Měření dynamiky půdní vlhkosti TDR zjednodušenou metodou

Soil temperature measurements by simplified TDR method

Měření dynamiky půdní vlhkosti TDR zjednodušenou metodou

Jan PIVEC

KOPRA AF ČZU

Souhrn, klíčová slova

Čidla objemové půdní vlhkosti (VWC, F) firmy Campbell-Scientific CS 615 (resp. 616), založena na principu TDR metody, lze použít jako snazší (cenově dostupnější) metodu měření půdní vlhkosti. Výrobcem uváděná přesnost činí ± 2,5% VWC při celkové elektrické vodivosti Ł 0,5 dS/m (deci Siemens) a hustotě Ł 1,55 g/cm3 v rozsahu měřené objemové vlhkosti 0 - 50% F při vzájemné variabilitě čidel ± 0,5% F.

objemová vlhkost půdy, TDR

Summary, keywords

Campbell-Scientific CS615(616 resp.) sensor, based on TDR methodology, can be used as a simplified (more economical - cheaper) method for soil moisture determination. Accuracy ± 2,5% volumetric water content (VWC, F) with bulk electrical conductivity (EC) Ł 0,5 dS/m (deci Siemens) and bulk density Ł 1,55 g/cm3 in VWC measurement range 0 - 50%, probe-to-probe variability ± 0,5% F is indicated.

olumetric water content, TDR

Introduction - Úvod

Stanovování vlhkosti půdy je dnes celkem zvládnutou, byť poněkud nákladnou disciplínou. V případě potřeby rozsáhlejších kontinuálních měření, kupř. v polních pokusech měření vlhkosti půdy v závislosti na zpracování půdy a půdním pokryvu, je však nutno náklady optimalizovat a použít finančně dostupnější alternativy. Tady nabízí zjednodušená TDR metoda, použitá kupř. firmou Campbell Scientific (USA) v čidlech CS615 (CS616), řešení. Metoda, stanovující objemovou vlhkost půdy, je popsána jako reflektometrická, zachycující časovou změnu odezvy vysokofrekvenčních pulsů čidla v závislosti na permitivitě dielektrika, tvořeného půdou a ovlivněné zejména obsahem vody v půdě. Megahertzové vlnění je utlumeno a poté zaznamenáno v podobě časových pulsů odezvy čidla v závislosti na vlhkosti půdy. Přesnost udávaná výrobcem činí ± 2,5 % F při elektrické vodivosti půdy Ł 0,5 dS/m (0,4 dS/m odpovídá elektrické vodivosti roztoku 2,0 dS/m) a hustotě půdy Ł 1,55 g/cm3 v rozsahu VWC 0 - 50%. Přesnost vzájemná mezi čidly je udávána ± 0,5 % F.

Methods - Metody

Odezva čidla má trojí závislost: na elektrické vodivosti (obr.1), na vlhkosti, vyjádřené pomocí teplotního koeficientu - změně objemové vlhkosti půdy na 1°C, tcoef= -3,46*10-4 + 0,019*F? - 0,045*F2 - a na teplotě půdy, D t = (t-20)*tcoef (obr.2) (manuál CS615). Dielektrické vlastnosti půdy nutno stanovit předem (Persson, 2002).

Results - discussion - Výsledky - diskuse

Tedy, čím vyšší elektrická vodivost půd (resp.půdní vody), tím nižší hodnota vlhkosti při dané časové odezvě - hodnotě výstupu čidla. Hodnota teplotního koeficientu činí max. 0,2% objemové vlhkosti na 1°C do cca 40% objemové vlhkosti půdy, nad 40% objemové vlhkosti nabývá hodnot několikanásobně vyšších. Celková chyba měření objemové vlhkosti půdy danou metodou potom závisí na celkové teplotě půdy. Čím je teplota bližší 20°C, tím (opět do cca 40% objemové vlhkosti) tato chyba nabývá menších hodnot (v rozsahu teplot 0 - 40°C činí max. ± 4% objemové vlhkosti). Pro upřesnění měření je tedy nutno paralelní měření teploty půdy a alespoň ambulantní měření elektrické vodivosti půdy, lépe půdní vody, na níž jsou přístroje CS615 kalibrovány.

Obr.1 Závislost objemové vlhkosti půdy (F) na elektrické vodivosti roztoku (s, dS m-1), vyjádřené časovou odezvou čidla (t ). VWC (F) dependency on the EC of solution (s, dS m-1), expressed by output period (t )..

Obr.2 Závislost chyby měření objemové vlhkosti půdy (D t) na teplotě půdy (0, 10, 20, 30, 40°C) a objemové vlhkosti půdy (F). Error of VWC assessment dependency (D t) on the soil temperature (0, 10, 20, 30, 40°C) and VWC (F).

References - Použitá literatura

manuál CS615, 20 s., 2001.

Persson, M..: Evaluating the linear dielectric constant-electrical conductivity model using time-domain reflectometry. s.269 -277, 2002.

Řešeno v rámci grantu NAZV č. QC 1254/2001/02