طراحی، ساخت و ارزیابی حسگرهای اندازه گیر مقاومت مکانیکی و رطوبت خاک به صورت بلادرنگ

یکی از دلایل عمده تغییر پذیری مکانی عملکرد محصول در نواحی مختلف یک مزرعه، تغییرات خواص فیزیکی و شیمیایی خال از ناحیه ای به ناحیه دیگر می باشد. تراکم یا مقاومت خاک عامل تاثیر گذار بر رشد گیاه و عملکرد محصولات کشاورزی شناخته شده است. در کشاورزی دقیق با اندازه گیری پیوسته تغییرات مکانی مقاومت خاک می توان نقشه تغییر پذیری مکانی تراکم یا مقاومت خاک در مزرعه را تهیه نمود. برای تعیین درجه تراکم خاک می توان مقاومت مکانیکی خاک را اندازه گیری نمود. یکی از روش های اندازه گیری مقاومت مکانیکی خاک، استفاده از فروسنج مخروطی، و تعیین شاخص با عنوان شاخص مخروطی می باشد. تهیه نقشه تغییر پذیری مقاومت خاک با استفاده از فروسنج مخروطی، یک روش ایستگاهی، ناپیوسته، زمان بر و کارگربر است. برای رفع این مشکل و به دست آوردن اطلاعات پیوسته از تغییر پذیری مقاومت مکانیکی خاک در مزرعه، در این تحقیق حسگری طراحی و ساخته شد که قادر به اندازه گیری مقاومت مکانیکی خاک به طور پیوسته در جهت افقی می باشد. با تعین رابطه ای بین مقاومت افقی و شاخص مخروطی خال، می توان مقاومت مکانیکی عمودی خاک را تخمین زد. حسگر، مجهز به منشوری با زاویه 30 درجه و سطح مقطع 324 میلی متر مربع است و می تواند به صورت افقی در خاک حرکت کند. نیروی وارد به نوک منشور توسط میله رابط به یک لودسل s- شکل که در پشت منشور و در داخل محفظه بسته ای قرار گرفته، منتقل مر شود. نرخ تغییرات نیروی وارد به لودسل با سرعت 10 نمونه بر ثانیه در یک ثبت کننده اطلاعات ثبت می شود. از طرف دیگر، مقاومت مکانیکی با محتوای رطوبتی خاک رابطه معکوس دارد. برای اندازه گیری محتوای رطوبتی خاک به طور هم زمان، یک حسگر رطوبت خازن مبناء طراحی و ساخته شد. با استفاده از این دو حسگر می توان نقشه تغییر پذیری مکان رطوبت و مقاومت مکانیکی خاک مزرعه را تهیه نمود. حسگرها در مزرعه ای با بافت لوم رسی سیلتی در سعه عمق 20، 25، 30 سانتی متر ارزیابی شدند. مقادیر شاخص مخروطی و محتوای رطوبتی خاک به روش وزنی از همان مزرعه، تعیین گردید. نتایج نشان داد که مقادیر مقاومت مکانیکی افقی خاک، اندازه گیری شده توسط حسگر علاوه بر درجه تراکم خاک به نوع گسیختگی که حسگر در خاک اعمال می کند بستگی دارد. میانگین مقاومت خاک در دو عمق 20 و 25 سانتی متری خاک به علت تشابه در نوع گسیختگی اعمال شده در خاک، مشابه بود. ولی در عمق 30 سانتی متری به علت تغییر نوع گسیختگی از ترد به فشاری، میانگین مقاومت افقی خاک نسبت به دو عمق دیگر 3 برابر بود همبستگی معنی داری (r2=0/75) بین مقادیر شاخص مقاومت افقی و شاخص مخروطی در عمق 30 سانتی متر وجود داشت، ولر رابطه معنی داری بین این مقادیر در عمق 20 سانتی متری مشاهده نشد. اگر چه بین مقادیر اندازه گیری شده توسط حسگر رطوبت و روش زنی به علت تاثیر درجه حرارت بر ظرفیت خازن‍ی خاک تفاوت وجود داشت، ولی همبستگی معنی داری (r2=0/70) بین مقادیر اندازه گیری شده با این دو روش مشاهده شد.