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

Forfatterne anerkjenner økonomisk støtte fra NOAA-NIDIS, National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN) og USGS Next Generation Water Observing Systems (NGWOS) -programmet. Vi takker medlemmer av NCSMMNs eksekutivkomité, inkludert B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda og M. Woloszyn for innspill til denne protokollen. Vi takker M. Weaver (USGS) for deres første gjennomgang av utkastet til protokoll.

All bruk av handels-, firma- eller produktnavn er kun for beskrivende formål og innebærer ikke godkjenning fra amerikanske myndigheter. Denne artikkelen er en amerikansk regjering arbeid og er i det offentlige området i USA. USDA er en likestillingsarbeidsgiver og leverandør.

Jordfuktighetstilstand er et resultat av mange forskjellige miljøfaktorer, inkludert nedbør, vegetasjon, solinnstråling og relativ fuktighet, sammen med jordhydrauliske og fysiske egenskaper. Disse samhandler over tid og rom på forskjellige romlige og tidsmessige skalaer. For å modellere og forutsi vann-, energi- og karbonsyklusene, er det nødvendig å forstå SWC-tilstanden. En av de vanligste typene automatiserte måleteknologier er en elektromagnetisk SWC-sensor med tinder som er ment å settes in situ inn i uforstyrret jord. Denne protokollen er utformet for å gi veiledning for prosessen med å installere disse vanlige typene nedgravbare sensorer. Nøyaktighet, ytelse og kostnad er vanligvis proporsjonal med driftsfrekvensen til sensorene. Lavfrekvente sensorer koster mindre, men er mer forvirret av jord- og miljøfaktorer45. Jord- eller stedsspesifikk kalibrering kan forbedre nøyaktigheten til lavfrekvente sensorer. Målemetoden påvirker også sensorens ytelse på grunn av den underliggende fysikken til det elektromagnetiske feltet (EMF).
To store elektromagnetiske fysiske lover styrer elektromagnetisk sensing. Den ene er Gauss' lov, som beskriver hvordan sensorens forplantede EMF er avhengig av mediets ε og BEC. Permittiviteten øker med SWC, men det gjør også BEC. Derfor påvirkes sensorer avhengig av Gauss 'lov av SWC, BEC og temperatureffekten på BEC, samt eventuelle forstyrrelser fra saltholdighet. Kapasitansfølende metoder adlyder Gauss' lov og er dermed mer utsatt for disse effektene46. I tillegg beskriver Gauss 'lov avhengigheten av kapasitansen på en geometrisk faktor, som endres med formen på EMF i jorda. Forskning har vist at EMF-formen endres med jordstrukturen og den småskala romlige variasjonen av vanninnhold rundt sensortindene. Småskala romlig variasjon av vanninnhold og jordstruktur er stor i de fleste jordarter, noe som resulterer i geometriske faktorendringer og påfølgende kapasitansendringer som har lite å gjøre med bulk gjennomsnittlige endringer i jordvannet. Disse faktorene reduserer kapasitanssensorens nøyaktighet og øker datavariabiliteten46,47,48. Impedans- og transmisjonslinjeoscillasjonsmetodene er også avhengige av Gauss' lov, mens tidsdomenereflektometri og tidsdomenetransmissometrimetoder avhenger av Maxwells ligninger, som ikke inkluderer en geometrisk faktor og ikke er avhengige av BEC. Selv om ingen sensor er problemfri, har tidsdomenemetodene en tendens til å være betydelig mer nøyaktige og mindre partiske enn enten kapasitans- eller impedansbaserte metoder.
Det er flere kritiske trinn i prosedyren. For et spredt nettverk er riktig valg av sted og sensorplassering nødvendig for å ha den mest hensiktsmessige romlige representasjonen av SWC. Valg av sted kan være mer påvirket av eksterne faktorer, for eksempel tilgang til land, eller andre atmosfæriske overvåkingskrav der jordfuktighet er tilleggsmåling. Meso-skala meteorologiske steder ligger på brede og åpne, velstelte gressflater for å minimere mikroskalapåvirkninger. Slike steder kan være mindre ideelle for SWC-overvåking. Hvis det er relevant, bør trådløs sensorteknologi vurderes 49,50,51,52,53 for å tillate SWC-overvåking å skje utenfor den eksisterende miljøovervåkingsstasjonen og i representativ jord. Å jobbe rundt aktiv gårdsdrift og vanningsutstyr er utfordrende. De fleste nettverk (f.eks. SCAN og USDA-ARS) holder seg i utkanten av feltene for å unngå jordbearbeidingsaktiviteter som ploger eller hogstmaskiner som kan kutte kablene og avdekke sensorer. Enhver in situ sensor og kabel må være tilstrekkelig nedgravd og ha en lav nok overflateprofil for å unngå å utledes med drift på gården. Trådløse systemer53 og flyttbare borehullssensorer47 kan være mer hensiktsmessig. Bevaring av grunnvann ved hjelp av storskala, jordfuktighetsbasert vanning54 er et voksende felt for SWC-sensorer; Denne protokollen gjelder romlig representative langsiktige SWC-data i uforstyrret jord.
Noen jordarter er vanskeligere å måle enn andre. I steinete, grusete eller veldig tørr jord kan det være umulig å sette inn tindene uten skade. Et alternativ er å grave ut jordgropen og legge sensorene på plass mens du fyller på igjen, og prøver å komprimere til den opprinnelige BD. Steinete jord har en tendens til å ha liten struktur, noe som sannsynligvis vil helbrede etter flere fuktings- og tørkesykluser; Imidlertid kan en slik forstyrrelse aldri være virkelig representativ for jordhydrologien på stedet. Alternativt, hvis sensorer er installert i bunnen av skruehull, kan jorden som fjernes siktes for å fjerne steiner og pakkes om i hullet akkurat dypt nok til å imøtekomme sensortindene. Sensoren kan deretter installeres vertikalt, og skruehullet fylles på nytt med gjenværende ikke-siktet jord, med hyppig komprimering når jord tilsettes.
Røtter i skogsjord gir lignende utfordringer som sondeinnsetting, men røtter kan kuttes i noen situasjoner. Skogsjord har ofte organiske (O) horisonter på toppen av mineraljorda, som kan ha svært lav BD og høyt spesifikt overflateareal, med store mengder bundet vann som resulterer i svært ikke-lineære sensorresponser ved høyere SWC55. Videre setter utøveren null-datumet som enten toppen av O-horisonten eller mineraljordnoteringen som i metadataene. Leirerik jord og ekspansiv leire med høyt krympe-/svellepotensial kan være ekstremt ledende for elektromagnetiske signaler når de er våte og kan sprekke når de er tørre. Slike jordarter kan trenge ytterligere korreksjoner for å få rimelig SWC fra råmålingene56,57. I grunt jordsmonn kan berggrunn eller en restriktiv jordhorisont (f.eks. kalk eller hardpanne) påtreffes før man når den ideelle maksimale dybden. Det kan være nødvendig å endre plassering eller rett og slett ikke installere dypere sensor(er). For tørr eller våt jord kan være utfordrende, og det er også å foretrekke å velge installasjonsdatoer utenfor sesongmessige ekstremer. Tørr jord kan være veldig sterk, og det kan vise seg umulig å sette inn en sensor uten skade. Om nødvendig kan hullene fylles med vann for å myke opp gropen, selv om det kan ta litt tid før jorda går tilbake til en naturlig tilstand. Våt jord kan være for svak til å støtte gropflater, eller grøften kan fylles med vann. Det er også lettere å overkomprimere en våt jord.
Sensorutgangen bør inkludere permittivitet, ikke bare SWC, slik at korreksjoner eller jordspesifikke kalibreringer kan gjøres senere. Høyfrekvente sensorer er mer hensiktsmessige i jord med høy BEC, mens kortere tinder kan være enklere å installere i mer kompakte jordarter. Det kanskje mest kritiske trinnet er imidlertid jordkontakt; Dårlig kontakt forringer signalet fra en elektromagnetisk sensor. Til slutt høres tilbakefylling av utgravningen trivielt ut, men det er nøkkelen til å minimere fortrinnsrett til sensorens område, holde kabler beskyttet og motvirke dyr fra å forstyrre området. En jord- eller stedsspesifikk kalibrering kan forbedre sensornøyaktigheten, men krever flere detaljer enn det som er mulig i denne protokollen. Jordsmonn justert eller pakket om til varierende SWC-nivåer er ideelle for å kontrollere lineariteten til responsen og kan fungere som en stedsspesifikk kalibrering for noen sensortyper21. Dielektriske væsker kan også være effektive medier for å sjekke sensorrespons58. Temperaturkontrollerte vannbad kan brukes til å forbedre jordtemperaturkalibreringer59. Denne protokollen er det første skrittet mot etablering av en standard driftsprosedyre for in situ SWC-sensorinstallasjon, da det ikke finnes noen eksisterende metode, og heller ingen akseptert kalibreringsmetode for SWC-sensorer60,61.
Mens SWC-overvåking har vært fokus for denne protokollen, har metoden begrensninger, og SWC alene kan ikke gi et fullstendig bilde av jordvannsstatus. Mange økosystemprosesser er også regulert av jordvannspotensialet, som er mindre vanlig målt in situ62. Jordvannpotensial, nylig gjennomgått av S. Luo, N. Lu, C. Zhang og W. Likos 63, er vannets energitilstand; slike sensorer kan være mindre påvirket av jordegenskaper og gi kvalitetskontroll for SWC-sensorer64. Videre inkluderer bulkfeltet SWC grus, bergarter, røtter og tomrom (f.eks. foretrukne strømningsbaner). In situ SWC-sensorer er vanligvis plassert rundt bergarter og røtter, og det begrensede målevolumet, konsentrert rundt tindene, kan gå glipp av diskrete, men viktige aspekter ved bulkfeltet SWC.
Denne protokollen vil forhåpentligvis føre til en mer harmonisert og ensartet SWC-data for et bredt spekter av applikasjoner, inkludert tørkeovervåking, vannforsyningsprognoser, vannskilleforvaltning, landbruksforvaltning og avlingsplanlegging. Fremkomsten av fjernmålingsplattformer4 har i stor grad forbedret evnen til å estimere SWC globalt, men disse produktene trenger bakkevalidering, som fortsatt bare er rimelig samlet inn av in situ nettverk65. Datamaskinfremskritt har gjort det mulig å utvikle hyperoppløsnings SWC-modellering66 , noe som gir høyoppløselig og sub-daglig SWC-status, men disse produktene trenger også in situ estimater av SWC for å gi et visst grunnlag for å beregne usikkerhet. Ofte er det første spørsmålet som stilles når et nytt produkt introduseres, "hva er usikkerheten?" For SWC-produkter er den primære sammenligningen for validering in situ nettverksdata67.
Det har vært nylige nettverksutvidelser knyttet til National Coordinated Soil Moisture Monitoring Network (NCSMMN), inkludert US Army Corps of Engineers Upper Missouri Basin jordfuktighetsprosjekt og NOAA-støttet sørøst amerikansk nettverksoppbygging, alle designet for å forbedre prediksjon, overvåking og gi beslutningsstøtte for ressursforvaltning. Sikkerhet og nøyaktighet av SWC-estimater for slike applikasjoner kan bare oppnås med grundige protokoller og prosedyrer for å gi tillit til dataintegritet. NCSMMN er en føderalt ledet, multiinstitusjonell innsats som tar sikte på å gi hjelp, veiledning og støtte ved å bygge et fellesskap av praksis rundt jordfuktighetsmåling, tolkning og applikasjon - et "nettverk av mennesker" som knytter dataleverandører, forskere og publikum68. Denne protokollen er et produkt av NCSMMNs innsats. En arbeidsflyt for datakvalitetskontroll er nært forestående.

Jordfuktighet ble nylig anerkjent som en essensiell klimavariabel i Global Observing Climate System1. Jordfuktighet, eller kvantitativt volumetrisk jordvanninnhold (SWC), spiller en viktig rolle i å partisjonere strømmen av innkommende stråling i latent og fornuftig varme mellom jordoverflaten og atmosfæren, og partisjonere nedbør mellom avrenning og infiltrasjon2. Den spatiotemporale variasjonen av jordfuktighet på punkt-, felt- og vannskilleskalaene kompliserer imidlertid vår evne til å måle SWC i riktig skala som trengs for å oppfylle forsknings- eller ledelsesmål3. Nye metoder for å kvantifisere SWC, inkludert bakkebaserte nettverk av in situ sensorer, proksimale detektorer og fjernmåling, gir unike muligheter til å kartlegge variasjonen i SWC med en enestående oppløsning4. In situ SWC-sensorer gir de mest temporalt kontinuerlige og dybdespesifikke datapostene, men er også utsatt for små sensorvolumer og lokal skalavariasjon som er iboende i jordegenskaper, topografi og vegetasjonsdekke5.
Videre mangler det standarder eller allment aksepterte metoder for installasjon, kalibrering, validering, vedlikehold og kvalitetskontroll av in situ SWC-sensorer. Jordfuktighet er i seg selv en utfordrende parameter å måle og kan være den vanskeligste variabelen å kvalitetssikre6. Mens generelle protokoller for SWC-datainnsamling er produsert av Det internasjonale atomenergibyrået7, komiteen for jordobservasjonssatellitter8, føderale byrårapporter9 og American Association of State Climatologists10, er det begrenset spesifikk veiledning om installasjon, vedlikehold, kvalitetskontroll og verifisering av SWC-data fra begravet in situ Sonder. Dette har gjort adopsjon av slike teknologier utfordrende for operasjonelle overvåkingsnettverk, for eksempel statlige Mesonets, for å legge til SWC-målinger. På samme måte er det også utfordrende for operative hydrologer, for eksempel ved elveprognosesentre, å innlemme disse dataene i arbeidsflyten. Formålet med denne videografi og tilhørende papir er å gi slik veiledning og dokumentere en sammenhengende installasjonsprotokoll for begravde in situ SWC-sonder.
Velge et sted for in situ jordfuktighetsovervåking Jordsmonnet innenfor ethvert interesseområde (AOI) dannes gjennom en unik og koblet tilbakemelding over tid mellom topografi, økologi, geologi og klima11,12. Variasjonen av SWC på tvers av landskap gjør valg av sted til et kritisk aspekt for enhver jordfuktighetsstudie. For noen forskningsmål kan et nettsted velges for å representere en bestemt funksjon eller mikrosite på landskapet eller økosystemet. Med henblikk på overvåking av nett bør lokaliteten være romlig representativ for en større landskapskomponent. Målet er å finne et sted som gir den beste romlige representasjonen av AOI. På feltet må det tas mer pragmatiske hensyn, for eksempel kravene til annen meteorologisk instrumentering, tilgjengelighet eller tillatelse. Imidlertid er den dominerende jordkartenheten innenfor AOI vanligvis en god romlig representasjon av miljøforholdene i et større område13. Den dominerende jordkartenheten kan bestemmes ved hjelp av Web Soil Survey (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/); Denne jordkartenheten bør også verifiseres med en grunn grop eller testhull.
En typisk målestasjon kan oppta 5-50 m2, avhengig av sensorbehov og antall tilleggsmålinger. Figur 1 viser en typisk målestasjon med et 3 m tårn som holder et anemometer for vindhastighet og retning, en lufttemperatur og relativ fuktighetssensor, et pyranometer for solstråling og et National Electrical Manufacturers Association (NEMA) værbestandig og vanntett kabinett (NEMA rating 4). NEMA-kabinettet huser datakontrollplattformen (DCP), mobilmodem, solcellepanelladningsregulator, batteri og annen relatert maskinvare (se materialfortegnelse; Systemkomponenter). Tårnet gir også en plattform for kommunikasjonsantennen, solcellepanelet og lynavlederen. En flytende nedbør (PPT) gage er også vanligvis inkludert, som bør plasseres vekk fra tårnet og i lavest mulig høyde for å redusere vindeffekter på PPT-fangst. SWC-sensorene bør installeres i tilstrekkelig avstand (3-4 m) og oppoverbakke slik at det ikke er potensiell forstyrrelse fra tårnet på verken nedbør eller overlandsstrøm. Eventuelle relaterte kabler skal graves ned i ledning minst 5 cm under overflaten.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> Figur 1: En typisk målestasjon. USDA SCAN samler timeinformasjon om jordvanninnhold og temperatur ved standard dybder (5, 10, 20, 50 og 100 cm), lufttemperatur, relativ fuktighet, solstråling, vindhastighet og retning, nedbør og barometertrykk. Det er over 200 SCAN-nettsteder over hele USA. Forkortelser: SCAN = Soil Climate Analysis Network; NEMA = National Electrical Manufacturers 'Association. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
Måledybde, orientering og antall sensorer In situ SWC-sensorer installeres vanligvis horisontalt for å representere bestemte dybder i jorda (figur 2). Føderalt finansierte, nasjonale nettverk som Soil Climate Network (SCAN) 14, Snow Telemetry Network (SNOTEL) 15 og US Climate Reference Network (USCRN) 16 måler SWC ved 5, 10, 20, 50 og 100 cm. Disse dybdene ble nådd ved konsensus under SCAN-utvikling av en rekke årsaker. Dybden på 5 cm tilsvarer fjernmålingsfunksjoner17; 10 og 20 cm dybde er historiske mål for jordtemperatur18; 50 og 100 cm dybder fullfører rotsonen jordvannlagring.
Sonder kan være orientert vertikalt, horisontalt eller skrått/vinklet (figur 3). Horisontal installasjon er mest vanlig for å oppnå en jevn jordtemperaturmåling på diskret dybde. Mens sensoren kan være sentrert på en diskret dybde, er SWC-måling et volum rundt tindene (dvs. elektroder), som kan variere med fuktighetsnivåer, målefrekvens og geometrien til installasjonen (horisontal, vertikal eller vinklet). For horisontal installasjon integrerer sensorvolumet fuktighet over og under dybden, og 95 % av sensorvolumet er vanligvis innenfor 3 cm fra tindene19. Vertikale eller vinklede installasjoner integrerer SWC langs tindene, slik at vertikal installasjon kan representere lagringen langs hele lengden av sensordybden20. Noen sensorer måler ikke jevnt langs tindene. For eksempel er overføringslinjeoscillatorer mer følsomme for fuktighet nær sondehodet der de elektromagnetiske pulsene genereres21. Vertikale installasjoner er mer egnet for dypere sonder der temperatur- og fuktighetsgradienter har en tendens til å bli redusert.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> Figur 2: Installasjon av in situ SWC-sensorer. Horisontal sensorplassering på utvalgte dybder ved bruk av (A,B) en referansejigg med null dybde og (C) et nulldybdebrett eller (D) et spadehåndtak med null dybde som referanse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> Figur 3: Orientering av sonder vertikalt, horisontalt eller i helning . (A) Skrå og vertikal innsetting og (B) horisontal-vertikal innsetting og horisontal-horisontal innsettingssenterdybde for en trefarget SWC-sensor. Forkortelse: SWC = jordvanninnhold. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
Installasjon til dybder mindre enn 50 cm er relativt intuitivt, mens dypere sensorer krever litt mer innsats. Rotsone SWC eller profil jordvannlagring krever vanligvis målinger til 1 eller 2 m. Som illustrert i denne protokollen, utføres 0-50 cm installasjoner i en utgravd grop eller skruehull med sonder installert horisontalt i uforstyrret jord, noe som minimerer overflateforstyrrelsen. For dypere sensorer (f.eks. 100 cm) installerer både SCAN og USCRN sensoren vertikalt i separate, håndavbøyde hull ved hjelp av en forlengelsesstang (figur 4).
Gitt heterogeniteten til SWC, spesielt nær overflaten, og de små målevolumene til sensorer, gir triplikate målinger en bedre statistisk representasjon av SWC. Imidlertid er en profil av in situ sensorer typisk for de fleste nettverk (f.eks. SCAN og SNOTEL). USCRN bruker tre profiler fordelt 3-4 m fra hverandre for å gjøre triplikate målinger på hver dybde16. Videre gir redundans i måling fleksibilitet og kontinuitet til stasjonsposten hvis økonomiske ressurser er tilgjengelige.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> Figur 4: Installasjon av sensorer. (A) Grunne sensorer installeres vanligvis horisontalt inn i sideveggen til en utgravd jordgrop. For dypere sensorer brukes (B) en håndskrue til å grave et hull i dybden ved hjelp av en nulldybdereferanse (f.eks. tre som spenner over grøften), og sensorene skyves vertikalt inn i bunnen av hullene ved hjelp av (C) en del av PVC-røret som er modifisert for å sikre sensoren og kabelen under installasjon eller (D) et installasjonsverktøy. Jordlag er notert som matjord (A-horisont) og undergrunnshorisonter med translokerte leire (Bt) og karbonatakkumulering (Bk). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</a>
In situ SWC-sensortype Kommersielt tilgjengelige sensorer utleder SWC fra den målte responsen på et elektromagnetisk signal forplantet langs tinder i direkte kontakt med jorda22. Begravde sensorer faller inn i fem klasser avhengig av typen elektromagnetisk signal som forplantes og metoden for å måle responsen: kapasitans, impedans, tidsdomenereflektometri, tidsdomenetransmissometri og transmisjonslinjeoscillasjon (tilleggstabell S1, med lenker til hver produsents informasjon). Disse teknologiene har en tendens til å gruppere etter driftsfrekvens og produsent. Lengre tinder integrerer et større volum jord; Imidlertid kan de være vanskeligere å sette inn og er mer utsatt for signaltap i jord med leire og høyere bulk elektrisk ledningsevne (BEC). Produsentene rapporterer SWC-målefeil på 0,02-0,03 m 3 m-3, mens brukerne typisk finner disse å være betydelig større23. Riktig kalibrering og standardisering av elektromagnetiske sensorer forbedrer ytelsen22; Disse jordspesifikke kalibreringene er imidlertid utenfor omfanget av denne protokollen, som fokuserer på installasjon.
Sensorvalg bør vurdere ønsket utgang, målemetode, driftsfrekvens og kompatibilitet med andre målinger. Før 2010 var de fleste SWC-sensorer analoge og krevde DCP for å gjøre målinger av differensialspenninger, motstander eller pulstelling, noe som krevde dyrere komponenter og individuelle kanaler (eller multipleksere) for hver sensor. Nå tillater serielle datagrensesnitt ved 1,200 baud (SDI-12) kommunikasjonsprotokoller (http://www.sdi-12.org/) smarte sensorer å implementere interne målealgoritmer og deretter overføre digitale data langs en enkelt kommunikasjonskabel. Hver sensor kan kobles sammen i rekkefølge (dvs. en tusenfrydkjede) ved hjelp av en felles ledning forbundet med spakmutter eller rekkeklemmekontakter (figur 5), der hver sensor har en unik SDI-12-adresse (0-9, a-z og A-Z). Den vanlige kommunikasjonsledningen til SDI-12-sensorer danner en enkelt krets sammen med en strøm- og jordledning. Multipleksere eller målinger ved DCP er ikke nødvendig; I stedet sender DCP ganske enkelt og mottar digitale kommandoer og tekstlinjer. Mange SDI-12 SWC-sensorer inkluderer også jordtemperatur, relativ permittivitet (ε) og BEC-målinger. Slike målinger er nyttige for sensordiagnostikk og jordspesifikk kalibrering. På dette tidspunktet har brukeren valgt et nettsted, bestemt sensortype, antall og dybder, og fått alle nødvendige maskinvare- og feltverktøy (materialfortegnelse). Dermed kan de fortsette til installasjonsprotokollen.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> Figur 5: Ledningsskjøtekontakter og rekkeklemmer som brukes til å koble vanlige strøm-, jord- og kommunikasjonsledninger til en enkelt inngang på datainnsamlingsplattformen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.</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

Jordfuktighet påvirker direkte operativ hydrologi, matsikkerhet, økosystemtjenester og klimasystemet. Imidlertid har vedtakelsen av jordfuktighetsdata vært treg på grunn av inkonsekvent datainnsamling, dårlig standardisering og typisk kort rekordvarighet. Jordfuktighet, eller kvantitativt volumetrisk jordvanninnhold (SWC), måles ved hjelp av nedgravde, in situ sensorer som utleder SWC fra en elektromagnetisk respons. Dette signalet kan variere betydelig med lokale forhold på stedet som leireinnhold og mineralogi, jordens saltholdighet eller bulk elektrisk ledningsevne og jordtemperatur; Hver av disse kan ha varierende innvirkning avhengig av sensorteknologien.
Videre kan dårlig jordkontakt og sensorforringelse påvirke kvaliteten på disse avlesningene over tid. I motsetning til mer tradisjonelle miljøsensorer finnes det ingen aksepterte standarder, vedlikeholdsrutiner eller kvalitetskontroller for SWC-data. Som sådan er SWC en utfordrende måling for mange miljøovervåkingsnettverk å implementere. Her forsøker vi å etablere en fellesskapsbasert standard for praksis for in situ SWC-sensorer, slik at fremtidig forskning og applikasjoner har konsistent veiledning om valg av sted, sensorinstallasjon, datatolkning og langsiktig vedlikehold av målestasjoner.
Videografi fokuserer på en multi-byrå konsensus av beste praksis og anbefalinger for installasjon av in situ SWC sensorer. Denne rapporten presenterer en oversikt over denne protokollen sammen med de ulike trinnene som er avgjørende for høy kvalitet og langsiktig SWC-datainnsamling. Denne protokollen vil være til nytte for forskere og ingeniører som håper å distribuere en enkelt stasjon eller et helt nettverk.

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

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

Bestemmelsen av jordvanninnhold er et kritisk oppdragskrav for mange statlige og føderale byråer. Denne protokollen syntetiserer multi-agency innsats for å måle jordvanninnhold ved hjelp av nedgravde in situ sensorer.

In situ Jordfuktighetssensorer i uforstyrret jord

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

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.

Research

JoVE Journal

Environment

In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

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

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

Design og drift av en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C og<sup&gt; 15</sup&gt; N Merking Chamber for Uniform eller Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotop Merking

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

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

Integrert Feltet Lysimetry og Porewater Prøvetaking for Evaluation of Chemical mobilitet i jordsmonn og Etablert Vegetasjon

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

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Måling av klimagass Flux fra jordbruksjord bruke statiske Chambers

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

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

En Bending Test for Bestemme Atterberg Plastic Limit i 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

Utvinning og analyse av Microbial fosfolipid fettsyrer i jordsmonn

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

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

Vurdering av labile organisk karbon i jord Bruke Sekvensiell utgassing Inkubasjon Prosedyrer

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

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

Metoder for Soil Omsampling å overvåke endringer i den kjemiske Konsentrasjoner av skogsjord

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

Protocols for Quantifying Transferable Pesticide Residues in Turfgrass Systems

Protokoller for Kvantifisering omsettelige sprøytemiddelrester i Turfgrass Systems

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

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

Kalibrering og bruk av kapasitans sensorer for å overvåke Stem vanninnhold i trær

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