تعیین اثر رطوبت و تخلخل خاک بر امواج فراصوت

خصوصیات فیزیکی خاک نقش مهمی در رشد گیاه و راندمان محصول دارد. اندازه گیری خصوصیات فیزیکی خاک برای مدیریت و بهره برداری صحیح از خاک و همچنین دستیابی به عملکرد مطلوب ضروری است. رطوبت و تخلخل خاک از مهمترین عوامل فیزیکی خاک در رشد گیاه هستند. خاک با رطوبت و تخلخل مناسب، شرایط بهتری را برای رشد گیاه فراهم می آورد. برای پیش بینی میزان رطوبت و تخلخل خاک، روش های متعددی ارایه شده که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. آزمون های غیر مخرب فراصوتی به دلیل نیاز به محیط ماده برای عبور امواج، از توانایی بالایی برای تخمین ویژگی های فیزیکی خاک برخوردار هستند. آزمون های فراصوتی در بسامدهای مختلف بطور متعدد در محصولات کشاورزی و بندرت در خاک استفاده شده است. در تحقیق حاضر ویژگی امواج عبوری از نمونه خاک به کمک دو تراگذر گیرنده و فرستنده در بسامدهای khz75 و khz125 در دو سطح ولتاژتحریک vp-p900 و vp-p1800 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تخمین رطوبت و تخلخل خاک، دو متغیر سرعت عبور موج و میزان تضعیف امواج فراصوت اندازه گیری شد. نمونه های خاک در سه سطح تخلخل 55%، 47% و 40% برای سه نوع خاک رسی، لوم رسی و لوم شنی در سطوح مختلف رطوبت تهیه شدند. رطوبت خاک بر اساس وزن خشک برای هر سه نوع خاک از بالای حدخمیری انتخاب شد و تا زمانی که تغییرات رطوبت وزنی در آون ثابت ماند، ادامه یافت. این تغییرات برای خاک رسی از 30% وزنی تا 12% وزنی، برای خاک لوم رسی از 5/24% وزنی تا 7% وزنی و برای خاک لوم شنی از 19% وزنی تا 6% وزنی بود. نمونه های استوانه ای خاک با قطر 69 و ضخامت 2 میلی متر تهیه شدند. استوانه خاک در یک دستگاه نگهدارنده ثابت نگه داده شد و دو طرف آن تراگذرهای گیرنده فرستنده قرار گرفتند. نمونه خاک به همراه تراگذر در آون در دمای 55 درجه سانتی گراد قرار داده شد و هر 15 دقیقه یکبار سرعت عبور موج و میزان تضعیف امواج فراصوت اندازه گیری و نمونه شاهد توزین گردید. برای بهتر مشخص شدن اثر بافت خاک، از نمونه هایی به ضخامت 40میلی متر و کاملاً خشک در سطح تخلخل 40% استفاده شد. نتایج تجزیه واریانس در قالب طرح کامل تصادفی، تفاوت معنی داری را بین بافت، تخلخل و رطوبت خاک برای هر دو متغیر سرعت و میزان تضعیف امواج فراصوت نشان داد. بسامد khz75 و khz125 نیز اثر معنی داری بر سرعت و میزان تضعیف امواج فراصوت داشت، اما سطوح مختلف ولتاژ فقط بر میزان تضعیف امواج تاثیر داشت. میزان تضعیف امواج در هر دو سطح بسامد و ولتاژ برای همه سطوح تخلخل و رطوبت خاک، با شنی تر شدن خاک افزایش یافت. همچنین میزان تضعیف با افزایش تخلخل خاک افزایش یافت. تغییرات میزان تضعیف موج با تغییرات رطوبت در تمام بافت های خاک و تخلخل، رابطه ی مستقیم داشت و با افزایش رطوبت افزایش یافت. همچنین در هر دو بسامد و هر دو سطح ولتاژ اعمالی، سرعت عبور موج برخلاف میزان تضعیف موج، با شنی تر شدن خاک کاهش یافت. رابطه عکس با تخلخل و رطوبت خاک داشت، به عبارت دیگر افزایش تخلخل و رطوبت خاک موجب کاهش سرعت عبور موج شد. امواج دریافتی در بسامد khz75 از یکنواختی و پایداری بهتری نسبت به بسامد khz125 برخوردار بود. میزان تضعیف امواج در بسامد khz75 کمتر بود. دامنه دریافتی در ولتاژ تحریک vp-p1800 بهتر از ولتاژ تحریک vp-p900 بود. ولتاژ تحریک بر میزان تضعیف دامنه موج فراصوت اثر داشت، اما بر سرعت موج فراصوت اثر چندانی نداشت. هر سه فاکتور بافت، تخلخل و رطوبت خاک اثر معنی داری بر میزان تضعیف و سرعت موج داشت، اما سرعت موج بهتر از میزان تضعیف تغییرات این سه فاکتور را نشان داد.