Marek Malicki
 Przegląd metod pomiaru wilgotności gleb i ocena ich przydatności w badaniach polowych
Metody pomiaru uwilgotnienia gleb
Bezpośrednie Pośrednie
niszczÄ…ce
nieniszczÄ…ce
niszczÄ…ce
Bloków kapilarno-
Bloków kapilarno- tensjometryczna
porowatych
porowatych
grawimetryczne
termometryczna
suszarkowa piknometryczna
Elektrometryczne
edometryczna
ekspresowa
imersyjna Konduktome
- tryczna
prasowania
termometryczna Elektrometryczne
konduktometryczna
dielektryczna
ekstrakcyjne
Pomiary uwilgotnienia - metoda suszarkowa
Ze względu na swoją precyzyjność metodę suszarkową generalnie stosuje
siÄ™ jako wzorcowÄ… w stosunku do innych metod. Metoda ta opiera siÄ™ na
oznaczeniu zawartości wody w próbkach gleby przez wysuszenie ich w
temperaturze 105 st C, w czasie nie krótszym niż pięć godzin, w praktyce
 w ciÄ…gu jednego dnia.
Metoda suszarkowa nie jest przydatna do pomiarów ciągłych czy
masowych ze względu na dużą pracochłonność czynności polowych,
jak i laboratoryjnych. Potrzeba wydobywania próbek glebowych z coraz
to innego miejsca może doprowadzić nawet do zróżnicowania
wilgotności gleby w wyniku nierównomiernego krążenia wody poprzez
niszczenie naturalnego układu profilu glebowego.
Odmiany metody suszarkowej tj.: ekspresowa i termostatowa,
różnią się między sobą sposobem oraz czasem suszenia próbki.
Pomiary uwilgotnienia - wykorzystanie właściwości
dielektrycznych gleby
Najczęściej wykorzystywana jest metoda TDR ( Time Domain
Reflektometry)- oparta na dielektrycznym pomiarze wilgotności z
zastosowaniem reflektometrii domenowo- czasowej
TDR
Metoda ta polega na pomiarze prędkości rozchodzenia się fali
elektromagnetycznej o częstotliwości wyższej niż 50 Mhz (w
zależności od różnych rozwiązań aparatury) w badanym ośrodku.
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od stałej
dielektrycznej danego ośrodka. Natomiast wartość stałej
dielektrycznej zależy od struktury molekularnej rozpatrywanego
ośrodka.
Dla powietrza równa się 1 , dla wody 81, a dla fazy stałej gleby od 3
do 8. Woda posiada największą wartość stałej dielektrycznej dlatego
jej ilość ma kluczowy wpływ na wartość uwilgotnienia. Zależność
między prędkością rozchodzenia się fali elektromagnetycznej oraz
stałą dielektryczną pokazuje wzór:
v = C /" K a
v - prędkość fali elektromagnetycznej ( m s -1)
C - prÄ™dkość Å›wiatÅ‚a w próżni ( 3· 108 m s -1)
K a  stała dielektryczna danego ośrodka (-)
TDR
Do gleby wprowadzana jest sonda zbudowana z dwóch równoległych nie izolowanych
elektrod. Elektrody to pręty o długości 5 - 10 cm. Czujnik przesyłowy (linia transmisyjna)
scalony jest z jednostką pomiarową za pośrednictwem kabla współosiowego.
Generator wytwarza impulsy fali elektromagnetycznej. W wyniku różnicy pomiędzy
wartościami stałych dielektrycznych oraz kabla mocującego w fali elektromagnetycznej
wzrasta napięcie. Dalej fala przemieszcza się wzdłuż zrównoważonej pary przewodów do
momentu wejścia w glebę (punkt C). W tym miejscu zachodzi odbicie części sygnału w
kierunku generatora. Część fali która nie została odbita przesuwa się w głąb gleby wzdłuż
stalowych prętów. Po dojściu przez falę do końca elektrod (punkt D) , fala odbija się i
następnie powraca do generatora. Wartość osłabienia odbitej fali zależy głównie od
zawartości wody w badanej glebie.
Przebieg fali
elektromagnetycznej
w czasie
Woda, a stała dielektryczna
Przenikalność dielektryczna wody ma największe wartości spośród
innych składników gleby. Przyczyną tak wysokiej przenikalności jest
dipolowa budowa czÄ…steczek wody.
Przenikalność dielektryczna jest miarą zachowania się cząstek materii
po przyłożeniu zewnętrznego, zmiennego pola elektrycznego. W
czÄ…steczkach wody Å‚adunki rozmieszczajÄ… siÄ™ niesymetrycznie
dlatego pole elektryczne ma na nie duży wpływ .
Niesymetryczność jest przyczyną przesuwania dipolu elektrycznego.
Dipol elektryczny tworzą dodatnie i ujemne centra ładunków.
Wartość trwaÅ‚ego dipolu równa siÄ™ 6,216 ·10 -30 C· m .
Dipole czÄ…steczek wody poruszajÄ… siÄ™ w przypadkowych kierunkach.
Kiedy przemienne pole elektryczne przyłożymy do cząsteczek
dokonują one obrotu w taki sposób aby ich dipole elektryczne miały
zgodny kierunek. Proces ten przyczynia siÄ™ do gromadzenia energii.
Kiedy przyłożone pole elektryczne zniknie ,zgromadzona energia
ulega wyzwoleniu.
TDR - zastosowanie
TechnikÄ™ reflektometrycznÄ… obecnie stosujÄ™ siÄ™ do pomiaru
wilgotności i zasolenia gleb oraz innych materiałów
porowatych w rolnictwie, przechowalnictwie, przemyśle
spożywczym, budowlanym i transporcie.
Technika ta staje się coraz bardziej popularna ze względu
na minimalizację wpływu przyrządu pomiarowego na
badany obiekt jak również ze względu na możliwość
przeprowadzenia automatycznego ciągłego pomiaru.
Metoda tensjometryczna
Metoda tensjometryczna opiera się na relacji między wilgotnością gleby
i jej siłą (ciśnieniem) ssącą, powiązaną z potencjałem wody
glebowej. Potencjał wody glebowej inaczej siła wiązania wody w
glebie jest miarÄ… energii kinetycznej wody w glebie.
Oddziaływanie sił na granicy faz oraz wzajemny wpływ cząstek wody
na siebie sprawiają, że z chwilą pojawienia się wody w układzie
porowatym, jakim jest gleba, ujawnia się pewna ilość tzw. wolnej
energii.
Zawartość wolnej energii " F jest sumą poszczególnych rodzajów
energii:
" F = " F el + " F osm + " F kap + " F graw
" F el  siły elektryczne,
" F osm  siły osmotyczne,
" F kap  siły kapilarne,
" F graw  siły grawitacyjne.
Metoda tensjometryczna  idea
Pomiary potencjału wody glebowej, uzyskiwane dzięki tensjometrom,
informują o relacjach energetycznych które występują pomiędzy
środowiskiem glebowym a rośliną.
Określają one wielkość pracy, jaką wykonuje roślina żeby pobrać z
gleby potrzebną ilość wody.
Od ciśnienia ssącego gleby zależy działanie tensjometrów. Ciśnienie to
ulega zmianie wraz z zawartością wody, wielkością cząstek gleby
oraz jej zbitością.
Podstawowy tensjometr składa się z mikroporowatego sączka
ceramicznego, którego ścianki mają kilkumilimetrową grubość.
Ścianki sączka wypełnionego wodą są przepuszczalne dla wody a
zarazem nie przepuszczalne dla powietrza, pod warunkiem, że
podciśnienie wewnątrz sączka nie jest większe od 0,8-0,9
atmosfery.
Gdy podciśnienie osiąga większe wartości tensjometr zapowietrza się a
następnie przestaje działać.
Metoda tensjometryczna
po jest ciśnieniem odniesienia,
ciśnienie hydrostatyczne w
ramieniu otwartym tensjometru jest
równe zero (występuje jedynie
ciśnienie atmosferyczne).
zastępujemy zlewkę wypełnioną
wodÄ…, na zlewkÄ™ z glebÄ…, odczyt
manometru obniży się. Odczyt przy
nowym stanie wynosi p, więc
ciśnienie ssące wody glebowej
możemy wyrazić:
hs = -(p0  p) [cm, hPa, Bar]
Sm
hs =
Á Å" g