無論研究人員是在實驗室還是在現(xiàn)場測量土壤水力特性，他們只是了解了一部分情況。由于受控條件，實驗室系統(tǒng)非常準(zhǔn)確，但實驗室測量并未考慮可能影響土壤水文的根部、裂縫或蟲洞等場地可變性。此外，當(dāng)研究人員從田間取樣到實驗室時，他們通常會在取樣過程中壓縮土壤大孔隙，從而改變土壤的水力特性。現(xiàn)場實驗幫助研究人員了解可變性和實時條件，但他們有相反的問題。該領(lǐng)域是一個不受控制的系統(tǒng)。水通過蒸發(fā)、植物吸收、毛細(xì)上升或深層排水在土壤剖面中移動，需要在不同深度和位置進(jìn)行多次測量?，F(xiàn)場研究人員還必須應(yīng)對天氣的不可預(yù)測性。降水可能導(dǎo)致田間干涸實驗需要整個夏天，而在實驗室中只需要一個星期。
在了解每種方法的優(yōu)點和局限性的同時使用實驗室和現(xiàn)場技術(shù)的研究人員可以成倍地增加他們對土壤剖面中發(fā)生的事情的理解。例如，在實驗室中，研究人員可能會使用欣仰邦土壤質(zhì)地分析儀來獲取準(zhǔn)確的土壤質(zhì)地數(shù)據(jù)，包括完整的粒度分布。然后，他們可以將這些數(shù)據(jù)與土壤濕度生成的土壤水分釋放曲線相結(jié)合，以了解該土壤類型的水力特性。如果該研究人員隨后添加了高質(zhì)量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)以了解真實世界的現(xiàn)場條件，那么他們會突然看到更大的圖景。
以下是對實驗室儀器與現(xiàn)場儀器的探索，以及研究人員如何結(jié)合這些儀器來加深對其土壤剖面的了解。單擊鏈接以獲取有關(guān)每個主題的更深入信息。
| | 優(yōu)勢 | 限制 |
| 實驗室儀器 | 受控條件
直接運行樣品
自動化且相對快速的分析
規(guī)定的程序
準(zhǔn)確性 | 不考慮現(xiàn)場條件
一些系統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)置 |
| 現(xiàn)場儀表 | 了解可變性和實時現(xiàn)場條件
易于安裝和設(shè)置
自動測量
蜂窩技術(shù)支持從辦公室收集近乎實時的土壤傳感器數(shù)據(jù) | 可變性需要更多的測量
更多要分析的數(shù)據(jù)
不受控制的情況
不可預(yù)測的天氣會導(dǎo)致延誤并損壞未受保護(hù)的設(shè)備
安裝不當(dāng)會導(dǎo)致不準(zhǔn)確 |
表.實驗室和現(xiàn)場儀器的優(yōu)勢和局限性
粒度分布及其重要性
土壤類型和粒度分析是了解土壤及其*特性的個窗口。每個研究人員都應(yīng)該確定他們正在使用的土壤類型，以便對他們的數(shù)據(jù)進(jìn)行基準(zhǔn)測試。如果研究人員不了解他們的土壤類型，他們就無法根據(jù)含水量對土壤水的狀態(tài)做出假設(shè)（即，如果他們研究植物，他們將無法預(yù)測是否會有植物可用的水））。此外，土壤層中的不同土壤類型可能會影響研究人員的測量選擇、傳感器選擇和傳感器放置。
粒度分析定義了構(gòu)成土壤的粗到細(xì)材料的百分比。有了這些知識，研究人員可以估計特定土壤對水的保持強(qiáng)度。粒度分析超出了土壤類型的簡單定義。粒度分析更像是土壤指紋，顯示了沙子、淤泥和粘土部分中粒度的*分布。這些信息可以幫助巖土工程師了解隨著時間的推移收縮膨脹的土壤會如何反應(yīng)，或者它可能會影響種植者的灌溉決策。粒度分布還可以提供有關(guān)土壤如何形成或最終將形成結(jié)構(gòu)的見解，它會影響飽和導(dǎo)水率：材料越粗糙，水就越容易移動。
從歷看，研究人員使用粗略的方法來確定土壤質(zhì)地，例如帶狀測試、移液管方法或耗時的比重計技術(shù)。欣仰邦現(xiàn)在可自動執(zhí)行土壤質(zhì)地分析過程，從而節(jié)省時間并提高準(zhǔn)確性。欣仰邦為研究人員提供完整的粒度分布分析，包括細(xì)粉砂、中粉砂、粘土和沙子的細(xì)分。獲得分析后，軟件會自動計算其在美國土壤質(zhì)地三角形上的位置，以準(zhǔn)確識別土壤類型。
研究人員應(yīng)該先使用欣仰邦作為了解土壤的步，然后再決定要測量哪些其他參數(shù)。這將幫助他們確定哪種實驗室或現(xiàn)場儀器對他們的研究目標(biāo)效。
粒度分析——自動化
欣仰邦允許無人值守的自動化操作。只需設(shè)置它，稍后再回來進(jìn)行完成的測量。水分釋放曲線是每種土壤類型都有不同的水分釋放曲線（或土壤水分特征曲線）。研究人員使用水分釋放曲線來理解如果特定土壤中的水分隨時間發(fā)生變化，土壤和植物會如何反應(yīng)。它告訴他們?nèi)绾窝杆俚乃克郑l(fā)生變化，相比多少水可用（水勢）。水分釋放曲線幫助研究人員預(yù)測水是否會移動以及它會去哪里。釋放曲線還說明了隨著時間的推移，不同含水量的植物可獲得多少水。例如，在接近飽和的沙子中，含水量會隨時間快速變化，而水勢只會略微下降。這是因為沙子的大孔隙和低表面積不能緊緊地保持水，使其更容易被利用。相反，在接近飽和的粘土中，水量變化較慢，而水勢變化相對較快，因為粘土具有較高的表面積和較小的孔隙，能更緊密地保持水分，為植物或水運動釋放的水量較少。水分釋放曲線說明了含水量和水勢之間的關(guān)系并向研究人員展示土壤在任何條件下的表現(xiàn)。
土壤濕度：土壤水分釋放曲線專家
創(chuàng)建水分釋放曲線的方法是在實驗室中。的土壤濕度是使用風(fēng)/迅達(dá)蒸發(fā)的方法來產(chǎn)生與土壤的水分釋放曲線的*實驗室儀器水勢在大多數(shù)水運動的張力范圍-的范圍內(nèi)。它使用兩個精密張力計，自動生成0至-100kPa范圍內(nèi)的100多個數(shù)據(jù)點。曲線需要三到五天才能完成，但儀器在無人看管的情況下運行。土壤濕度的范圍受張力計范圍的限制，但可以與土壤溫度結(jié)合使用以生成整個水分范圍內(nèi)的水分釋放曲線。將土壤濕度與土壤溫度結(jié)合使用以獲得完整的水分釋放曲線。該土壤溫度處于干燥范圍內(nèi)的實驗儀器，其測量水勢通過確定在一個封閉的腔室中的樣品上方的空氣的相對濕度。一旦樣品與土壤溫度密封室中的蒸汽達(dá)到平衡，儀器就會使用冷鏡法找到相對濕度。這種方法需要在室內(nèi)冷卻一個小鏡子，直到露水開始在上面形成。在露點，土壤溫度以0.001°C的精度測量鏡面和樣品溫度。這使得土壤溫度能夠在-0.05MPa至-300MPa范圍內(nèi)以的精度提供水勢讀數(shù)。土壤溫度可與土壤濕度配合使用，在土壤中的整個水分范圍內(nèi)創(chuàng)建完整的土壤水分釋放曲線。觀看視頻以了解其工作原理。這與從欣仰邦中提取的信息相結(jié)合，可以成為了解土壤水力特性的有力工具。
了解如何結(jié)合土壤濕度和土壤溫度以獲得完整的水分釋放曲線。現(xiàn)場的水分釋放曲線？是的，有可能。土壤濕度和土壤溫度能夠制作快速、準(zhǔn)確的土壤水分釋放曲線（土壤水分特征曲線），但實驗室測量有一些限制：樣品吞吐量限制了可以生成的曲線數(shù)量，以及在實驗室中生成的曲線不代表他們的原地行為。然而，實驗室制作的土壤保水曲線可以與來自原位水分釋放曲線的信息配對，以便更深入地了解現(xiàn)實世界的變化。共置基質(zhì)勢傳感器和水分含量的傳感器原位為研究人員的知識庫添加更多水分釋放曲線。而且，由于巖土工程師和灌溉科學(xué)家主要關(guān)注的是非飽和土壤的原位性能，因此將原位測量添加到實驗室生成的曲線將是理想的選擇。將原位土壤水分特征曲線與實驗室生成的曲線進(jìn)行比較，在泛美不飽和土壤會議上給出，顯示了使用校準(zhǔn)基質(zhì)勢傳感器和欣仰邦的土壤水分傳感器原位生成數(shù)據(jù)曲線的效果與實驗室中創(chuàng)建的那些進(jìn)行比較?，F(xiàn)場和實驗室數(shù)據(jù)曲線比較得很好，但一些因素降低了他們的一致性。在質(zhì)地粗糙的土壤中，隨著土壤吸力的增加，去除活根會導(dǎo)致發(fā)散，完整的巖心樣品比受到干擾的更有利。在質(zhì)地較細(xì)的土壤中，比較是有利的，但當(dāng)實驗室樣品受到干擾時也會受到影響。數(shù)據(jù)表明，并置的原位傳感器可以為實驗室數(shù)據(jù)提供重要的補充，以開發(fā)各種數(shù)據(jù)曲線，以便更深入地了解非飽和土壤行為。在實驗室或現(xiàn)場混合、匹配和比較水力傳導(dǎo)率。與實驗室和原位土壤水分釋放曲線非常相似，飽和和非飽和導(dǎo)水率的實驗室和現(xiàn)場測量可以串聯(lián)使用，以更深入地了解任何土壤類型的水力特性。比較不同深度和位置的這些測量結(jié)果可以深入了解各種土壤層，并幫助研究人員了解每個層的長期滲透數(shù)據(jù)（即，如果一個層變得飽和，這將如何改變徑流模型？）?？茖W(xué)家可以使用現(xiàn)場儀器來確定水將如何滲透到現(xiàn)場，并且他們可以添加實驗室測量值來確定限的地層。例如，地表層可能是砂質(zhì)壤土，但欣仰邦可以揭示更深的層具有較高的粘土含量和較低的導(dǎo)水率。結(jié)合使用實驗室和現(xiàn)場測量有助于確定哪個層位在潮濕時期導(dǎo)致較低的滲透率。
來自傳感器的現(xiàn)場飽和導(dǎo)水率數(shù)據(jù)可以通過實驗室測量得到增強(qiáng)。當(dāng)研究人員將它們與來自實驗室的土壤濕度不飽和水力傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)配對時，可以在更深層次上產(chǎn)生的不飽和水力傳導(dǎo)率場數(shù)據(jù)。土壤濕度使用相同的內(nèi)部張力計來生成水分釋放曲線，以自動測量不飽和水力傳導(dǎo)率，然后模擬飽和水力傳導(dǎo)率。通常，由于現(xiàn)實世界的可變性，實驗室和現(xiàn)場測量不會匹配，但一起分析信息可以提供更好的洞察力。了解有關(guān)將水力傳導(dǎo)率與其他測量相結(jié)合水力傳導(dǎo)率曲線會告訴你什么。研究人員還可以結(jié)合來自兩個實驗室儀器和土壤濕度的水力傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)，以生成完整的水力傳導(dǎo)率曲線。導(dǎo)水率曲線告訴您，在給定的水勢下，土壤傳導(dǎo)水的能力（即，隨著土壤干燥，水從樣品頂部[或土壤層中的土壤層流出的能力是多少？字段]到底部）。這些曲線用于建模以說明或預(yù)測在波動的濕度條件下土壤系統(tǒng)中的水會發(fā)生什么變化。了解有關(guān)水力傳導(dǎo)率曲線三種不同土壤類型的水力傳導(dǎo)率曲線。曲線說明了結(jié)構(gòu)對水力傳導(dǎo)率的重要性，尤其是在飽和或接近飽和時。
僅測量單個參數(shù)（例如含水量）可能會為研究人員提供了解土壤的起點，但如果不了解土壤類型、水勢或水力傳導(dǎo)率等其他信息，他們將無法了解水的百分比告訴他們什么。為了最深入地了解土壤，研究人員可以同時使用粒度分布、導(dǎo)水率曲線和水分釋放曲線，以獲得最準(zhǔn)確和全面的信息。使用兩種不同類型的曲線甚至可以幫助研究人員隔離一些模糊的問題，例如無土基質(zhì)中的雙孔隙度水分釋放曲線。實驗室和現(xiàn)場儀器一起使用可以為研究人員提供信息交響樂，并可用作理解數(shù)據(jù)和預(yù)測土壤隨時間變化的行為的強(qiáng)大工具。
