Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2007.05a
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pp.229-235
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2007
관개나 수분수지 규명을 위한 기본적인 자료는 토양수분 함량이다. 그러나, 포장상태에서의 토양수분 함량은 직접 측정하는 것이 쉽지 않기 때문에 많은 경우 건조기를 이용한 중량수분 함량측정 방법을 이용하거나 토양수분 포텐셜 측정용인 텐시오미터를 이용한 토양수분의 에너지 특성을 관개에 활용하는 것이 현실이었다. 중량수분 함량은 시료를 채취해서 건조하기 때문에 시료채취 당시의 토양수분 함량을 아는 것이 어렵고, 토양수분 포텐셜은 에너지를 측정하는 것이기 때문에 이 역시 토양의 수분함량을 얻는 것이 불가능 하다. 따라서, 최근에 이런 측정상의 어려움을 극복하기 위해 여러 나라에서 포장에서의 토양수분 함량을 직접 측정하는 다양한 센서를 개발하고 있고 있다. 그 중 몇 가지는 현재 우리나라에 공급되고 있는데, 가격 등의 문제로 별로 알려져 있지는 않다. 센서는 현장에서 수분함량을 파악할 수 있는 장점이 있기 때문에 관개에 직접 적용이 가능하며 자동화시설이나 수분수지 모형 산정에도 활용할 수 있다. 본 시험은 우리나라에 소개되어 있는 몇 가지의 토양수분 측정용 센서를 현장에서 코어를 이용해 측정한 용적수분 함량과 비교하여 센서의 정확도나 이용 가능성을 검정하고자 하였다. 코어를 이용해 실측한 토양 용적수분 함량과 비교하고자 7종의 센서를 선택해 실험에 이용하였다. 가격이 비싼 것으로 알려진 TDR 형태의 센서가 2종이었으며, 나머지 5종은 FDR 형태의 센서였다. TDR 센서는 Soilmoisture사에서 제작한 MiniTrase와 Imko 사의 Trime이고, FDR은 Sentek사에서 개발한 EasyAG, EnviroSCAN과 Delta-T사에서 제작한 PR-1과 WET-2 및 Decagon사에서 제작한 $ECH_2O$ 센서였다. 실헙방법은 본량사양토인 포장에서 건조한 상태인 시험구와 물이 포화된 시험구를 만들어 놓고, 그곳에서 센서 종류별로, 측정 깊이별로 토양의 용적수분 함량을 측정하고, 센서로 측정한 위치 바로 옆에서 코어를 이용해 토양시료를 채취하고 이를 건조기에 건조해 용적수분 함량을 측정하였다. 비교결과 TDR인 MiniTrase가 결정계수$(r^2)$가 0.964이고 표준오차(SE)가 0.01로 좋은 결과를 보여줬고 WET-2가 $r^2$와 SE가 0.932와 0.013이였으며 EasyAG는 0.877과 0.0211, EnviroSCAN은 0.803과 0.0259의 값을 보였다. 일반적으로 토양수분 함량 측정오차가 1% 미만인 센서가 정확한 수분함량 해석을 유도할 것이지만 위의 센서 중 MiniTrase를 비롯한 4개의 센서 정도가 토양의 수분 함량을 측정하는데 유용할 것이라는 결론을 얻었다.
This study was conducted to find out the main soil physical properties to control the soil hardness in tamped condition. Sandy loam soil was taken and fill it up to wood cubes and then differently trampling experimental cubic lots which were mulched with various materials, such as, leaves, wood plates and bricks. Soil physical properties were measured 2" core and samples were taken at 250 sites with soil hardness. There were highly significant positive correlations between soil hardness and bulk density, and between bulk density and water content. Negative correlations were found between soil hardness and water content, and between soil hardness and gravel content. The correlation coefficients were increased by multiple correlation between soil hardness, bulk density, volumetric water and gravel content. Bulk density was the main factor to control the hardness, and volumetric water and gravel contents were less effected to soil hardness.
This study was to verify and calibrate seven kinds of soil water sensors for volumetric soil water content(VSWC) measurement under field. Types of sensors were TDR (Time Domain Reflectometry) and FDR(Frequency Domain Reflectometry). Two kinds of TDR were TRIME(profile type), and Mini-TRASE(rod type). Five kinds of FDR were EasyAG, EnviroSCAN, PR-1(profile type), and WET-1(rod type). VSWC by TRIME and Mini-TRASE compared with VSWC by soil core showed the standard error of about 2.4%, and 1.4% which is the smallest value among all the sensors used in the experiment, respectively. The errors of EasyAG and EnviroSCAN analyzed with scaled frequency(SF) were about 2.6%, and 2.8% and those by 1 versus 1 correspondence were about 2.6%, and 2.6%, respectively. WET-1 showed about 2.0% of error, which is the smallest value among errors by FDR sensors. PR-1 with the error of about 4.7% should be hard for application in field. Therefore, users on soil water sensors have to take into consideration the errors of sensors revealed after the calibration for the correct measurement of VSWC in field. The rest except for PR-1 among the sensors could be used for VSWC measurement with 1.4~2.6% error.
As research on a controlled environment system based on crop growth environment sensing for sustainable production of horticultural crops and its industrial use has been important, research on how to properly utilize soil moisture sensors for outdoor cultivation is being actively conducted. This experiment was conducted to suggest the proper method of utilizing the TEROS 12, an FDR (frequency domain reflectometry) sensor, which is frequently used in industry and research fields, for each orchard soil in three regions in Korea. We collected soils from each orchard where fruit trees were grown, investigated the soil characteristics and soil water retention curve, and compared TEROS 12 sensor calibration equations to correlate the sensor output to the corresponding soil volumetric water content through linear and cubic regressions for each soil sample. The estimated value from the calibration equation provided by the manufacturer was also compared. The soil collected from all three orchards showed different soil characteristics and volumetric water content values by each soil water retention level across the soil samples. In addition, the cubic calibration equation for TEROS 12 sensor showed the highest coefficient of determination higher than 0.95, and the lowest RMSE for all soil samples. When estimating volumetric water contents from TEROS 12 sensor output using the calibration equation provided by the manufacturer, their calculated volumetric water contents were lower than the actual volumetric water contents, with the difference up to 0.09-0.17 m3·m-3 depending on the soil samples, indicating an appropriate calibration for each soil should be preceded before FDR sensor utilization. Also, there was a difference in the range of soil volumetric water content corresponding to the soil water retention levels across the soil samples, suggesting that the soil water retention information should be required to properly interpret the volumetric water content value of the soil. Moreover, soil with a high content of sand had a relatively narrow range of volumetric water contents for irrigation, thus reducing the accuracy of an FDR sensor measurement. In conclusion, analyzing soil water retention characteristics of the target soil and the soil-specific calibration would be necessary to properly quantify the soil water status and determine their adequate irrigation point using an FDR sensor.
We investigated the patterns of soil horizon evolution and its water distribution on three different forest stands covered with Larix leptolepis, Pinus koraiensis, and Qercus mongolica on the Experimental Forest of Kyunghee University, located in Kwangju, Kyunggi-Do. Compared to the properties of depths of O and A horizons evolved on the Pinus koraiensis stand, the depths of O and A horizons on the forest stands of Larix leptolepis and Qercus mongolica were shallower, indicating that the soil horizon were deeply influenced by geographical characteristics, its erosive and sedimentary distinction, vegetation cover and its population density. And the bulk densities of the sites selected were lower in the high slope gradient than that in the lower slope gradient at the same depth of soil profile. Therefore, the changes of the soil bulk densities were closely related to the soil organic matter and the vertical transport of soil particle throughout soil depths. On the other hand, the bulk density and organic matter content in soil can influence the water transport phenomena, resulting in decrease of the hydraulic conductivity as the increase in the bulk density, while the organic matter can not affect the hydraulic conductivity on the soil surface layer. For a rainfall infiltration characteristics from a lysimeter experiment established on the stand of Larix leptolepis, the bulk density and slope gradient strongly influenced the vertical transport of water, as well as the lateral movement of rainfall. Conclusively, the characteristics of water movement and distribution in the forest stand can be determined not by the geographical factor such as slope gradient but also by the bulk density and organic matter content remained in soils.
To obtain informations on vertical movements of water and solute in rice paddy field during the growing season, soil water contents and bulk electrical conductivities (${\sigma}_a$) were monitored using Time Domain Reflectometry. Soil water contents with depth showed ${\varepsilon}$-shaped profiles constituting of partly saturated zones at top and bottom layers and unsaturated zones (20-100cm) between them. Analysis by fitting with a van Genuchten-type model showed that soil water contents at 60cm were affected by both water supplied from surface water and groundwater, but at 80cm mainly affected by groundwater. Water percolation at the rate of 2cm $day^{-1}$ rates were, but large fluctuation from 10 to 38cm $day^{-1}$ in C1 layer (60-90cm). Therefore, it can be said that any water or solute entering C1 layer is very rapidly transported to C2 layer, especially during the period of high groundwater table staying, and retarded to a relatively constant percolation rate in C2 layer. This can be manifested by the fact that rapid decrease and steady increase of electrical conductivities at 50 and 110cm depth respectively, were found around that period.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.24
no.1
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pp.13-34
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2022
Soil moisture data have been collected at 11 agrometeorological stations operated by The Korea Meteorological Administration (KMA). This study aimed to verify the accuracy of soil moisture data of KMA and develop a correction formula to be applied to improve their quality. The soil of the observation field was sampled to analyze its physical properties that affect soil water content. Soil texture was classified to be sandy loam and loamy sand at most sites. The bulk density of the soil samples was about 1.5 g/cm3 on average. The content of silt and clay was also closely related to bulk density and water holding capacity. The EnviroSCAN model, which was used as a reference sensor, was calibrated using the self-manufactured "reference soil moisture observation system". Comparison between the calibrated reference sensor and the field sensor of KMA was conducted at least three times at each of the 11 sites. Overall, the trend of fluctuations over time in the measured values of the two sensors appeared similar. Still, there were sites where the latter had relatively lower soil moisture values than the former. A linear correction formula was derived for each site and depth using the range and average of the observed data for the given period. This correction formula resulted in an improvement in agreement between sensor values at the Suwon site. In addition, the detailed approach was developed to estimate the correction value for the period in which a correction formula was not calculated. In summary, the correction of soil moisture data at a regular time interval, e.g., twice a year, would be recommended for all observation sites to improve the quality of soil moisture observation data.
Capacitance soil moisture sensor is extensively used by soil research and irrigation management with its convenience and accuracy. This experiment was conducted to evaluate the acceptability of capacitance soil moisture sensor, named EnviroSCAN made by Sentek Ltd., in Jeju Island where volcanic ash soils are widely distributed, and to calibrate it to various soils with different amount of soil organic matter. For sensor calibration equation of volcanic ash soils, a logarithm function is better than a typical power function of non-volcanic ash soils. So there are possibilities of under evaluated in soil water contents in very wet and very dry conditions by using typical power function with volcanic ash soil areas. We suggested practical coefficients of typical calibration equation for using capacitance sensor in volcanic ash soils, also suggested equations for estimation of them with soil organic matter contents. The measurement of soil water content with a capacitance sensor can be affected by some soil characteristics such as porosity, soil organic matter content, EC, etc. So those factors should be controlled for improving the accuracy of measurement.
A series of field experiment was conducted to find out error range and to compare precision based on error analysis of soil water content measured with gravimetric, surface & depth neutron and gypsum block methods in a sandy loam soil. The error of soil water content measured with gravimetric (core-sampling), surface and depth neutron method showed quardratic curve, whereas that with gypsum block was exponential curve in relation to soil water content. Within the range of volumetric soil water content from 11 to 33%, the error of soil water content measured with gravimetric, surface neutron, depth neutron and gypsum block method was ranged from 0.28 to 3.49%, 0.71 to 2.63%, 0.52% to 1.01% and 0.05 to 21.89%, respectively. The error of soil water content measured with depth neutron method was lower than those of other methods, when the soil water content was more than 14% in sandy loam soil. The relative number of replicates of soil water measurement for surface neutron, depth neutron and gypsum block method to attain same precision for gravimetric method was 0.6-1.7, 0.07-0.8 and 0.1-125, respectively.
This study aimed to determine effects of the use of water-retention additive, hydrophilic polymer, for extensive green roofs on growth of Juniperus chinensis var. sargentii and Euonymus fortunei 'Emerald and Gold' for woody plants, and Carex kobomugi and Carex pumila for herbaceous plants. Five different contents of hydrophilic polymer including 0% (Control), 1.0%, 2.5%, 5.0%, and 10% (polymer: medium (w/w), dry weight basis) were added to each of the container filed with a 100 kg of growth medium. Ten of plants were transplanted in each of square container ($1m(L){\times}1m(W){\times}0.3m$ (H)) built on the roof platforms in randomized complete block design in the $20^{th}$ of May, 2013. In results, excessively high volumetric soil water content, about 97-98%, was found in the substrate under elevated hydrophilic polymer concentration of at least 2.5%, during the entire growing period. The moisture content of the substrate containing 1.0% of hydrophilic polymer was higher about 20% in the range between 70% and 80%, compared tho that of Control substrate in the range between 50% and 60%, for 27 days after transplanting prior to abundant rainfall, indicating that the application of hydrophilic polymer to the extensive green roof substrate is effective to eliminate drought condition by retaining water in the substrate. Euonymus fortunei 'Emerald and Gold' and Carex kobomugi resulting in higher plant growth with 2.5% than those of the other treatment plants. Juniperus chinensis var. sargentii was observed the highest growth under 1.0% hydrophilic polymer treatement, and Carex pumila was founded the best growth with Control respectively. Plants that grown in both the 1.0% and 2.5% hydrophilic polymer survived all, while the plants that grown in the 5.0% and 10% hydrophilic polymer died after 3 months. These results suggest that advantage of the addition of hydrophilic polymer may be greater in drought-tolerant plants, but the mixture proportion of hydrophilic polymer should be determined according to the different features of the plant species being grown.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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