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

Los autores reconocen el apoyo financiero de NOAA-NIDIS, la Red Nacional Coordinada de Monitoreo de la Humedad del Suelo (NCSMMN) y el programa de Sistemas de Observación del Agua de Próxima Generación (NGWOS) del USGS. Agradecemos a los miembros del Comité Ejecutivo de NCSMMN, incluidos B. Baker, J. Bolten, S. Connelly, P. Goble, T. Ochsner, S. Quiring, M. Svoboda y M. Woloszyn por sus aportes sobre este protocolo. Damos las gracias al Sr. Weaver (USGS) por su examen inicial del proyecto de protocolo.

Cualquier uso de nombres comerciales, de empresas o de productos es solo para fines descriptivos y no implica el respaldo del Gobierno de los Estados Unidos. Este artículo es un trabajo del gobierno de los Estados Unidos y es de dominio público en los Estados Unidos. El USDA es un empleador y proveedor de igualdad de oportunidades.

El estado de humedad del suelo es el resultado de muchos factores ambientales diferentes, incluyendo la precipitación, la vegetación, la irradiancia solar y la humedad relativa, junto con las propiedades hidráulicas y físicas del suelo. Estos interactúan sobre el espacio y el tiempo en diferentes escalas espaciales y temporales. Para modelar y pronosticar los ciclos del agua, la energía y el carbono, es necesario comprender el estado de SWC. Uno de los tipos más comunes de tecnologías de medición automatizadas es un sensor SWC electromagnético con púas destinadas a insertarse in situ en suelos no perturbados. Este protocolo está diseñado para proporcionar orientación para el proceso de instalación de estos tipos comunes de sensores enterrables. La precisión, el rendimiento y el costo suelen ser proporcionales a la frecuencia de funcionamiento de los sensores; Los sensores de baja frecuencia cuestan menos, pero están más confundidos por el suelo y los factores ambientales45. La calibración específica del suelo o del sitio puede mejorar la precisión de los sensores de baja frecuencia. El método de medición también afecta el rendimiento del sensor debido a la física subyacente del campo electromagnético (EMF).
Dos leyes físicas electromagnéticas principales gobiernan la detección electromagnética. Una es la ley de Gauss, que describe cómo la EMF propagada del sensor depende tanto del ε como del BEC del medio. Sin embargo, la permitividad aumenta con SWC, también lo hace el BEC. Por lo tanto, los sensores que dependen de la ley de Gauss se ven afectados por SWC, BEC y el efecto de la temperatura en BEC, así como cualquier interferencia de salinidad. Los métodos de detección de capacitancia obedecen a la ley de Gauss y, por lo tanto, son más propensos a estos efectos46. Además, la ley de Gauss describe la dependencia de la capacitancia de un factor geométrico, que cambia con la forma de la CEM en el suelo. La investigación ha demostrado que la forma de los CEM cambia con la estructura del suelo y la variabilidad espacial a pequeña escala del contenido de agua alrededor de las púas del sensor. La variabilidad espacial a pequeña escala del contenido de agua y la estructura del suelo es grande en la mayoría de los suelos, lo que resulta en cambios geométricos en los factores y los consiguientes cambios de capacitancia que tienen poco que ver con los cambios medios en el contenido de agua del suelo. Estos factores disminuyen la precisión del sensor de capacitancia y aumentan la variabilidad de los datos46,47,48. Los métodos de impedancia y oscilación de la línea de transmisión también dependen de la ley de Gauss, mientras que los métodos de reflectometría en el dominio del tiempo y transmisometría en el dominio del tiempo dependen de las ecuaciones de Maxwell, que no incluyen un factor geométrico y no dependen de BEC. Si bien ningún sensor está libre de problemas, los métodos de dominio del tiempo tienden a ser apreciablemente más precisos y menos sesgados que los métodos basados en capacitancia o impedancia.
Hay varios pasos críticos en el procedimiento. Para una red dispersa, se necesita una selección adecuada del sitio y la ubicación del sensor para tener la representación espacial más adecuada de SWC. La selección del sitio puede estar más influenciada por factores externos, como el acceso a la tierra, u otros requisitos de monitoreo atmosférico donde la humedad del suelo es la medida auxiliar. Los sitios meteorológicos de mesoescala están ubicados en superficies cubiertas de hierba amplias y abiertas, bien cuidadas para minimizar cualquier influencia a microescala. Tales ubicaciones pueden ser menos ideales para el monitoreo de SWC. Si corresponde, las tecnologías de sensores inalámbricos deben considerarse 49,50,51,52,53 para permitir que el monitoreo SWC ocurra lejos de la estación de monitoreo ambiental existente y en suelo representativo. Trabajar en torno a las operaciones agrícolas activas y el equipo de riego es un desafío. La mayoría de las redes (por ejemplo, SCAN y USDA-ARS) permanecen al margen de los campos para evitar actividades de labranza como arados o cosechadoras que pueden cortar los cables y desenterrar sensores. Cualquier sensor y cable in situ debe estar suficientemente enterrado y tener un perfil de superficie lo suficientemente bajo como para evitar inferir con las operaciones en la granja. Los sistemas inalámbricos53 y los sensores de pozo extraíbles47 pueden ser más apropiados. La conservación de aguas subterráneas mediante riego a gran escala basado en la humedad del suelo54 es un campo en crecimiento para los sensores SWC; este protocolo se refiere a datos SWC espacialmente representativos a largo plazo en suelos no perturbados.
Algunos suelos son más difíciles de medir que otros. En suelos rocosos, de grava o muy secos, puede ser imposible insertar los dientes sin ningún daño. Una opción es excavar el pozo del suelo y colocar los sensores en su lugar mientras se rellena, tratando de compactarse con el BD original. Los suelos rocosos tienden a tener poca estructura, que probablemente sanará después de varios ciclos de humectación y secado; Sin embargo, tal perturbación nunca puede ser verdaderamente representativa de la hidrología del suelo del sitio. Alternativamente, si los sensores se instalan en el fondo de los orificios de la barrena, el suelo eliminado se puede tamizar para eliminar las piedras y volver a empaquetarse en el orificio lo suficientemente profundo como para acomodar las púas del sensor. El sensor se puede instalar verticalmente y el orificio de la barrena se rellena con el suelo no tamizado restante, con compactación frecuente a medida que se agrega tierra.
Las raíces en el suelo forestal plantean desafíos similares para la inserción de la sonda, sin embargo, las raíces se pueden cortar en algunas situaciones. Los suelos forestales a menudo tienen horizontes orgánicos (O) en la parte superior del suelo mineral, que pueden tener un BD muy bajo y una superficie específica alta, con grandes cantidades de agua ligada que resultan en respuestas de sensores muy no lineales a SWC más altos55. Además, el practicante establece el datum cero como la parte superior del horizonte O o el suelo mineral, señalando cuál en los metadatos. Los suelos ricos en arcilla y las arcillas expansivas con alto potencial de contracción / oleaje pueden ser extremadamente conductores de señales electromagnéticas cuando están húmedos y pueden agrietarse cuando están secos. Tales suelos pueden necesitar correcciones adicionales para obtener SWC razonable de las mediciones brutas56,57. En suelos poco profundos, se puede encontrar un lecho rocoso o un horizonte de suelo restrictivo (por ejemplo, caliche o hardpan) antes de alcanzar la profundidad máxima ideal. Puede ser necesario cambiar de ubicación o simplemente no instalar los sensores más profundos. Los suelos excesivamente secos o húmedos pueden ser un desafío, y también es preferible elegir fechas de instalación fuera de los extremos estacionales. El suelo seco puede ser muy fuerte y puede resultar imposible insertar un sensor sin daños. Si es necesario, los agujeros preaugerados se pueden llenar con agua para suavizar la cara del pozo, aunque puede tomar algún tiempo antes de que los suelos vuelvan a un estado natural. Los suelos húmedos pueden ser demasiado débiles para soportar las caras de los pozos o la zanja puede llenarse de agua. También es más fácil sobrecompactar un suelo húmedo.
La salida del sensor debe incluir permitividad, no solo SWC, para que se puedan realizar correcciones o calibraciones específicas del suelo más adelante. Los sensores de mayor frecuencia son más apropiados en suelos con alto BEC, mientras que los dientes más cortos pueden ser más fáciles de instalar en suelos más compactos. Sin embargo, quizás el paso más crítico sea el contacto con el suelo; Un contacto deficiente degrada la señal de cualquier sensor electromagnético. Finalmente, rellenar la excavación suena trivial, pero es clave para minimizar el flujo preferencial en el área de los sensores, mantener los cables protegidos y desalentar a los animales de perturbar el área. Una calibración específica del suelo o del sitio puede mejorar la precisión del sensor, pero requiere más detalles de los que es posible en este protocolo. Los suelos de campo ajustados o reempaquetados a diferentes niveles de SWC son ideales para verificar la linealidad de la respuesta y pueden servir como una calibración específica del sitio para algunos tipos de sensores21. Los líquidos dieléctricos también pueden ser medios eficaces para comprobar la respuesta del sensor58. Los baños de agua con temperatura controlada se pueden utilizar para mejorar las calibraciones de la temperatura del suelo59. Este protocolo es el primer paso hacia el establecimiento de un procedimiento operativo estándar para la instalación in situ de sensores SWC, ya que no existe ningún método existente, ni ningún método aceptado de calibración para sensores SWC60,61.
Si bien el monitoreo de SWC ha sido el foco de este protocolo, el método tiene limitaciones, y SWC por sí solo no puede dar una imagen completa del estado del agua del suelo. Muchos procesos ecosistémicos también están regulados por el potencial hídrico del suelo, que se mide con menos frecuencia in situ62. El potencial hídrico del suelo, recientemente revisado por S. Luo, N. Lu, C. Zhang y W. Likos 63, es el estado energético del agua; estos sensores pueden verse menos afectados por las propiedades del suelo y proporcionan control de calidad para los sensores SWC64. Además, el SWC de campo a granel incluye gravas, rocas, raíces y espacio vacío (por ejemplo, trayectorias de flujo preferenciales). In situ Los sensores SWC generalmente se reposicionan alrededor de rocas y raíces, y el volumen de medición limitado, concentrado alrededor de las púas, puede pasar por alto aspectos discretos pero importantes del SWC de campo a granel.
Se espera que este protocolo conduzca a datos SWC más armonizados y uniformes para una amplia gama de aplicaciones, incluido el monitoreo de sequías, el pronóstico del suministro de agua, la gestión de cuencas hidrográficas, la gestión agrícola y la planificación de cultivos. El advenimiento de las plataformas de teledetección4 ha mejorado enormemente la capacidad de estimar SWC a nivel mundial, pero estos productos necesitan validación en tierra, que todavía solo se recopila razonablemente mediante redes in situ 65. Los avances informáticos han permitido desarrollar el modelado SWC66 de hiperresolución, produciendo un estado SWC de alta resolución y subdiario, pero estos productos también necesitan estimaciones in situ de SWC para proporcionar alguna base para calcular la incertidumbre. A menudo, la primera pregunta que se hace cuando se introduce un nuevo producto es "¿cuál es la incertidumbre?" Para los productos SWC, la comparación principal para la validación son los datos de red in situ 67.
Ha habido expansiones recientes de la red asociadas con la Red Nacional Coordinada de Monitoreo de la Humedad del Suelo (NCSMMN), incluido el proyecto de humedad del suelo de la cuenca superior del río Missouri del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos y la acumulación de la red del sudeste de los Estados Unidos apoyada por la NOAA, todos diseñados para mejorar la predicción del peligro del agua, el monitoreo y proporcionar apoyo para la toma de decisiones de gestión de recursos. La certeza y precisión de las estimaciones de SWC para tales aplicaciones solo se puede lograr con protocolos y procedimientos exhaustivos para proporcionar confianza en la integridad de los datos. El NCSMMN es un esfuerzo multiinstitucional dirigido por el gobierno federal que tiene como objetivo proporcionar asistencia, orientación y apoyo mediante la construcción de una comunidad de práctica en torno a la medición, interpretación y aplicación de la humedad del suelo, una "red de personas" que vincula a los proveedores de datos, investigadores y el público68. Este protocolo es producto de los esfuerzos de NCSMMN. Se publicará próximamente un flujo de trabajo de control de calidad de datos.

La humedad del suelo fue reconocida recientemente como una variable climática esencial en el Sistema Climático de Observación Global1. La humedad del suelo, o contenido de agua del suelo cuantitativamente volumétrico (SWC), juega un papel importante en la partición del flujo de radiación entrante en calor latente y sensible entre la superficie de la tierra y la atmósfera, y en la partición de la precipitación entre la escorrentía y la infiltración2. Sin embargo, la variabilidad espaciotemporal de la humedad del suelo en las escalas de punto, campo y cuenca complica nuestra capacidad de medir SWC a la escala adecuada necesaria para cumplir con los objetivos de investigación o manejo3. Los nuevos métodos para cuantificar SWC, incluidas las redes terrestres de sensores in situ , detectores proximales y teledetección, brindan oportunidades únicas para mapear la variación de SWC a una resolución sin precedentes4. In situ Los sensores SWC proporcionan los registros de datos más continuos temporalmente y específicos de la profundidad, pero también están sujetos a pequeños volúmenes de detección y variabilidad a escala local inherente a las propiedades del suelo, la topografía y la cubierta vegetal5.
Además, hay una falta de estándares o métodos ampliamente aceptados para la instalación, calibración, validación, mantenimiento y control de calidad de sensores SWC in situ . La humedad del suelo es inherentemente un parámetro difícil de medir y puede ser la variable más difícilde asegurar 6. Si bien el Organismo Internacional de Energía Atómica7, el Comité de Satélites de Observación de la Tierra8, los informes de la agencia federal9 y la Asociación Americana de Climatólogos Estatales10 han elaborado protocolos generales para la recopilación de datos de SWC, existe una orientación específica limitada sobre la instalación, el mantenimiento, el control de calidad y la verificación de los datos de SWC enterrados in situ . Sondas. Esto ha hecho que la adopción de tales tecnologías sea un desafío para las redes de monitoreo operativo, como las Mesonets estatales, para agregar mediciones de SWC. Del mismo modo, también es un desafío para los hidrólogos operativos, por ejemplo, en los centros de pronóstico de ríos, incorporar estos datos en su flujo de trabajo. El objetivo de esta videografía y el documento que la acompaña es proporcionar dicha orientación y documentar un protocolo de instalación cohesivo para sondas SWC enterradas in situ .
Selección de una ubicación para el monitoreo in situ de la humedad del suelo Los suelos dentro de cualquier área de interés (AOI) se forman a través de una retroalimentación única y acoplada a lo largo del tiempo entre la topografía, la ecología, la geología y el clima11,12. La variabilidad de SWC a través de los paisajes hace que la selección del sitio sea un aspecto crítico para cualquier estudio de humedad del suelo. Para algunos objetivos de investigación, se puede elegir un sitio para representar una característica o micrositio particular en el paisaje o ecosistema. A efectos de las redes de vigilancia, el emplazamiento debe ser espacialmente representativo de un componente paisajístico más amplio. El objetivo es encontrar una ubicación que proporcione la mejor representación espacial del AOI. En el campo, se deben alcanzar consideraciones más pragmáticas, como los requisitos de otros instrumentos meteorológicos, accesibilidad o permisos. Sin embargo, la unidad de mapa de suelos dominante dentro del AOI suele ser una buena representación espacial de las condiciones ambientales de un área más grande13. La unidad de mapa de suelos dominante se puede determinar utilizando el Web Soil Survey (https://websoilsurvey.sc.egov.usda.gov/); Esta unidad de mapa de suelos también debe verificarse con un pozo poco profundo o un orificio de prueba.
Una estación de monitoreo típica puede ocupar 5-50 m2, dependiendo de las necesidades del sensor y el número de mediciones auxiliares. La Figura 1 muestra una estación de monitoreo típica con una torre de 3 m que contiene un anemómetro para la velocidad y dirección del viento, un sensor de temperatura del aire y humedad relativa, un piranómetro para la radiación solar y un recinto resistente a la intemperie y hermético de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) (clasificación NEMA 4). El gabinete NEMA alberga la plataforma de control de datos (DCP), el módem celular, el regulador de carga del panel solar, la batería y otro hardware relacionado (consulte la Tabla de materiales; Componentes del sistema). La torre también proporciona una plataforma para la antena de comunicación, el panel solar y el pararrayos. Por lo general, también se incluye un medidor de precipitación líquida (PPT), que debe colocarse lejos de la torre y en la elevación más baja posible para reducir los efectos del viento en la captura de PPT. Los sensores SWC deben instalarse a una distancia suficiente (3-4 m) y cuesta arriba para que no haya interferencia potencial de la torre en la lluvia o el flujo terrestre. Cualquier cable relacionado debe estar enterrado en un conducto al menos 5 cm por debajo de la superficie.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig01.jpg"> Figura 1: Una estación de monitoreo típica. El USDA SCAN recopila información por hora sobre el contenido de agua del suelo y la temperatura a profundidades estándar (5, 10, 20, 50 y 100 cm), temperatura del aire, humedad relativa, radiación solar, velocidad y dirección del viento, precipitación y presión barométrica. Hay más de 200 sitios de escaneo en los Estados Unidos. Abreviaturas: SCAN = Soil Climate Analysis Network; NEMA = Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig01large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Profundidad de medición, orientación y número de sensores In situ Los sensores SWC generalmente se instalan horizontalmente para representar profundidades específicas en el suelo (Figura 2). Las redes nacionales financiadas con fondos federales, como la Red Climática del Suelo (SCAN)14, la Red de Telemetría de Nieve (SNOTEL)15 y la Red de Referencia Climática de los Estados Unidos (USCRN)16, miden el SWC a 5, 10, 20, 50 y 100 cm. Estas profundidades se alcanzaron por consenso durante el desarrollo de SCAN por una variedad de razones. La profundidad de 5 cm corresponde a las capacidades de teledetección17; Las profundidades de 10 y 20 cm son mediciones históricas de la temperatura del suelo18; Las profundidades de 50 y 100 cm completan el almacenamiento de agua del suelo en la zona radicular.
Las sondas pueden orientarse verticalmente, horizontalmente o inclinadas/en ángulo (Figura 3). La instalación horizontal es más común para lograr una medición uniforme de la temperatura del suelo a una profundidad discreta. Si bien el sensor puede estar centrado a una profundidad discreta, la medición SWC es un volumen alrededor de los dientes (es decir, electrodos), que puede variar con los niveles de humedad, la frecuencia de medición y la geometría de la instalación (horizontal, vertical o en ángulo). Para la instalación horizontal, el volumen de detección integra la humedad por encima y por debajo de la profundidad, y el 95% del volumen de detección se encuentra típicamente dentro de los 3 cm de los dientes19. Las instalaciones verticales o en ángulo integran SWC a lo largo de las púas, por lo que la instalación vertical puede representar el almacenamiento a lo largo de toda la longitud de las profundidades del sensor20. Algunos sensores no miden uniformemente a lo largo de sus púas. Por ejemplo, los osciladores de la línea de transmisión son más sensibles a la humedad cerca del cabezal de la sonda donde se generan los pulsos electromagnéticos21. Las instalaciones verticales son más adecuadas para sondas más profundas donde los gradientes de temperatura y humedad tienden a reducirse.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig02.jpg"> Figura 2: Instalación de sensores SWC in situ . Colocación horizontal del sensor a profundidades elegidas utilizando (A,B) una plantilla de referencia de profundidad cero y (C) una placa de profundidad cero o (D) un mango de pala de profundidad cero como referencia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig02large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig03.jpg"> Figura 3: Orientación de las sondas verticalmente, horizontalmente o con inclinación . (A) Inserción inclinada y vertical y (B) inserción horizontal-vertical y profundidad central de inserción horizontal-horizontal de un sensor SWC de tres estaños. Abreviatura: SWC = contenido de agua del suelo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig03large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
La instalación a profundidades inferiores a 50 cm es relativamente intuitiva, mientras que los sensores más profundos requieren un poco más de esfuerzo. El SWC de la zona radicular o el almacenamiento de agua del suelo del perfil generalmente requieren mediciones de 1 o 2 m. Como se ilustra en este protocolo, las instalaciones de 0-50 cm se completan en un pozo excavado o barrena con sondas instaladas horizontalmente en el suelo no perturbado, minimizando la perturbación de la superficie. Para sensores más profundos (por ejemplo, 100 cm), tanto SCAN como USCRN instalan el sensor verticalmente en orificios separados y sinfines a mano utilizando un poste de extensión (Figura 4).
Dada la heterogeneidad de SWC, particularmente cerca de la superficie, y los pequeños volúmenes de medición de los sensores, las mediciones triplicadas permiten una mejor representación estadística de SWC. Sin embargo, un perfil de sensores in situ es típico para la mayoría de las redes (por ejemplo, SCAN y SNOTEL). La USCRN utiliza tres perfiles espaciados 3-4 m de distancia para hacer mediciones triplicadas en cada profundidad16. Además, la redundancia en la medición agrega resiliencia y continuidad al registro de la estación si hay recursos financieros disponibles.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig04.jpg"> Figura 4: Instalación de sensores . (A) Los sensores poco profundos generalmente se instalan horizontalmente en la pared lateral de un pozo de suelo excavado. Para sensores más profundos, (B) se utiliza una barrena de mano para cavar un agujero a profundidad utilizando una referencia de profundidad cero (por ejemplo, madera que abarca la zanja) y los sensores se empujan verticalmente en el fondo de los orificios utilizando (C) una sección de tubería de PVC modificada para asegurar el sensor y el cable durante la instalación o (D) una herramienta de instalación. Las capas del suelo se observan como capa superficial del suelo (horizonte A) y horizontes del subsuelo con arcillas translocadas (Bt) y acumulación de carbonato (Bk). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig04large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
 Tipo de sensor SWC in situ Los sensores disponibles comercialmente infieren SWC a partir de la respuesta medida a una señal electromagnética propagada a lo largo de los dientes en contacto directo con el suelo22. Los sensores enterrados se dividen en cinco clases según el tipo de señal electromagnética propagada y el método de medición de la respuesta: capacitancia, impedancia, reflectometría en el dominio del tiempo, transmisometría en el dominio del tiempo y oscilación de la línea de transmisión (Tabla suplementaria S1, con enlaces a la información de cada fabricante). Estas tecnologías tienden a agruparse por frecuencia de funcionamiento y fabricante. Los dientes más largos integran un mayor volumen de suelo; sin embargo, pueden ser más difíciles de insertar y están más sujetos a la pérdida de señal en suelos con arcilla y mayor conductividad eléctrica a granel (BEC). Los fabricantes informan errores de medición de SWC de 0.02-0.03 m3m−3, mientras que los usuarios generalmente encuentran que estos son significativamente más grandes 23. La calibración y estandarización adecuadas de los sensores electromagnéticos mejoran el rendimiento22; Sin embargo, estas calibraciones específicas del suelo están fuera del alcance de este protocolo, que se centra en la instalación.
La selección del sensor debe considerar la salida deseada, el método de medición, la frecuencia de funcionamiento y la compatibilidad con otras mediciones. Antes de 2010, la mayoría de los sensores SWC eran analógicos y requerían que el DCP realizara mediciones de voltajes diferenciales, resistencias o recuentos de pulsos, lo que requería componentes más caros y canales individuales (o multiplexores) para cada sensor. Ahora, la interfaz de datos serie a 1.200 baudios (SDI-12) protocolos de comunicación (http://www.sdi-12.org/) permite que los sensores inteligentes implementen algoritmos de medición internos y luego transmitan datos digitales a través de un solo cable de comunicación. Cada sensor se puede conectar en secuencia (es decir, una cadena margarita) utilizando un cable común conectado por conectores de tuerca de palanca o bloque de terminales (Figura 5) y cada sensor tiene una dirección SDI-12 única (0-9, a-z y A-Z). El cable de comunicación común de los sensores SDI-12 forma un solo circuito junto con un cable de alimentación y tierra. No se requieren multiplexores ni ninguna medición en el DCP; en cambio, el DCP simplemente envía y recibe comandos digitales y líneas de texto. Muchos sensores SWC SDI-12 también incluyen temperatura del suelo, permitividad relativa (ε) y mediciones BEC. Estas mediciones son útiles para el diagnóstico de sensores y la calibración específica del suelo. En este punto, el usuario ha seleccionado un sitio, ha determinado el tipo de sensor, el número y las profundidades, y ha obtenido todo el hardware necesario y las herramientas de campo (Tabla de materiales). Por lo tanto, pueden proceder al protocolo de instalación.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64498/64498fig05.jpg"> Figura 5: Conectores de empalme de cables y bloques de terminales utilizados para unir cables comunes de alimentación, tierra y comunicación a una sola entrada en la plataforma de recopilación de datos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64498/64498fig05large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</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

La humedad del suelo afecta directamente la hidrología operativa, la seguridad alimentaria, los servicios ecosistémicos y el sistema climático. Sin embargo, la adopción de datos de humedad del suelo ha sido lenta debido a la recopilación de datos inconsistente, la estandarización deficiente y, por lo general, la corta duración del registro. La humedad del suelo, o contenido de agua del suelo cuantitativamente volumétrico (SWC), se mide utilizando sensores in situ enterrados que infieren SWC a partir de una respuesta electromagnética. Esta señal puede variar considerablemente con las condiciones locales del sitio, como el contenido de arcilla y la mineralogía, la salinidad del suelo o la conductividad eléctrica a granel y la temperatura del suelo; Cada uno de estos puede tener diferentes impactos dependiendo de la tecnología del sensor.
Además, el contacto deficiente con el suelo y la degradación del sensor pueden afectar la calidad de estas lecturas a lo largo del tiempo. A diferencia de los sensores ambientales más tradicionales, no existen estándares aceptados, prácticas de mantenimiento o controles de calidad para los datos SWC. Como tal, SWC es una medida difícil de implementar para muchas redes de monitoreo ambiental. Aquí, intentamos establecer un estándar de práctica basado en la comunidad para sensores SWC in situ para que las investigaciones y aplicaciones futuras tengan una guía consistente sobre la selección del sitio, la instalación de sensores, la interpretación de datos y el mantenimiento a largo plazo de las estaciones de monitoreo.
La videografía se centra en un consenso de múltiples agencias de mejores prácticas y recomendaciones para la instalación de sensores SWC in situ . Este documento presenta una descripción general de este protocolo junto con los diversos pasos esenciales para la recopilación de datos SWC de alta calidad y a largo plazo. Este protocolo será de utilidad para científicos e ingenieros que esperan desplegar una sola estación o una red completa.

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In Situ Soil Moisture Sensors in Undisturbed Soils

La determinación del contenido de agua del suelo es un requisito de misión crítica para muchas agencias estatales y federales. Este protocolo sintetiza los esfuerzos de múltiples agencias para medir el contenido de agua del suelo utilizando sensores in situ enterrados.

In situ Sensores de humedad del suelo en suelos no perturbados

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

El contenido de agua del suelo regula muchos procesos por encima y por debajo del suelo, desde la producción de cultivos hasta el clima. Recientemente se ha convertido en un requisito de misión crítica para muchas agencias estatales y federales. Este protocolo sintetiza los esfuerzos de múltiples agencias para medir la humedad del suelo, utilizando sensores electromagnéticos in situ enterrados.Este protocolo será útil para científicos e ingenieros que esperan desplegar una sola estación o una red completa. El contenido de agua del suelo fue reconocido recientemente como una variable climática esencial en el sistema mundial de observación del clima. Sin embargo, ha habido poca estandarización en la práctica de instalar sensores in situ enterrados.Esperamos que el protocolo escrito y el video puedan mejorar la recopilación de datos. No hay una manera fácil de verificar que un sensor de contenido de agua del suelo enterrado proporciona buenos datos. Al principio, se necesita confianza y seguridad de que los sensores están en buen contacto con el suelo y que la instalación no afectó la hidrología local del suelo.Demostrando el procedimiento estará Alex White, un científico físico en el Laboratorio de Hidrología y Teledetección del ARS del USDA aquí en Beltsville, Maryland. Para comenzar, conecte por separado cada sensor a una plataforma de control de datos. Utilice el signo de interrogación y el comando de exclamación para consultar la dirección del sensor y registre los valores junto con el número de serie y la dirección SDI-12 de cada sensor en un libro de laboratorio.A continuación, etiquete el cabezal del sensor y el extremo del cable con la dirección SDI-12 mediante un marcador. Configure los sensores de contenido de agua del suelo y cualquier sensor auxiliar en el laboratorio, conectándolos a la plataforma de control de datos y la batería, dejando los sensores de contenido de agua del suelo suspendidos en el aire, insertados en lugar seco y / o sumergidos en agua. Verifique que los datos se registran a las tasas adecuadas y que los valores son apropiados.Consulte la ubicación usando la aplicación USDA SoilWeb y cavar un agujero de prueba usando una excavadora de agujeros de poste. Compruebe que la textura del campo sea coherente con la descripción del suelo. Coloque una lona sobre el área de excavación para proteger la superficie del suelo de la perturbación.Desenrolle un sensor y coloque el cabezal del sensor en la cara del pozo. Luego coloque el extremo del cable donde se ubicará el soporte del instrumento, verificando que la longitud del cable sea correcta, ajuste según sea necesario y marque la ubicación del soporte con una bandera. Usando una excavadora de agujeros de poste, excave un agujero de aproximadamente 55 centímetros de profundidad.Limpie el agujero con una pala afilada y asegúrese de que la cara del pozo esté vertical para que cada sensor tenga tierra intacta por encima de él. Mantenga el orificio y el área perturbada lo más pequeña posible para que se recupere rápidamente. Retire la tierra en incrementos de 10 centímetros y coloque cada elevación en el extremo más alejado de la lona, acercándose con cada incremento mientras rompe los terrones y elimina las rocas grandes.A continuación, excave una zanja recta y estrecha de más de 10 centímetros de profundidad para enterrar los cables del sensor. Desenrolle todos los sensores y colóquelos en un lado de la zanja. Tenga en cuenta la profundidad de cualquier cambio obvio en el color o la textura del suelo mientras recolecta muestras representativas de suelo en una bolsa de congelador de un cuarto de galón a cada profundidad del sensor.Verifique que la cara del pozo esté vertical o ligeramente recortada para asegurarse de que cada sensor tenga tierra intacta por encima. Primero, inserte el sensor de 50 centímetros y empuje el sensor horizontalmente en el suelo, tratando de no mover el sensor, ya que esto puede crear huecos. Si es necesario, use apalancamiento para empujar suavemente el sensor, asegurándose de que los dientes estén completamente incrustados en el suelo.Oriente cada cable sensor hacia el mismo lado del pozo, permitiendo que cuelguen al fondo del pozo de excavación. Tome una foto del agujero excavado y los sensores con una cinta métrica para escala. Para el sensor de 100 centímetros, cava un agujero a 100 centímetros menos la mitad de la longitud de la púa del sensor, o 94 centímetros en este caso.Instale el sensor verticalmente empujándolo en la parte inferior del orificio con una herramienta de instalación. Vuelva a embalar el agujero de la barrena con el suelo excavado. Dirija todos los cables del sensor desde la zanja hasta la carcasa en una sección de conducto de PVC y a través de un conector de mampara para ingresar a la carcasa.Luego, tire de la lente del cable hacia el puerto inferior de la carcasa, asegúrelos con bridas y conecte los cinco sensores. Verifique que el voltaje de la batería sea suficiente usando un multímetro ajustado a CC para voltaje de corriente continua. A continuación, deslice el conector de terminal del cable negativo negro sobre el terminal de la pala en el poste negativo de tierra de la batería y el cable rojo sobre el poste positivo de la batería.Para encender el sistema, conecte el cable de la batería al DCP. Después de iniciar el software de la plataforma de control de datos, conecte una computadora portátil a la plataforma de control de datos y confirme que todos los sensores informan valores numéricos. Una vez que todo lo que está debajo del suelo funcione y los cables se hayan enrutado en el gabinete, llene y selle las aberturas del gabinete por encima y por debajo del suelo con masilla eléctrica.Usando el suelo excavado más profundo más cercano a la lona, empaque a mano el suelo alrededor de cada cabeza del sensor, comenzando desde la parte inferior y trabajando hacia arriba, evitando perturbar el sensor y asegurándose de que esté bien compactado. Rellenar el pozo en elevaciones de 10 centímetros, alisando y compactando la superficie hasta alcanzar el sensor de 20 centímetros. Empaque a mano la tierra alrededor del cabezal del sensor y continúe hacia arriba en levantamientos de 10 centímetros hasta llegar a la superficie.Cúbralos cuidadosamente con tierra más profunda de la lona mientras compacta el suelo en el fondo del pozo para asegurar los cables, teniendo cuidado de no tirar de ellos hacia abajo con ninguna fuerza. Tome fotos de la estación terminada en orientaciones norte, sur, este y oeste desde el mástil del instrumento. Delinee la ubicación de instalación del sensor con marcado u otros elementos distintos.Esta instalación de campo informa las temperaturas del aire y del suelo por hora, el contenido de agua del suelo, la precipitación diaria, el almacenamiento de agua del suelo y su cambio con el tiempo. Los resultados muestran un fuerte aumento en el contenido de agua del suelo cerca de la superficie, con un aumento retardado a mayores profundidades después de cada tormenta. Durante los eventos de principios de febrero y abril de 2022, el sensor más profundo a 100 centímetros alcanzó una meseta de 0,33 metros cúbicos por metro cúbico, lo que indica un período de saturación.Para una instalación similar en Mississippi, el contenido de agua del suelo alcanzó 0.60 metros cúbicos por metro cúbico a todas las profundidades después de 40 milímetros de lluvia, mientras que otros 70 milímetros no afectaron el almacenamiento de agua del suelo, lo que sugiere un exceso de escorrentía de saturación. Para una instalación similar en Montana, el suelo congelado y la capa de nieve produjeron una disminución dramática en el contenido de agua del suelo a mediados de marzo, luego un aumento durante la descongelación, sin ninguna indicación de precipitación. Tenga cuidado con el comportamiento errático del sensor, como picos, cambios de paso y oscilaciones, que pueden indicar una instalación deficiente o una falla del sensor.La inserción del sensor puede ser un desafío, particularmente en suelos rocosos, enraizados o secos. Asegúrese de que el cabezal del sensor esté empujado al ras contra el suelo. Este protocolo conducirá a datos de contenido de agua del suelo más armonizados y uniformados, para una amplia gama de aplicaciones, que incluyen: monitoreo de sequías, pronóstico de suministro de agua, manejo de cuencas hidrográficas y agrícolas, y planificación de cultivos.La Red Nacional Coordinada de Monitoreo de la Humedad del Suelo está construyendo una comunidad de práctica en torno a la medición, interpretación y aplicación de la humedad del suelo. Es una red de personas que vincula a proveedores de datos, investigadores y el público. Consulte la documentación para obtener más detalles.

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

Diseño y aplicación de un continuo<sup&gt; 13</sup&gt; C y<sup&gt; 15</sup&gt; N Cámara Etiquetado de Uniforme o Diferencial, metabólico y estructural, Planta de isótopos de etiquetado

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

Investigación

Medio ambiente

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

Lysimetry Integrado de campo y toma de muestras de agua intersticial para la Evaluación de la Movilidad de Química en Suelos y Vegetación Establecido

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

Medición de Flujo de Gas de efecto invernadero procedentes de los suelos agrícolas Usando cámaras estáticas

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

Un ensayo de flexión para determinar el límite de Atterberg plástico en Suelos

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

Extracción y análisis de ácidos grasos de fosfolípidos microbiana en suelos

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

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Evaluación de la lábil de carbono orgánico en el suelo Uso de procedimientos de incubación secuencial Fumigación

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Protocolos para la cuantificación de residuos de plaguicidas transferibles en Sistemas de céspedes

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

La calibración y uso de sensores de capacitancia para monitorear el contenido de agua del tallo en árboles

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Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

Parcela de muestreo de suelos en una investigación heterogéneo

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