Nepřímé metody měření půdní vlhkosti jsou široce využívané ve výzkumu i praktických aplikacích jako alternativa ke gravimetrickému stanovení. "Nepřímé" se nazývají proto, že neměří přímo vlhkost půdy, ale jinou veličinu, která je na vlhkosti půdy závislá, a ze známého vztahu mezi touto měřenou veličinou a vlhkostí lze vlhkost půdy s větší či menší přesností určit. Výhody jejich použití jsou zřejmé: nepřímé metody jsou nedestruktivní, výsledky měření jsou okamžitě k dispozici, měření je možné provádět opakovaně na stejném místě anebo provádět stacioární měření řízené počítačem. Při kvalitní kalibraci jsou získaná měření dostatečně přesná pro většinu aplikací. Kalibrace se provádí vždy srovnáním s gravimetrickým stanovením vlhkosti půdy. Níže jsou představeny dvě v současnosti velmi používané metody nepřímého měření vlhkosti půdy.
Na videu je ukázka práce s TDR senzorem TDR Trime - FM (výrobce Imko, GmbH.) a FDR senzory Theta Probe Soil Moisture Sensor ML2x (výrobce Delta-T Devices, Ltd.) a EC-5 Soil Moisture Sensor (výrobce Decagon Devices, Inc.).
TDR senzor měří čas, po který vysokofrekvenční elektrický impuls proběhne tam a zpět po jehlách sondy zapíchnuté do půdy v místě měření. Půda tvoří mezi jehlami dielektrikum, jehož dielektrické vlastnosti (relativní permitivita, elektrická vodivost) jsou závislé na půdní vlhkosti. Objemová vlhkost půdy se získá porovnáním vyslaných a odražených impulsů. Metoda TDR patří v současnosti mezi nejmodernější metody, neboť poskytuje okamžité výsledky a pro běžné použití není třeba kalibrace. Měření je možno automatizovat pomocí počítače.
TDR TRIME-FM (Imko, GmbH.), instalační sada (ocelové instalační jehly, palička)
- Je třeba věnovat zvláštní pozornost instalaci senzoru do půdy, vyhýbat se kamenitým místům. Pomocí instalačních jehel se připraví otvory pro vstup jehel senzoru. Instalační jehly je potřeba opatrně vytahovat a neviklat s nimi, aby byl zajištěn dobrý kontakt senzoru s půdou.
- Měření by se mělo několikrát opakovat, aby byl zajištěn reprezentativní výsledek (např. měření ve vzduchové kapse (...myší díra) poskytne odlišný výsledek).
- Nezapomenout nabít baterii.
Elektrická kapacita kondenzátoru, kde je jako dielektrikum použito půdy, je závislá na půdní vlhkosti θ. Pokud je kondenzátor, postavený z kovových destiček nebo jehel umístěný do půdy připojen na oscilátor tak, aby tvořil elektrický obvod, mohou být změny půdní vlhkosti detekovány pomocí vyvolaných změn pracovní frekvence obvodu. Změny této frekvence oproti základní frekvenci jsou základem u FD a FDR senzorů pro měření vlhkosti půdy. V případě kapacitních senzorů (FD), relativní permitivita půdy ε je stanovena z měření nabíjecí doby kondenzátoru v dané půdě. U FDR je frekvence oscilátoru regulována v určitém rozmezí pro stanovení rezonanční frekvence (které odpovídá nejvyšší amplituda), odpovídající půdní vlhkosti (Muñoz-Carpena et al., 2006). Sondy jsou tvořeny dvěma nebo více elektrodami (destičkami nebo jehlami), které jsou umístěny do půdy. Když je aplikováno elektrické pole, půda v okolí elektrod funguje jako dielektrikum kondenzátoru a doplní tak oscilační obvod (viz dole Foto 1 – 4 v řadě – FD Capacitance (jehly), Foto ECH2O – EC10 - Frequency domain (FD) Capacitance, kde destičky jsou pevně fixovány na desce, obdobné tištěnému spoji). Měření může být ovlivněno teplotou, salinitou, objemovou hmotností půdy a obsahem jílu v půdě. Proto je doporučováno provést pro každou jednotlivou půdu kalibraci.
Theta Probe Soil Moisture Sensor ML2x a čtecí zařízení Moisture Meter HH2 (Delta-T Devices, Inc.),
ECH20 – EC-5 Soil Moisture Sensor a čtecí zařízení ECH2O Check (Decagon Devices, Ltd.).
- Před měřením je třeba zkontrolovat nastavení čtecího zařízení, popř. zadat vlastní kalibraci.
- Je třeba věnovat zvláštní pozornost instalaci senzoru do půdy, aby se neponičil a aby byl zajištěň dobrý kontakt s půdou.
- Měření by se mělo několikrát opakovat.
- Pro případ potřeby je vhodné mít s sebou náhradní baterie do čtecího zařízení.
Nepřímé metody k měření půdní vlhkosti zpravidla vyžadují kalibraci pro použití v rozdílných půdních podmínkách. Výrobce obvykle poskytuje obecnou kalibrační rovnici pro minerální a pro organické půdy. Ovšem pro přesnější měření se doporučuje vlastní kalibrace pro konkrétní měřenou půdu. |
 |
Dosazením do zjištěné kalibrační rovnice lze pak odečíst objemovou vlhkost, např. dosadíme čtení senzoru 500 mV:
y = 0,00098 . 500 - 0,232296
y = 0,258 cm3 cm-3
Objemová vlhkost odpovídající čtení senzoru 500 mV je 0,258 cm3 cm-3.
Dirksen, Ch. (1999) Soil physics measurements. GeoEcology paperback. Catena Verlag, Reiskirchen, Germany. 154 pp. ISBN 3-923381-43-3.
Kutílek, M., Nielsen, D. (1994) Soil Hydrology. GeoEcology Textbook. Catena Verlag, Cremlingen-Destedt, Germany. 370 pp. ISBN 3-923381-26-3.
Muñoz-Carpena, R., Shukla, S., Morgan, K. (2006) Field devices for monitoring soil water content. Regional Extension Bulletin no. SR-IWM-2. The Irrigation Water Management Program Team of the Southern Regional Water Program. USDA-CSREES. Dostupné z: http://www.bae.ncsu.edu/topic/go_irrigation/docs/Field-devices-monitoring-.pdf
Topp, G.C., Davis, J.L., Annan, A.P. (1980) Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, 16, 574 – 582.