Jordvanninnhold regulerer mange prosesser over og under bakken, fra planteproduksjon til vær. Det har nylig blitt et kritisk oppdragskrav for mange statlige og føderale byråer. Denne protokollen syntetiserer multi-agency innsats for å måle jordfuktighet, ved hjelp av nedgravde in-situ elektromagnetiske sensorer.
Denne protokollen vil være nyttig for forskere og ingeniører som håper å distribuere en enkelt stasjon eller et helt nettverk. Jordvanninnhold ble nylig anerkjent som en viktig klimavariabel i det globale klimaobservasjonssystemet. Likevel har det vært lite standardisering av praksisen med å installere nedgravde in-situ sensorer.
Vi håper at den skriftlige protokollen og videoen kan forbedre datainnsamlingen. Det er ingen enkel måte å verifisere at en nedgravd jordvanninnholdssensor gir gode data. Først krever det trygghet og trygghet for at sensorene er i god kontakt med jorda, og at installasjonen ikke påvirket den lokale jordhydrologien.
Demonstrere prosedyren vil være Alex White, en fysisk forsker i USDA ARS Hydrology and Remote Sensing Laboratory her i Beltsville, Maryland. For å begynne, koble hver sensor separat til en datakontrollplattform. Bruk kommandoen for spørsmålstegn og utrop til å spørre sensorens adresse, og registrer verdiene sammen med serienummeret og SDI-12-adressen til hver sensor i en laboratoriebok.
Merk deretter sensorhodet og kabelenden med SDI-12-adressen ved hjelp av en markør. Sett opp sensorene for jordvanninnhold og eventuelle tilleggssensorer i laboratoriet, koble dem til datakontrollplattformen og batteriet, slik at sensorene for jordvanninnhold henger i luften, settes inn på tørt sted og/eller senkes i vann. Kontroller at dataene er registrert til riktig sats, og at verdiene er passende.
Spør plasseringen ved hjelp av USDA SoilWeb-appen og grav et testhull ved hjelp av en stolpehullgraver. Kontroller at feltteksturen stemmer overens med jordbeskrivelsen. Legg en presenning over utgravningsområdet for å beskytte jordoverflaten mot forstyrrelser.
Løsne en sensor og legg sensorhodet ved pitflaten. Plasser deretter kabelenden der instrumentstativet skal plasseres, kontroller at kabellengden er riktig, juster etter behov og merk stativets plassering med et flagg. Bruk en stolpehullgraver til å grave ut et omtrent 55 centimeter dypt hull.
Rengjør hullet med en skarp spade, og sørg for at gropflaten er vertikal slik at hver sensor får uforstyrret jord over seg. Hold hullet og det forstyrrede området så lite som mulig, slik at det kommer seg raskt. Fjern jorda i trinn på 10 centimeter, og plasser hvert løft på den fjerne enden av presenningen, og flytt nærmere med hvert trinn mens du bryter opp eventuelle klumper og fjerner store steiner.
Deretter graver du ut en rett, smal grøft som er mer enn 10 centimeter dyp for å begrave sensorkablene. Løsne alle sensorene, og legg dem på den ene siden av grøften. Legg merke til dybden av åpenbare endringer i jordfarge eller tekstur mens du samler representative jordprøver i en en-liters frysepose ved hver sensordybde.
Kontroller at gropen er loddrett, eller kutt litt ned for å sikre at hver sensor vil ha uforstyrret jord over seg. Sett først inn sensoren på 50 centimeter og skyv sensoren horisontalt ned i jorden, og prøv å ikke vrikke sensoren, da dette kan skape hull. Bruk om nødvendig innflytelse for å skyve forsiktig inn sensoren, og vær sikker på at tindene er helt innebygd i jorden.
Orienter hver sensorkabel til samme side av gropen, slik at de kan henge til bunnen av gravegropen. Ta et bilde av det utgravde hullet og sensorer med et målebånd for skala. For 100-centimetersensoren graver du et hull til 100 centimeter minus halvparten av sensorens tinelengde, eller 94 centimeter i dette tilfellet.
Installer sensoren vertikalt ved å skyve den inn i bunnen av hullet ved hjelp av et installasjonsverktøy. Pakk skruehullet med den utgravde jorda. Før alle sensorkablene fra grøften inn i kabinettet i en del av PVC-ledningen og gjennom en skottkontakt for å komme inn i kabinettet.
Trekk deretter kabellinsen inn i den nederste kabinettporten, fest dem med glidelåser og koble til de fem sensorene. Kontroller at spenningen på batteriet er tilstrekkelig ved hjelp av et multimeter satt til DC for likestrømspenning. Deretter skyver du terminalkontakten til den svarte negative ledningen over spadeterminalen på den jordnegative stolpen på batteriet, og den røde ledningen over den positive batteristolpen.
For å slå på systemet, koble batterikabelen til DCP. Etter å ha startet datakontrollplattformprogramvaren, kobler du en bærbar datamaskin til datakontrollplattformen, og bekrefter at alle sensorer rapporterer numeriske verdier. Når alt under bakken fungerer og kablene er ført inn i kabinettet, fyll og forsegl de over- og underjordiske kapslingsåpningene med elektrisk kitt.
Bruk den dypere utgravde jorden nærmest presenningen, pakk jorden for hånd rundt hvert sensorhode, start fra bunnen og arbeid opp, unngå å forstyrre sensoren og sikre at den er godt komprimert. Fyll igjen gropen i 10 centimeter heiser, jevn ut og komprimer overflaten til sensoren på 20 centimeter er nådd. Pakk jorden for hånd rundt sensorhodet og fortsett oppover i 10 centimeter heiser til du når overflaten.
Dekk dem forsiktig med dypere jord fra presenningen mens du komprimerer jorda i bunnen av gropen for å sikre kablene, og vær forsiktig så du ikke trekker dem nedover med noen kraft. Ta bilder av den ferdige stasjonen i retning nord, sør, øst og vest fra instrumentmasten. Avgrens sensorens installasjonssted med flagging eller andre distinkte elementer.
Denne feltinstallasjonen rapporterer luft- og jordtemperaturer hver time, jordvanninnhold, daglig nedbør, lagring av jordvann og endring over tid. Resultatene viser en kraftig økning i jordvanninnholdet nær overflaten, med en forsinket økning på større dyp etter hver storm. Under arrangementer i begynnelsen av februar og april 2022 nådde den dypeste sensoren på 100 centimeter et platå på 0.33 kubikkmeter per kubikkmeter, noe som indikerer en periode med metning.
For en lignende installasjon i Mississippi nådde jordvanninnholdet 0,60 kubikkmeter per kubikkmeter på alle dybder etter 40 millimeter nedbør, mens ytterligere 70 millimeter ikke påvirket lagring av jordvann, noe som tyder på metningsoverskudd. For en lignende installasjon i Montana ga frossen jord og snødekke en dramatisk nedgang i jordvanninnholdet i midten av mars, deretter en økning under tining, uten noen indikasjon på nedbør. Vær forsiktig med uberegnelig sensoroppførsel, for eksempel pigger, trinnendringer og svingninger, noe som kan indikere dårlig installasjon eller sensorfeil.
Sensorinnsetting kan være utfordrende, spesielt i steinete, rotete eller tørr jord. Forsikre deg om at sensorhodet skyves flush mot jorda. Denne protokollen vil føre til mer harmoniserte og ensartede data om jordvanninnhold, for et bredt spekter av applikasjoner, inkludert: tørkeovervåking, vannforsyningsprognoser, vannskille og landbruksforvaltning og avlingsplanlegging.
National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network bygger et fellesskap av praksis rundt jordfuktighetsmåling, tolkning og anvendelse. Det er et nettverk av mennesker som knytter dataleverandører, forskere og publikum. Se dokumentasjonen for mer informasjon.
