Temperature effects in soil water content determined with time domain reflectometry

• Autorzy: Halbertsma J. , van den Elsen E. , Bohl H. , Skierucha W.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury na wartość wilgotności gleby określoną metodą reflektometrii czasowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The relative permittivity of water decreases with increasing temperature. Therefore, it is likely that the soil water content determined with time domain reflectometry (TDR) is influenced by temperature. We derived a correction based on a refractive mixing model. Our field experiment on a peat soil and laboratory experiments on disturbed sand and loam samples showed that there exist significant temperature effects. The magnitude of these effects is a function of water content and temperature. Both the refractive mixing model-based correction and Ledieu’s correction compensated temperature effects reasonable well. We recommend Ledieu’s correction for its simplicity: only information of the soil temperature is needed to correct the measured water content. The model-based correction needs additional information of the TDR calibration function. Our laboratory experiments on disturbed clay samples however, did not show a temperature effect. We suggest that the electrical conductivity counteracts the temperature effects in clay.

PL

Względna przenikalność dielektryczna wody zmniejsza się ze wzrostem temperatury. Zatem prawdopodobne jest, że wilgotność gleby określona metodą reflektometrii czasowej (TDR) jest uwarunkowana jej temperaturą. W niniejszej pracy podana została formuła korekcyjna oparta na modelu dielektryków złożonych. Przeprowadzone eksperymenty - połowy na glebie torfowej oraz laboratoryjny nu próbkach gleb piaszczystych i pylastych o niezachowanej strukturze - wykazały istnienie znacznego wpływu temperatury na wyniki pomiarów. Wielkość tego wpływu jest funkcją wilgotności i temperatury. Korekta z zastosowaniem modelu dielektryków złożonych oraz korekta Ledieu dobrze kompensowały wpływ temperatury. Zalecane jest stosowanie korekty wg Ledieu, ponieważ jest prostsza: do skorygowania zmierzonej wartości wilgotności wymagana jest tylko znajomość temperatury gleby. Korekta oparta na modelu dielektryków złożonych wymaga dodatkowej informacji o funkcji kalibracyjnej TDR. Przeprowadzone eksperymenty laboratoryjne na próbkach gleby ilastej o niezachowanej strukturze nie wykazały jednak wpływu temperatury. Sugerowane jest, że elektryczna konduktywność gleby maskuje wpływ temperatury na odczyt wilgotności metodą TDR dla gleby ilastej.

Słowa kluczowe

EN

soil water content; determination; TDR technique; temperature effect

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 1996
• Tom: 436
• Opis fizyczny: p.65-74,fig.,ref.

Twórcy

autor

Halbertsma J.

• Soil Physics Laboratory, DLO Winand Staring Centre for Integrated Land, Soil and Water Research (SC-DLO), P.O.Box 125, NL-6700 AC Wageningen, The Netherlands

autor

van den Elsen E.

• Soil Physics Laboratory, DLO Winand Staring Centre for Integrated Land, Soil and Water Research (SC-DLO), P.O.Box 125, NL-6700 AC Wageningen, The Netherlands

autor

Bohl H.

• Institute of Ecology, Berlin University of Technology, Salzufer 11-12, 10587 Berlin 10, Germany

autor

Skierucha W.

• Institute of Agrophysics, Polish Academy of Sciences, Doswiadczalna 4, 20-236 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Acton F. S.: Analysis of Straight-line Data, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1959.
• 2. Brown R. L.: Bivariate structural relation, Biometrika, 44, 84 - 96, 1957.
• 3. CRC, CRC Handbook of Chemistry and Physics. In: CRC Press Inc. (Ed. R. C. Weast). Boca Raton, Florida, USA, 1979.
• 4. Davis J. L., Annan A. P.: Electromagnetic detection of soil moisture: progress report I. Canadian J. Remote Sensing, 3, 76 - 86, 1977.
• 5. Dirksen C., Dasberg S.: Improved calibration of time domain reflectometry soil water content measurements, Soil Sci. Soc. Am. J., 57, 660 - 667, 1993.
• 6. FAO-ISRIC, Guidelines for Soil Description. 3rd Ed., Rome, 1990.
• 7. FAO-UNESCO, Soil Map of the World 1 : 5 Million. Vol. I, Legend, Paris, 1974.
• 8. Halbertsma J., E. van den Elsen, Bohl H. Skierucha W.: Temperature effects on TDR determined soil water content In: Time-Domain Reflectometry, Applications in Soil Science (Eds L. W. Petersen, Jacobson O. H.). Symp. Proc., Danish Institute of Plant and Soil Science, Foulum, Denmark, SP report 11, vol. 3, 1995.
• 9. Hallikainen M. T., Ulaby F. T., Dobson M. C., El-Rayes M. A., Wu L. K.: Microwave dielectric behaviour of wet soil - Part I: Empirical models and experimental observations, IEEE Trans. Geosci., Remote Sensing, 23, 25 - 34, 1985.
• 10. Hasted J. B.: The Experimental Data for Liquid Water, in Aqueous Dielectrics. 32 - 64, Chapman and Hall, London, 1973.
• 11. Hoekstra P., Delaney A.: Dielectric properties of soils at UHF and microwave frequencies. J. Geophysical Res., 79, 1699 - 1708, 1974.
• 12. Ledieu, J., de Ridder P., de Clerck P., Dautrebande S.: A method of measuring soil moisture by time-domain reflectometry, J. Hydrol., 88, 319 - 328, 1986.
• 13. Lichtenecker K.: Die Dielektrizitätskonstante natürlicher und künstlicher Mischkörper. Physikalische Zeitschrift, 27, 115 - 158, 1926.
• 14. Lindley D. V.: Regression lines and the linear functional relationship. J. Royal Stat. Soc., Suppl., 9, 219 - 244, 1947.
• 15. Malicki M.A., Plagge R., Renger M., Walczak R. T.: Application of time-domain reflectometry (TDR) soil moisture miniprobe for the determination of unsaturated soil water characteristics from undisturbed soil cores. Irrig. Sci., 13, 65 - 72, 1992.
• 16. Pepin S., Livingston N. J., Hook W. R.: Temperature-dependent measurement errors in time domain reflectometry determinations of soil water. Soil Sci. Soc. Am. J., 59, 38 - 43, 1995.
• 17. Robinson R. A., Stokes R. H.: Properties of Ionizing Solvents. In: Electrolyte Solutions. 2nd ed., 1 - 23, Butterworths, London, 1968.
• 18. Roth K., Schulin R., Flühler H., Attinger W.: Calibration of time domain reflectometry for water content measurement using a composite dielectric approach. Water Resour. Res., 26, 2267 - 2273, 1990.
• 19. Sack H.: Über die Dielektrizitätskonstante von Elektrolytlösungen. Physikalische Zeitschrift, 27, 206 - 208, 1926.
• 20. Smith-Rose R. L.: Electrical measurements on soil with alternating currents. J. Inst. Elect. Engin., 75, 221 - 237, 1934.
• 21. Steru M.: Le contrôle électrique de l’humidité des matériaux. Mesures & Contrôle Industriel, 24, 33 - 38, 1959.
• 22. Topp G. C., Davis J. L., Annan A. P.: Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines, Water Resour. Res., 16, 574 - 582, 1980.
• 23. Whalley W. R.: Considerations on the use of time-do-main reflectometry (TDR) for measuring soil water content. J. Soil Sci., 44, 1 - 9, 1993.
• 24. White I., Zegelin S. J., Topp G. C., Fish A.: Effect of bulk electrical conductivity on TDR measurement of water content in porous media In: Time Domain Reflectometry in Environmental, Infrastructure, and Mining Applications. 294 - 308, United States Department of Interior, Bureau of Mines, special publication SP 19 - 94, 1994.