Umerjanje merilnika za zaznavanje nevtronov iz atmosfere za določanje količine vode v tleh

Srdoč, Špela (avtor), Cvejić, Rozalija (mentor)

V magistrski nalogi smo preizkusili merilnik vsebnosti vode v tleh, ki temelji na zaznavanju nevtronov (MVN). Rezultate vsebnosti vode v tleh, pridobljene s tovarniško umerjenim MVN (θMVN_T), smo primerjali z lokalno umerjenimi meritvami MVN (θMVN_L) in meritvami v frekvenčnem prostoru (FD) (θFD). Umeritev MVN statistično značilno izboljša oceno vode v tleh v primerjavi s tovarniško pretvorbo števila zaznanih nevtronov (t-test parov, p < 0,05). Po umeritvi so bile vrednosti θMVN_L tudi bližje meritvam θFD (enosmerna ANOVA z naključnim blokom, p < 0,05). Povprečna θMVN_T je bila za 9,98 vol. % nižja od θMVN_L in za 14,28 vol. % nižja od θFD, medtem ko je θMVL_L za 4,30 vol. % nižja od θFD. Poleg tega smo ugotovili, da metoda določanja žarilne izgube (LOI) s predhodno obdelavo vzorcev s HCl, ki odstrani karbonate, omogoča natančnejše in statistično značilno drugačne rezultate določanja močno vezane vode v tleh v (θMVV) primerjavi s standardnim postopkom brez predhodne obdelave (Wilcoxonov test, p = 0,00099; ANOVA, p = 0,00082). Regresijska analiza je pokazala, da globina pojasni 13,3 % variance (p = 0,0016), a se po vključitvi gostote tal v model ta poveča na 33,6 %, pri čemer postane gostota statistično značilen dejavnik (p = 0,024), globina pa izgubi značilnost (p = 0,454). Polmer horizontalnega dometa MVN (R0) je variiral med 295,2 m in 314,6 m, s povprečno vrednostjo 300 m. Učinkovita merilna globina (z) je variirala med 19,4 cm in 11,3 cm, s povprečno vrednostjo 13,9 cm. Z oddaljenostjo od MVN se je z statistično značilno zmanjševala (mešani linearni model, p < 0,05). MVN merilnik je primeren za spremljanje razvoja suše, medtem ko bi za njegovo uporabo pri vodenju namakanja bila potrebna dodatna preizkušanja. Odprta ostajajo tudi vprašanja trajnosti umeritve, življenjske dobe merilnika, vpliva vegetacije (faktorja rastline) v umeritvi in ekonomske vzdržnosti MVN v lastniško razdrobljenih kmetijski krajini, ali možnosti optimizacije merilne sheme z vključitvijo spremljanja vode v tleh na različnih prostorskih ravneh, kamor bi se lahko usmerile prihodnje raziskave.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: voda v tleh, zaznavanje nevtronov, umeritev
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: BF - Biotehniška fakulteta
• Leto izida: 2025
• PID: 20.500.12556/RUL-174076
• COBISS.SI-ID: 250800131
• Datum objave v RUL: 27.09.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Calibration of cosmic ray neutron sensors for measuring soil moisture

Izvleček

In the master thesis, we evaluated a cosmic-ray neutron sensor (CRNS) for measuring soil water content. The CRNS output was compared with gravimetric soil moisture determination and frequency domain (FD) point-sensors measurements. Calibration of the CRNS using spatially and depth-weighted gravimetric water content significantly improved the accuracy of soil moisture estimates compared to the factory-based neutron count conversion (paired t-test, p < 0.05). After calibration, CRNS values were also closer to point-soils moisture measurements (one-way ANOVA with random blocks, p < 0.05). On average, soil water content estimated by the factory calibration was 9.98 vol.% lower than the calibrated CRNS values and 14.28 vol.% lower than point-soils moisture values, while calibrated CRNS values were 4.30 vol.% lower than point-soils moisture values. Additionally, we found that the loss-on-ignition (LOI) method with prior HCl treatment, which removes carbonates, yielded more precise results for soil lattice water compared to the standard method without pretreatment (Wilcoxon test, p = 0.00099; ANOVA, p = 0.00082). Regression analysis showed that depth explained 13.3 % of the variance in lattice water content (p = 0.0016), but this increased to 33.6 % when soil bulk density was included as a predictor (p = 0.024), rendering depth statistically insignificant (p = 0.454). The CRNS horizontal radius (R) varied between 295,2 m and 314,6 m, with an average value of 300 m. The penetration depth of the CRNS significantly decreased with increased distance from the sensor (linear mixed model, p < 0.05). The CRNS is suitable for monitoring drought, whereas for irrigation management it would require further testing. Open questions persist regarding the long-term stability of calibration, sensor lifespan, the canopy factor, and the cost-benefit in fragmented agricultural landscapes, or the potential to optimize the measurement framework by integrating soil moisture monitoring across multiple spatial scales ‒ areas that future research could focus on.

• Ključne besede: soil water content, neutron detection, calibration