이터 제공자, 연구원 및 대중을 연결하는 "사람들의 네트워크")를 구축하여 지원, 지침 및 지원을 제공하는 것을 목표로 하는 연방 주도의 다중 기관 노력입니다68. 이 프로토콜은 NCSMMN 노력의 산물입니다. 데이터 품질 관리 워크플로가 곧 출시될 예정입니다.

토양 수분은 최근 지구 관측 기후 시스템 (Global Observing Climate System)에서 필수 기후 변수로 인식되었습니다1. 토양 수분 또는 정량적 체적 토양 수분 함량(SWC)은 유입되는 방사선의 플럭스를 지구 표면과 대기 사이의 잠열과 현열로 분할하고 유출수와 침투 사이의 강수량을 분할하는 데 중요한 역할을 한다2. 그러나 지점, 밭 및 유역 규모에서 토양 수분의 시공간적 변동성은 연구 또는 관리 목표를 달성하는 데 필요한 적절한 규모로 SWC를 측정하는 능력을 복잡하게 만듭니다3. 현장 센서, 근위 감지기 및 원격 감지의 지상 기반 네트워크를 포함하여 SWC를 정량화하는 새로운 방법은 전례 없는 해상도로 SWC의 변화를 매핑할 수 있는 고유한 기회를 제공합니다4. 현장 SWC 센서는 가장 시간적으로 연속적이고 깊이에 특화된 데이터 기록을 제공하지만, 토양 특성, 지형 및 식생 덮개에 내재된 작은 감지 볼륨과 국부적 규모의 변동성도 영향을 받습니다5.
또한 현장 SWC 센서의 설치, 교정, 검증, 유지보수 및 품질 관리에 대한 표준 또는 널리 인정되는 방법이 부족 합니다 . 토양 수분은 본질적으로 측정하기 어려운 변수이며 품질을 보장하는 데 가장 어려운 변수일 수있습니다 6. 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency)7, 지구관측위성위원회(Committee on Earth Observation Satellites)8, 연방기관보고서(Federal agency reports)9, 미국기후학자협회(American Association of State Climatologists)10 등에서 SWC 데이터 수집을 위한 일반적인 프로토콜이 작성되었지만, 현장 매설에서 SWC 데이터의 설치, 유지보수, 품질 관리 및 검증에 대한 구체적인 지침은 제한적이다 프로브. 이로 인해 SWC 측정을 추가하기 위해 상태 Mesonets와 같은 운영 모니터링 네트워크에서 이러한 기술을 채택하는 것이 어려워졌습니다. 마찬가지로, 예를 들어 하천 예측 센터의 운영 수문학자도 이러한 데이터를 워크플로에 통합하는 것이 어렵습니다. 이 비디오 촬영 및 첨부 문서의 목적은 이러한 지침을 제공하고 매 립형 SWC 프로브에 대한 응집력 있는 설치 프로토콜을 문서화하는 것입니다.
현장 토양 수분 모니터링을 위한 위치 선택 모든 관심 영역(AOI) 내의 토양은 지형, 생태학, 지질학 및 기후11,12 사이에서 시간이 지남에 따라 고유하고 결합된 피드백을 통해 형성됩니다. 경관 전반에 걸친 SWC의 가변성은 부지 선택을 모든 토양 수분 연구에서 중요한 측면으로 만듭니다. 일부 연구 목표의 경우 조경 또는 생태계의 특정 기능 또는 마이크로 사이트를 나타내기 위해 사이트를 선택할 수 있습니다. 네트워크를 모니터링하기 위해 사이트는 더 큰 랜드스케이프 구성 요소를 공간적으로 대표해야 합니다. 목표는 AOI의 최상의 공간 표현을 제공하는 위치를 찾는 것입니다. 현장에서는 다른 기상 계측, 접근성 또는 허가의 요구 사항과 같은 보다 실용적인 고려 사항에 도달해야 합니다. 그러나, AOI 내의 지배적인 토양 맵 유닛은 일반적으로 더 큰 지역(13)의 환경 조건의 좋은 공간적 표현이다. 지배적 인 토양 맵 유닛은 웹 토양 조사 (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/)를 사용하여 결정될 수 있습니다. 이 토양 지도 장치는 얕은 구덩이 또는 테스트 구멍으로도 확인해야 합니다.
일반적인 모니터링 스테이션은 센서 요구 사항과 보조 측정 횟수에 따라 5-50m2를 차지할 수 있습니다. 그림 1은 풍속 및 풍향 풍속계, 기온 및 상대 습도 센서, 일사량용 일사계, NEMA(National Electrical Manufacturers Association) 내후성 및 방수 인클로저(NEMA 등급 4)가 있는 3m 타워가 있는 일반적인 모니터링 스테이션을 보여줍니다. NEMA 인클로저에는 데이터 제어 플랫폼(DCP), 셀룰러 모뎀, 태양 전지판 충전 조절기, 배터리 및 기타 관련 하드웨어가 있습니다(재료 표 참조; 시스템 구성 요소). 타워는 또한 통신 안테나, 태양 전지판 및 피뢰침을 위한 플랫폼을 제공합니다. 액체 침전(PPT) 게이지도 일반적으로 포함되며, 이는 PPT 캡처에 대한 바람 영향을 줄이기 위해 타워에서 멀리 떨어진 가능한 가장 낮은 고도에 배치해야 합니다. SWC 센서는 강우량이나 육로에서 타워의 잠재적인 간섭이 없도록 충분한 거리(3-4m)와 오르막에 설치해야 합니다. 모든 관련 케이블은 표면 아래 최소 5cm의 도관에 묻혀 있어야 합니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> 그림 1: 일반적인 모니터링 스테이션. USDA SCAN은 표준 깊이(5, 10, 20, 50 및 100cm)의 토양 수분 함량 및 온도, 대기 온도, 상대 습도, 일사량, 풍속 및 방향, 강수량 및 기압에 대한 시간별 정보를 수집합니다. 미국 전역에 200개 이상의 SCAN 사이트가 있습니다. 약어: SCAN = 토양 기후 분석 네트워크; NEMA = 전국 전기 제조업체 협회. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
측정 깊이, 방향 및 센서 수 현장 SWC 센서는 일반적으로 토양의 특정 깊이를 나타내기 위해 수평으로 설치됩니다(그림 2). 토양 기후 네트워크(SCAN)14, 스노우 텔레메트리 네트워크(SNOTEL)15 및 미국 기후 참조 네트워크(USCRN)16와 같은 연방 자금 지원을 받는 전국 네트워크는 5, 10, 20, 50 및 100cm에서 SWC를 측정합니다. 이러한 깊이는 다양한 이유로 SCAN 개발 과정에서 합의를 통해 도달했습니다. 5cm 깊이는 원격 감지 능력(17)에 대응한다; 10cm 및 20cm 깊이는 토양 온도18에 대한 역사적 측정치입니다. 50cm 및 100cm 깊이는 뿌리 영역 토양 물 저장을 완료합니다.
프로브는 수직, 수평 또는 경사/각도로 방향을 지정할 수 있습니다(그림 3). 수평 설치는 개별 깊이에서 균일 한 토양 온도 측정을 달성하는 데 가장 일반적입니다. 센서는 개별 깊이의 중앙에 위치할 수 있지만 SWC 측정은 타인(즉, 전극) 주위의 부피로, 수분 수준, 측정 빈도 및 설치 형상(수평, 수직 또는 각)에 따라 달라질 수 있습니다. 수평 설치의 경우, 감지 볼륨은 깊이 위와 아래의 수분을 통합하며, 감지 볼륨의 95%는 일반적으로 타인(19)의 3cm 이내에 있다. 수직 또는 각진 설치는 타인을 따라 SWC를 통합하므로 수직 설치는 센서 깊이(20)의 전체 길이에 따른 스토리지를 나타낼 수 있습니다. 일부 센서는 타인을 따라 고르게 측정하지 않습니다. 예를 들어, 전송선 발진기는 전자기 펄스가 생성되는 프로브 헤드 근처의 습기에 더 민감하다(21). 수직 설치는 온도 및 수분 구배가 감소하는 경향이 있는 더 깊은 프로브에 더 적합합니다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> 그림 2: 현장 SWC 센서 설치. (A,B) 깊이가 0인 기준 지그 및 (C) 깊이가 0인 보드 또는 (D) 참조용 깊이가 0인 셔블 핸들을 사용하여 선택한 깊이에 수평 센서 배치. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> 그림 3: 프로브의 수직, 수평 또는 경사 방향. (A) 3색 SWC 센서의 경사 및 수직 삽입 및 (B) 수평-수직 삽입 및 수평-수평 삽입 중심 깊이. 약어: SWC = 토양 수분 함량. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
50cm 미만의 깊이에 설치하는 것은 비교적 직관적이지만 더 깊은 센서는 약간 더 많은 노력이 필요합니다. 뿌리 구역 SWC 또는 프로파일 토양 수분 저장은 일반적으로 1m 또는 2m까지 측정해야 합니다. 이 프로토콜에 설명된 바와 같이, 0-50cm 설치는 방해받지 않는 토양에 수평으로 설치된 프로브가 있는 굴착된 구덩이 또는 오거 구멍에서 완료되어 표면 교란을 최소화합니다. 더 깊은 센서(예: 100cm)의 경우 SCAN과 USCRN 모두 연장 폴을 사용하여 별도의 수동 오거 구멍에 센서를 수직으로 설치합니다(그림 4).
SWC의 이질성, 특히 표면 근처와 센서의 작은 측정 볼륨을 감안할 때 삼중 측정을 통해 SWC를 더 잘 통계적으로 표현할 수 있습니다. 그러나 현장 센서의 한 프로파일은 대부분의 네트워크(예: SCAN 및 SNOTEL)에서 일반적입니다. USCRN은 3-4m 간격으로 3개의 프로파일을 사용하여 각 깊이16에서 삼중 측정을 수행합니다. 또한 측정의 중복성은 재정 자원을 사용할 수 있는 경우 스테이션 기록에 복원력과 연속성을 추가합니다.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> 그림 4: 센서 설치. (A) 얕은 센서는 일반적으로 굴착된 토양 구덩이의 측벽에 수평으로 설치됩니다. 더 깊은 센서의 경우, (B) 핸드 오거를 사용하여 깊이가 0인 기준(예: 트렌치에 걸쳐 있는 목재)을 사용하여 구멍을 깊이 파고 센서를 사용하여 구멍 바닥으로 수직으로 밀어 넣습니다. 토양층은 표토(A horizon)와 전위된 점토(Bt)와 탄산염 축적(Bk)이 있는 심토 지평선으로 표시됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
현장 SWC 센서 유형 시판되는 센서는 토양(22)과 직접 접촉하는 타인을 따라 전파되는 전자기 신호에 대한 측정된 응답으로부터 SWC를 추론한다. 매립형 센서는 전파되는 전자기 신호의 유형과 응답 측정 방법에 따라 커패시턴스, 임피던스, 시간 영역 반사 측정, 시간 영역 투과계 및 전송선 진동의 5가지 등급으로 나뉩니다(보충 표 S1, 각 제조업체 정보에 대한 링크 포함). 이러한 기술은 작동 주파수 및 제조업체별로 그룹화되는 경향이 있습니다. 더 긴 타인은 더 많은 양의 토양을 통합합니다. 그러나 삽입하기가 더 어려울 수 있으며 점토가 있고 벌크 전기 전도도(BEC)가 더 높은 토양에서 신호 손실이 더 많이 발생합니다. 제조업체는 SWC 측정 오차가 0.02-0.03 m3m−3라고 보고하는 반면, 사용자는 일반적으로 이러한 오차가 훨씬 더 크다고 생각한다 23. 전자기 센서의 적절한 교정 및 표준화는 성능을 향상시킵니다22; 그러나 이러한 토양별 보정은 설치에 중점을 둔 이 프로토콜의 범위를 벗어납니다.
센서 선택은 원하는 출력, 측정 방법, 작동 주파수 및 다른 측정과의 호환성을 고려해야 합니다. 2010년 이전에는 대부분의 SWC 센서가 아날로그였으며 DCP가 차동 전압, 저항 또는 펄스 수를 측정해야 했기 때문에 각 센서에 대해 더 비싼 구성 요소와 개별 채널(또는 멀티플렉서)이 필요했습니다. 이제 1,200 보드(SDI-12) 통신 프로토콜(http://www.sdi-12.org/)의 직렬 데이터 인터페이스를 통해 스마트 센서는 내부 측정 알고리즘을 구현한 다음 단일 통신 케이블을 통해 디지털 데이터를 전송할 수 있습니다. 각 센서에는 고유한 SDI-12 주소(0-9, a-z 및 A-Z)가 있는 레버 너트 또는 단자대 커넥터(그림 5)로 연결된 공통 와이어를 사용하여 각 센서를 순차적으로(즉, 데이지 체인) 함께 배선할 수 있습니다. SDI-12 센서의 공통 통신 와이어는 전원 및 접지선과 함께 단일 회로를 형성합니다. 멀티플렉서 또는 DCP에서의 측정은 필요하지 않습니다. 대신 DCP는 단순히 디지털 명령과 텍스트 줄을 보내고 받습니다. 많은 SDI-12 SWC 센서에는 토양 온도, 상대 유전율(ε) 및 BEC 측정도 포함되어 있습니다. 이러한 측정은 센서 진단 및 토양별 교정에 유용합니다. 이 시점에서 사용자는 사이트를 선택하고 센서 유형, 수 및 깊이를 결정하고 필요한 모든 하드웨어 및 현장 도구(재료 표)를 얻었습니다. 따라서 설치 프로토콜로 진행할 수 있습니다.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> 그림 5: 공통 전력, 접지 및 통신 전선을 데이터 수집 플랫폼의 단일 입력에 연결하는 데 사용되는 전선 접합 커넥터 및 단자대. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</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

토양 수분은 운영 수문학, 식량 안보, 생태계 서비스 및 기후 시스템에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러나 토양 수분 데이터의 채택은 일관되지 않은 데이터 수집, 열악한 표준화 및 일반적으로 짧은 기록 기간으로 인해 느립니다. 토양 수분 또는 정량적 체적 토양 수분 함량(SWC)은 전자기 응답에서 SWC를 추론하는 매립형 현장 센서를 사용하여 측정됩니다. 이 신호는 점토 함량 및 광물학, 토양 염분 또는 벌크 전기 전도도, 토양 온도와 같은 현지 현장 조건에 따라 상당히 다를 수 있습니다. 이들 각각은 센서 기술에 따라 다양한 영향을 미칠 수 있습니다.
또한 열악한 토양 접촉 및 센서 열화는 시간이 지남에 따라 이러한 판독값의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 기존의 환경 센서와 달리 SWC 데이터에 대해 승인된 표준, 유지보수 관행 또는 품질 관리가 없습니다. 따라서 SWC는 많은 환경 모니터링 네트워크가 구현하기 어려운 측정입니다. 여기에서 우리는 현장 SWC 센서에 대한 커뮤니티 기반 실행 표준을 수립하여 향후 연구 및 응용 프로그램이 현장 선택, 센서 설치, 데이터 해석 및 모니터링 스테이션의 장기 유지 관리에 대한 일관된 지침을 갖도록 시도합니다.
비디오 촬영은 현장 SWC 센서 설치에 대한 모범 사례 및 권장 사항에 대한 여러 기관의 합의에 중점을 둡니다. 이 백서에서는 고품질 및 장기 SWC 데이터 수집에 필수적인 다양한 단계와 함께 이 프로토콜에 대한 개요를 제공합니다. 이 프로토콜은 단일 스테이션 또는 전체 네트워크를 배포하려는 과학자 및 엔지니어에게 유용합니다.

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

토양 수분 함량 측정은 많은 주 및 연방 기관의 중요한 임무 요구 사항입니다. 이 프로토콜은 매설 현장 센서를 사용하여 토양 수분 함량을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합 합니다 .

현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

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

토양 수분 함량은 작물 생산에서 날씨에 이르기까지 많은 지상 및 지하 과정을 조절합니다. 최근 많은 주 및 연방 기관에서 중요한 임무 요구 사항이 되었습니다. 이 프로토콜은 매립형 현장 전자기 센서를 사용하여 토양 수분을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합합니다.이 프로토콜은 단일 스테이션 또는 전체 네트워크를 배포하려는 과학자 및 엔지니어에게 유용합니다. 토양 수분 함량은 최근 지구 기후 관측 시스템에서 필수적인 기후 변수로 인식되었습니다. 그러나 매립형 현장 센서를 설치하는 관행에 대한 표준화는 거의 이루어지지 않았습니다.서면 프로토콜과 비디오가 데이터 수집을 향상시킬 수 있기를 바랍니다. 매설된 토양 수분 함량 센서가 좋은 데이터를 제공하는지 쉽게 확인할 수 있는 방법은 없습니다. 처음에는 센서가 토양과 잘 접촉하고 설치가 지역 토양 수문학에 영향을 미치지 않았다는 확신과 확신이 필요합니다.이 절차를 시연하는 것은 메릴랜드 주 벨츠빌에 있는 USDA ARS 수문학 및 원격 감지 연구소의 물리학자인 Alex White가 될 것입니다. 시작하려면 각 센서를 데이터 제어 플랫폼에 별도로 배선합니다. 물음표 및 느낌표 명령을 사용하여 센서의 주소를 쿼리하고 각 센서의 일련 번호 및 SDI-12 주소와 함께 값을 랩북에 기록합니다.그런 다음 마커를 사용하여 센서 헤드와 케이블 끝에 SDI-12 주소로 레이블을 지정합니다. 토양 수분 함량 센서와 보조 센서를 실험실에 설치하여 데이터 제어 플랫폼 및 배터리에 연결하고 토양 수분 함량 센서를 공기 중에 매달거나 건조한 장소에 삽입하거나 물에 잠긴 상태로 둡니다. 데이터가 적절한 속도로 기록되고 값이 적절한지 확인합니다.USDA SoilWeb 앱을 사용하여 위치를 쿼리하고 포스트 홀 굴착기를 사용하여 테스트 구멍을 파십시오. 밭 질감이 토양 설명과 일치하는지 확인하십시오. 토양 표면이 교란되지 않도록 굴착 구역 위에 방수포를 깔아주세요.센서를 풀고 센서 헤드를 피트 면에 놓습니다. 그런 다음 악기 스탠드가 위치할 위치에 케이블 끝을 배치하여 케이블 길이가 올바른지 확인하고 필요에 따라 조정한 다음 스탠드의 위치를 깃발로 표시합니다. 기둥 구멍 굴착기를 사용하여 약 55cm 깊이의 구멍을 굴착합니다.날카로운 삽을 사용하여 구멍을 청소하고 구덩이 면이 수직인지 확인하여 각 센서가 그 위에 방해받지 않는 흙을 갖도록 합니다. 구멍과 방해 부위를 가능한 한 작게 유지하여 빠르게 회복되도록하십시오. 흙을 10cm 단위로 제거하고 각 리프트를 방수포의 맨 끝에 놓고 덩어리를 부수고 큰 암석을 제거하면서 증가할 때마다 더 가까이 이동합니다.다음으로 센서 케이블을 묻기 위해 10cm 이상의 직선적이고 좁은 트렌치를 굴착합니다. 모든 센서를 풀고 트렌치의 한쪽에 놓습니다. 각 센서 깊이에서 1쿼트 냉동 백에 대표적인 토양 샘플을 수집하는 동안 토양 색상이나 질감의 명백한 변화의 깊이에 유의하십시오.구덩이 면이 수직인지 확인하거나 약간 잘라서 각 센서가 그 위에 방해받지 않는 흙이 있는지 확인하십시오. 먼저 50cm 센서를 삽입하고 센서를 토양에 수평으로 밀어 넣고 센서를 흔들지 않도록 하면 틈이 생길 수 있습니다. 필요한 경우 지렛대를 사용하여 센서를 부드럽게 밀어 넣어 타인이 토양에 완전히 박혔는지 확인합니다.각 센서 케이블을 구덩이의 같은 쪽에 배치하여 굴착 구덩이 바닥에 걸 수 있도록 합니다. 발굴 된 구멍과 센서의 사진을 줄자로 측정하십시오. 100cm 센서의 경우 100cm에서 센서 타인 길이의 절반을 뺀 값(이 경우 94cm)까지 구멍을 파십시오.설치 도구를 사용하여 센서를 구멍 바닥에 밀어 넣어 수직으로 설치하십시오. 굴착 된 토양으로 오거 구멍을 다시 포장하십시오. 트렌치의 모든 센서 케이블을 PVC 도관 섹션과 격벽 커넥터를 통해 인클로저로 배선하여 인클로저로 들어갑니다.그런 다음 케이블 렌즈를 하단 인클로저 포트로 당기고 지퍼 타이로 고정한 다음 5개의 센서를 연결합니다. 볼륨이tag직류 전압에 대해 DC로 설정된 멀티미터를 사용하여 배터리의 e가 충분합니다.tage. 그런 다음 검은색 음극선의 단자 커넥터를 배터리의 접지 음극 포스트에 있는 스페이드 단자 위로 밀고 빨간색 선을 양극 배터리 포스트 위로 밉니다.시스템 전원을 켜려면 배터리 케이블을 DCP에 꽂습니다. 데이터 제어 플랫폼 소프트웨어를 실행한 후 노트북을 데이터 제어 플랫폼에 연결하고 모든 센서가 숫자 값을 보고하는지 확인합니다. 지면 아래의 모든 기능과 케이블이 인클로저로 라우팅되면 전기 퍼티로 지상 및 지하 인클로저 개구부를 채우고 밀봉합니다.방수포에 가장 가까운 더 깊은 굴착 토양을 사용하여 바닥에서 시작하여 위로 작업하여 각 센서 헤드 주위에 흙을 손으로 포장하여 센서를 방해하지 않고 잘 압축되었는지 확인합니다. 10cm 리프트로 피트를 채우고 20cm 센서에 도달할 때까지 표면을 매끄럽게 하고 압축합니다. 센서 헤드 주변의 흙을 손으로 감싸고 표면에 도달할 때까지 10cm 리프트로 위쪽으로 계속 올라갑니다.방수포에서 더 깊은 흙으로 조심스럽게 덮고 흙을 구덩이 바닥으로 압축하여 케이블을 고정하고 어떤 힘으로도 아래로 당기지 않도록 주의하십시오. 계기 마스트에서 북쪽, 남쪽, 동쪽 및 서쪽 방향으로 완성된 스테이션의 사진을 찍습니다. 센서 설치 위치를 플래그 지정 또는 기타 별개의 항목으로 설명합니다.이 현장 설치는 시간별 공기 및 토양 온도, 토양 수분 함량, 일일 강수량, 토양 수분 저장 및 시간 경과에 따른 변화를 보고합니다. 결과는 지표 근처의 토양 수분 함량이 급격히 증가한 것으로 나타났으며, 각 폭풍 이후 더 깊은 곳에서 지연된 증가를 보여줍니다. 2022년 2월 초와 4월의 행사 기간 동안 100cm의 가장 깊은 센서는 입방 미터당 0.33입방미터의 고원에 도달하여 포화 기간을 나타냅니다.미시시피의 유사한 설치의 경우, 토양 수분 함량은 강우 0.60 밀리미터 후 모든 깊이에서 입방 미터당 40 입방 미터에 도달 한 반면, 다른 70 밀리미터는 토양 수분 저장에 영향을 미치지 않아 포화 초과 유출을 시사합니다. 몬태나에 있는 유사한 설치의 경우 얼어붙은 토양과 적설로 인해 3월 중순에 토양 수분 함량이 급격히 감소한 후 강수량 표시 없이 해동 중에 증가했습니다. 스파이크, 단계 변경 및 진동과 같은 불규칙한 센서 동작에 주의하여 설치 불량 또는 센서 고장을 나타낼 수 있습니다.센서 삽입은 특히 암석, 뿌리 또는 건조한 토양에서 어려울 수 있습니다. 센서 헤드가 토양과 같은 높이로 밀려났는지 확인하십시오. 이 프로토콜은 가뭄 모니터링, 물 공급 예측, 유역 및 농업 관리, 작물 계획을 포함한 광범위한 응용 분야에서 보다 조화되고 균일한 토양 수분 함량 데이터로 이어질 것입니다.National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network는 토양 수분 측정, 해석 및 적용에 관한 실천 커뮤니티를 구축하고 있습니다. 데이터 제공자, 연구원 및 대중을 연결하는 사람들의 네트워크입니다. 자세한 내용은 설명서를 참조하세요.

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

연속의 설계 및 운영<sup&gt; 13</sup&gt; C 및<sup&gt; 15</sup통일 또는 차등을위한&gt; N 레이블 상공 회의소, 대사 및 구조, 식물 동위 원소 라벨링

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

연구

환경과학

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

통합 필드 Lysimetry 및 Porewater 샘플링 토양에서 화학 이동성의 평가 및 설립 식물

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

정적 챔버를 사용하여 농업 토양에서 온실 가스 유출 측정

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

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

추출 및 토양의 미생물 인지질 지방산의 분석

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

순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가

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

토양 리샘플링하는 방법은 산림 토양의 화학 물질 농도의 변화를 모니터링하기

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

잔디가 시스템에 양도 잔류 농약을 정량화하기위한 프로토콜

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

나무에서 줄기 물 콘텐츠를 모니터링 하는 교정 및 정전 용량 센서의 사용

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

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

다른 유형의 연구에 샘플링 토양 플롯

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...