Calculation of Bulk and Solution Electrical Conductivity of Soil Using Time Domain Reflectometry Measurements

Time domain reflectometry (TDR) is a newly developed method for measuring simultaneously solute concentrations and volumetric water content of soil. Bulk electrical conductivity ($EC_a$) of soil is obtained from TDR signal using several equations proposed, and electrical conductivity of soil solution ($EC_w$) can be calculated using the linear relationship $EC_a=EC_w\theta(a\theta+b)+EC_s$ between $EC_a$ and $EC_w$ at constant soil water content. The objectives of this study were to evaluate $EC_a$ proposed by several workers and to obtain the empirical constants (a, b, and $EC_s$) for $EC_w$ of the soils from A, Bl, and B2 horizon of an agricultural field (Coarse loamy, Fluvaquentic Eutrudepts). The $EC_a$ proposed by Yanuka et al. responded most sensitively to the KCl solute concentrations. The empirical constants of a, b, and $EC_s$ for $EC_w$ were -0.249, 1.358, and 0.054 for A horizon, -2.518, 2.708, and 0.097 for Bl horizon, and 2.490, -0.250, and 0.103 for B2 horizon, respectively. Therefore, the results of this study showed that Yanuka et al. equation was most useful one in determining $EC_a$, from TDR signal for agricultural soil with low salinity and that the empirical constants for the calculation of $EC_w$, from $EC_a$ can be obtained through a simple calibration experiment.

TDR을 이용한 토양 총전기전도도 및 용액전기전도도 측정

Time Domain Reflectometry(TDR)은 토양의 순분함량과 전기전도도를 측정할 수 있는 비파괴적인 방법이다. 초기 전자파에 대한 TDR 반향파의 감쇄정도를 이용하여 토양의 총전기전도도($EC_a$)를 직접 계산할 수 있는 다양한 식들이 제안된 바 있다. 또한, $EC_a$로부터 보다 실질적인 의미가 있는 토양 용액의 전기전도도($EC_w$)를 계산하기 위해서는 일정 토양 수분 함량에서 $EC_a$와 $EC_w$가 갖는 직선관계식[$EC_a=EC_w{\theta}(a{\theta}+b)+EC_s$]이 이용된다. 따라서 본 연구에서는 TDR 신호를 이용하여 $EC_a$를 계산할 수 있는 다양한 식을 비교하여 가장 적합한 식을 제안하고, 농경지 토양(강서통, A, B1, B2 층위)을 대상으로 $EC_a$로부터 $EC_w를 계산할 때 필요한 실험상수(a, b, $EC_s$)를 구하고자 하였다. $EC_a$는 KCl 농도가 증가함에 따라 직선적으로 증가하였고, 특히 Yanuka 등이 제안한 식으로 계산한 $EC_a$가 용질 농도에 가장 민감하게 반응하였다. 직선회귀식을 이용하여 $EC_a$와 $EC_w$의 상관관계식의 실험 상수 (a, b, $EC_s$)를 구한 결과, 각각 -0.249, 1.358, 0.054(A층), -2.518, 2.708, 0.097(B1층), 2.490, -0.250, 0.103 (B2층)으로 조사되었다. 따라서 이상의 연구 결과는 TDR 신호를 이용해서 염농도가 낮은 일반 농경지 토양의 $EC_a$를 계산할 때 Yanuka 등이 제안한 식을 적용하는 것이 바람직하며, $EC_w$를 계산할 때 이용되는 $EC_w$-$EC_a$ 상관관계식의 상수는 간단한 실험실내 보정 시험을 통해 구할 수 있음을 보여준다.