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METER 토양수분센서 보정 방법
METER 그룹의 토양수분센서는 높은 정확도와 시스템 구축의 편리함 덕분에 이미 글로벌 표준으로 인정받고 있습니다. 기본적으로 제조사에서 제공하는 보정식(Factory Calibration)만으로도 꽤 우수한 수준의 측정값을 보여주지만, 센서가 설치되는 환경은 저마다 다릅니다. 올바른 설치 방법과 '토양 종류별 맞춤형 보정'을 한 단계 더 거친다면, METER 토양수분센서의 잠재된 성능을 200%까지 끌어올려 극대화된 정밀도를 경험하실 수 있습니다.
특히 최근에는 TEROS 12를 활용해 현장 모니터링 사이트를 구축하는 케이스가 많습니다. 이에 발맞춰 오늘은 METER에서 적극 권장하는 '토양별 맞춤형 보정 방법'을 자세히 소개해 드리고, 이 보정 방법을 이용해 보정식을 개발한 연구까지 살펴보겠습니다.
토양수분센서 보정에 필요한 준비물 삽, 토양 보관 통, 보정용 요기, METER 센서, 데이터 수집 장치, 저울, 건조 오븐, 건조 챔버 토양 샘플 채취 정확한 보정 데이터를 얻기 위해서는 현장에서 토양 샘플을 올바르게 채취하는 것이 가장 중요합니다.
- 토양의 구조가 흐트러지지 않은 상태로 코어 샘플 채취 - 즉시 뚜껑을 닫아 밀폐 - 토양 샘플의 정확한 부피 확인 - 토양 코어를 건조 오븐에 넣어 완전히 건조 - 토양의 실제 용적밀도 계산 토양 전처리 채취한 토양을 보정 실험에 적합한 상태로 만들기 위한 준비 과정으로, 정확한 센서 측정을 방해하는 요소를 제거해줍니다. - 채취한 흙을 넓고 얇게 펴 바른 뒤, 바람을 통하게 해주어 건조시킵니다. - 큰 돌이나 이물질은 데이터의 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 흙 덩어리를 잘게 부순 후 2~5 mm 크기의 체로 걸러내어 균일한 상태로 만드는 것을 권장합니다.
>>동영상 : METER 토양 수분 센서 교정 방법<< 제조사 제공 파일(매뉴얼)
METER 토양수분센서 보정 가이드
가장 먼저, Tare Mass를 측정합니다. 그리고 아래 파일을 다운로드하고 Container Weight(g)을 기재합니다.
실제 측정할 지역과 깊이에서 대표성 있는 토양을 채취합니다. 보정 용기를 가득 채우고 실험을 진행해야 하므로 약 4리터 정도의 토양이 필요합니다. 그리고 현장 토양이 가지고 있는 진짜 밀도를 알아내기 위해서 토양 코어도 채취합니다.
토양 코어는 건조 후 무게를 측정해 용적밀도를 계산하는 공식에 대입합니다.
흙을 얇게 펴 건조시키고 돌과 이물질은 제거하고 흙을 부순 뒤, 2mm 체에 걸러냅니다.
현장 용적밀도에 맞춰 흙을 여러 층으로 나누어 용기에 채워줍니다.
공기로 건조시킨 흙 5~10 g 소량을 빼서 건조 챔버에서 굽기 전과 후 무게를 비교합니다. 유기물 토양은 60~70도 사이에서 48시간 이상 길게 건조해야 수분만 안전하게 날아갑니다.
센서를 삽입하기 전, 토양이 담긴 전체 보정 용기의 무게를 측정합니다.
미사질 양토나 점토의 경우 물이 들어가면 부피가 변하기 때문에 용기의 상단 선에서부터 토양 표면 베이스까지의 높이를 측정합니다. 용기의 치수까지 정확히 알고 있다면, 용적수분함량 계산 시 부피 변화에 대한 보정을 수행하는 것이 가능합니다.
현장에서 사용할 센서와 데이터수집 장치를 연결하고 토양 용기에 센서를 완전히 삽입해줍니다. 센서 위로 약 1cm의 토양이 덮이도록 해줍니다. * 각 센서별로 사용 가능한 데이터수집 장치가 다르니 반드시 확인하고 진행해주세요.
가지고 있는 센서가 가진 영향 범위의 부피에 해당하는 전체 반경이 토양으로 둘러싸여 있어야 합니다. TEROS 12의 경우, 1010 ml에 해당합니다.
보정이 적용되지 않은 상태의 Raw data를 확인합니다. 한두번 반복 측정해보는 것이 좋습니다.
토양 부피 100 ml당 약 10 ml의 물을 추가해 고르게 적셔줍니다. 이렇게 하면 용적수분함량이 대략 10% 증가합니다.
토양을 다져 넣고, 센서를 삽입하고, 측정값을 취하고, 무게를 재고, 기록하는 단계를 반복합니다. 그런 다음 다시 용적수분함량을 10% 증가시킵니다. 토양이 포화 상태에 가까워질 때까지 이 단계들을 반복합니다. 일반적으로 4~6개 사이의 데이터 점을 만듭니다.
수분 함량이 바뀔 때마다 보정 용기의 동일한 높이 레벨까지 토양 샘플을 다져 넣음으로써, 보정 프로세스 전반에 걸쳐 샘플의 용적밀도를 일정하게 유지합니다.
METER에서 제공하는 엑셀시트를 이용하면 표에 데이터를 입력하면 자동화된 템플릿에 의해 아래 그래프와 최종 보정 공식이 도출됩니다. * TERO2 54 프로브의 센서들을 교정하려면, TEROS 54를 최소 20 cm 깊이의 토양에 설치합니다. 교정에는 가장 아래쪽에 있는 센서(60 cm 깊이)의 측정값만 사용해야 합니다.
METER 토양수분센서 보정으로 얻는 효과
연구에 따르면 METER의 ECH2O 라인의 센서를 토양별 보정을 수행하고 난 후의 결과값이 TDR 방식의 센서의 결과값과 거의 일치하는 것을 확인했다고 합니다. 큰 사이트에서 토양수분을 모니터링하려면 많은 토양수분센서가 필요하지만, 정해진 예산 안에서 이를 구현해내는 것은 쉽지 않습니다. METER 그룹 토양수분센서는 토양별 센서 보정을 거쳐 아주 높은 정밀도, 정확도를 보여줄 뿐더러 센서간의 일치성이 뛰어나 단 하나의 센서만 보정하면 됩니다. 위 표준 보정 가이드가 실제 연구 현장에서는 어떻게 활용되고 있을까요? 유기물 함량이 높아 까다롭기로 유명한 제주도 화산회토양에서의 실제 적용 사례를 소개합니다.
FDR 토양수분센서을 이용한 보정식 개발 연구
유기물 함량이 높은 제주 토양에서 TEROS 12를 이용해 맞춤형 보정식을 개발한 연구입니다. 이 연구에서는 토양별로 센서의 raw 값과 실제 용적수분함량간 선형 회귀분석을 통해 도출한 토양별 보정식과 현장 적용의 편의를 위해 토양 유기물 함량 자료, andic 분류 자료를 이용한 실용적 보정식을 도출한 뒤, 비교 평가했습니다. 자세한 내용은 C&H 블로그에서 확인하실 수 있습니다.
위와 같이 TEROS 12와 ProCheck를 이용해 보정을 수행한 내용이 자세히 나와있습니다. 위 연구에서는 이렇게 도출한 토양별 보정식을 SSCE(soil-specific calibration equation)로 표현하고 있습니다.
그래프 중 (a), (b)는 수분구간별로 제조사 보정식의 편향 분포를 유기물함량 수준 및 andic 토양 유형별(SOM)로 비교한 그래프입니다. 고수분구간(0.38~0.42)에서 전반적으로 음의 편향, 저수분구간(0.18~0.22)에서 양의 편향이 나타나고 있습니다. 또한 동일 수분구간에서도 유기물 수준(SOM), andic 유형에 따라 분포의 폭과 중앙값이 다르게 나타났습니다. 반면 SSCE(토양별 보정) 그래프 (c), (d)는 모든 수분구간에서 편향을 0에 가깝게 감소시킨 것을 확인할 수 있습니다.
다양한 토양 유형에서 각 보정식의 RMSE과 제조사 보정식 대비 오차 개선율을 정리한 표입니다. 토양별 보정식은 모든 유형의 토양에서 가장 낮은 RMSE를 보여 가장 정확한 보정방법임을 확인했습니다. 개선율 역시 약 70%정도로 높게 나타났습니다. 위 연구에서는 이에 한 단계 더 나아가 적용성이 뛰어난 범용 보정식을 개발해 주목을 받고 있습니다.
METER 토양수분센서의 정확도 향상을 위한 보정을 진행하시면서 어려움을 겪고 계시다면 씨앤에치아이앤씨의 토양 분야 전문가들과 METER 그룹의 연구원 및 보정 서비스 팀에게 도움을 받으실 수 있습니다.
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METER 토양수분센서 보정 방법
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