Dieser Artikel enthält ein einfaches Verdunstungsexperiment mit einem hydraulischen Eigenschaftsmessgerät für eine Bodenprobe. Mit effizienten Mitteln können Messungen über eine Reihe von Tagen durchgeführt werden, um qualitativ hochwertige Daten zu generieren.
Die Messung der hydraulischen Eigenschaften des Bodens ist entscheidend für das Verständnis der physikalischen Komponenten der Bodengesundheit sowie für das integrierte Wissen über Bodensysteme unter verschiedenen Bewirtschaftungspraktiken. Das Sammeln zuverlässiger Daten ist unerlässlich, um Entscheidungen zu treffen, die sich auf Landwirtschaft und Umwelt auswirken. Das hier beschriebene einfache Verdunstungsexperiment verwendet Instrumente in einer Laborumgebung, um Bodenproben zu analysieren, die im Feld gesammelt wurden. Die Bodenwasserspannung der Probe wird mit dem Gerät gemessen, und die Spannungsdaten werden von der Software modelliert, um die hydraulischen Eigenschaften des Bodens zurückzugeben. Diese Methode kann verwendet werden, um die Wasserretention und die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens zu messen und Einblicke in Unterschiede in der Behandlung oder Umweltdynamik im Laufe der Zeit zu geben. Für die Ersteinrichtung ist ein Benutzer erforderlich, aber die Datenerfassung wird mit dem Gerät automatisiert. Die hydraulischen Eigenschaften des Bodens lassen sich mit herkömmlichen Experimenten nicht einfach messen, und dieses Protokoll bietet eine einfache und optimale Alternative. Die Interpretation der Ergebnisse und Optionen zur Erweiterung des Datenbereichs werden diskutiert.
Die Wasserrückhaltung des Bodens und die hydraulische Leitfähigkeit in natürlichen und vom Menschen veränderten Umgebungen helfen uns, Veränderungen der Bodengesundheit und -funktionalität zu verstehen und zu beobachten. Die Quantifizierung der hydraulischen Eigenschaften anhand der Bodenwasserrückhaltekurve (SWRC) und der Bodenwasserleitfähigkeitskurve bietet Einblicke in die wichtigsten Faktoren des physikalischen Bodenverhaltens und der Charakterisierung von Wasserbewegungen1. Die Beziehung zwischen dem volumetrischen Wassergehalt (θ) und der Matrizenhöhe (h) wird in einem SWRC dargestellt, und die Bereiche innerhalb der Kurve beschreiben den Sättigungspunkt, die Feldkapazität und den permanenten Welkepunkt2. Bodenbewirtschaftungspraktiken, Änderungen, Arten von Agrarökosystemen und Umweltbedingungen können sich auf die Bodenhydraulik auswirken 3,4. Diese Faktoren können wiederum den Transport gelöster Stoffe5 und das verfügbare Wasserder Pflanzen 6, die Bodenatmung und die mikrobielle Aktivität7 sowie die Benetzungs- und Trocknungszyklen8 beeinflussen. Als wichtiger Bestandteil bei der Quantifizierung gesunder und funktionierender Böden ist eine ordnungsgemäße Analyse des SWRC unerlässlich, um ein fundiertes Verständnis der hydraulischen Eigenschaften des Bodens zu erlangen.
Für die Entwicklung eines zuverlässigen SWRC gibt es derzeit eine Vielzahl von Messtechniken, wobei die Methoden der hängenden Wassersäule und der Druckplatte gängige traditionelle Ansätze zur Bestimmung der Porengrößenverteilung von Bodensind 2. Herkömmliche Methoden können zeitaufwändig sein und in der Regel Wochen oder Monate dauern, um eine kleine Gruppe von Proben zu analysieren9. Darüber hinaus führen diese Methoden nach Abschluss der Analyse zu nur wenigen Datenpunkten, die das SWRC9 informieren. Darüber hinaus kann die Genauigkeit der Erzeugung repräsentativer Daten mit herkömmlichen Methoden wie Druckplatten bei niedrigeren Matric-Potentialen, insbesondere bei feinstrukturierten Böden, zu einem Problem werden10,11. Modernere Techniken, die den einfachen Ansatz des Verdunstungsexperiments mit Tensiometern und die Taupunktmethode mit gekühlten Spiegeln beinhalten, liefern tendenziell reproduzierbarere Daten über ein breites Spektrum von Bodentexturen2. Das einfache Verdunstungsexperiment, das ursprünglich 1968 von Wind entwickelt wurde, umfasste die Messung von Änderungen der Wassermasse und der Spannung durch Tensiometer in der Bodenprobe über die Zeit12. Bei der Verdunstung werden in bestimmten Zeitintervallen Messungen der Bodenprobenmasse durchgeführt, um eine SWRC zu erstellen. Die Methode, die später von Schindler (1980) verfeinert wurde, umfasste nur zwei Tensiometer, die an unterschiedlichen Druckhöhen innerhalb der Bodenprobe platziert wurden. Die modifizierte Methode wurde dann getestet und als fähig für die wissenschaftliche Analyse validiert 13,14. Ein wesentlicher Vorteil des einfachen Verdunstungsexperiments ist das Potenzial, auf einfache Weise Daten über einen großen Teil der Bodenfeuchtekurve (0 bis -300 kPa) mit mehr Datenpunkten als mit herkömmlichen Methoden zu erzeugen.
Bei diesen modernen Methoden handelt es sich um automatisierte Instrumente, die während des gesamten Analysezeitraums der Probe zahlreiche Datenpunkte erfassen und über eine Softwareschnittstelle Daten erzeugen. Das Instrument für hydraulische Eigenschaften ist ein modernes Instrument, das Wasserrückhaltekurven und Leitfähigkeitskurven aus Probendatenerstellt 15. Mit Hilfe eines einfachen Verdunstungsexperiments mit dem hydraulischen Eigenschaftsmessgerät kann der Zusammenhang zwischen Wassergehalt und Wasserpotenzial im Boden bewertet werden1. In diesem Experiment befindet sich das im Tensiometerschacht vorhandene Wasser in einem Gleichgewicht mit dem Wasser in der Bodenlösung. Wenn die Verdunstung des Bodenwassers eintritt und die Bodenprobe trocknet, findet die Kavitation im Tensiometer statt und das Experiment endet. Es gibt eine Einschränkung des hydraulischen Eigenschaftsmessgeräts im Trockenbereich des SWRC, da das Gerät nur innerhalb von Matric-Potentialen von 0 bis -100 kPa arbeiten kann. Dies kann durch die Einbeziehung von Daten behoben werden, die mit einem Kaltspiegeltaupunktexperiment unter Verwendung eines Bodenwasserpotentialmessgeräts16 erzeugt wurden, wodurch der Datenbereich auf -300.000 kPa oder den dauerhaften Welkpunkt erweitert werden kann. Alle diese Daten werden in der Nachbearbeitung der Modellierungssoftware zusammengeführt, um das SWRC kohärent von Nullspannungen zu höheren Spannungen zu informieren, sogar über den Welkpunkt hinaus. Die SWRC- und hydraulischen Leitfähigkeitskurven werden dann auf der Grundlage von Matrizenpotentialdatenpunkten generiert, die während des gesamten Messzeitraums erfasst wurden, so dass eine vollständige Kurve von der Sättigung bis zum dauerhaften Welkpunkt erstellt werden kann.
Das hier beschriebene Verfahren stellt ein prägnantes Arbeitsverfahren für die Bodenanalyse mit einem hydraulischen Eigenschaftsmessgerät dar. Diese Methode wurde in einer Reihe von wissenschaftlichen Umgebungen durchgeführt, einschließlich der Quantifizierung der Bodengesundheit in einem breiten Spektrum von Agrarökosystemen 3,17,18,19, und es wurden Anstrengungen unternommen, um bewährte Verfahren zu verstehen, die über das Benutzerhandbuchdes Instruments hinausgehen 20. Hier wird ein standardisiertes Protokoll für alle Schritte des Verfahrens skizziert, einschließlich der Feldprobenahme, der Probenvorbereitung, der Softwarefunktion und der Datenverarbeitung. Wenn Sie diese Methode befolgen, wird eine erfolgreiche Kampagne sichergestellt, die zu zuverlässigen Daten führt. Kritische Schritte zur Sicherstellung der Datenqualität, häufige Herausforderungen und Best Practices werden vorgestellt, um eine ordnungsgemäße Implementierung zu gewährleisten.
Der einfache Ansatz des Verdampfungsexperiments mit der hier beschriebenen Methode ist ein effizientes Mittel zur Entwicklung der SWRC- und hydraulischen Leitfähigkeitskurven. Die Einfachheit und Genauigkeit der Datenmessung machen sie zu einer praktikablen Alternative zu herkömmlichen Methoden14. Die hier beschriebene Methode geht über das Benutzerhandbuch und die aktuelle Literatur hinaus, um Feinheiten dieses komplizierten Instruments zu synthetisieren und z…
The authors have nothing to disclose.
Die Autoren danken der Canadian Foundation for Innovation (John Evans Leadership Fund) für die finanzielle Unterstützung bei der Anschaffung des hydraulischen Eigenschaftsanalysators.
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