طراحی، ساخت و ارزایابی دستگاه اندازه گیری هدایت الکتریکی ظاهری خاک

به منظور تامین غذای جمعیت رو به افزایش جهان، همراه با حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی منابع آبی و خاکی، شیوه های نوین کشاورزی مانند کشاورزی پایدار باید مورد استفاده قرار گیرد. کشاورزی دقیق و یا به عبارت دیگر مدیریت ناحیه ای تولید از مهمترین ابزارها در تحقق کشاورزی پایدار است. برخلاف روش های مرسوم که در آن، اعمال نهاده ها براساس میانگینی از ویژگی های خاک در کل مزرعه، بصورت یکنواخت اعمال می شود؛ در مدیریت ناحیه ای تولید، اعمال نهاده ها در هر ناحیه از مزرعه براساس ویژگی های همان ناحیه انجام می گیرد. برای دستیابی به این نوع مدیریت، استفاده از حسگرهایی که بتوانند با سرعت، دقت و هزینه پایین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک را اندازه گیری کنند ضروری است. تاکنون حسگرهای متنوعی شامل حسگر های مکانیکی، صوتی، شیمیایی، مغناطیسی و الکتریکی برای تحقق مدیریت ناحیه ای تولید توسعه یافته اند. حسگرهای اندازه گیر هدایت الکتریکی ظاهری خاک (eca) به خاطر سرعت و دقت در اندازه گیری، هزینه پایین و همچنین همبستگی قوی با برخی ویژگی های خاک (مانند رطوبت، کاتیون های خاک و بافت) که بر عملکرد محصول اثرگذارند، امروزه مورد توجه قرار گرفته اند. حسگرهایی الکتریکی که eca خاک را اندازه گیری می کنند، براساس آرایش ونر طراحی می شوند. در آرایش ونر 4 الکترود به فواصل مساوی درون خاک قرار داده می شوند. از 2 الکترود بیرونی یک جریان الکتریکی به درون خاک ارسال می شود و اختلاف پتانسیل بین دو الکترود داخلی اندازه گیری می شود. نسبت بین اختلاف پتانسیل به جریان بیانگر مقاومت ظاهری خاک و یا هدایت الکتریکی ظاهری خاک است. در این تحقیق یک حسگر برای اندازه گیری هدایت الکتریکی ظاهری خاک لایه (0 تا 30 سانتی متر) طراحی و ساخته شد. حسگر از 4 الکترود مسی تشکیل شده که به ترتیبی خاص می توانند روی چهار ساقه صلب یک کولتیواتور مجهز به تیغه باریک نصب شوند. سامانه ساخته شده در شرایط آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. تاثیر تغییرات شوری، رطوبت و بافت خاک بر eca بررسی شد. آزمایش ها در صندوق خاک با جرم مخصوص ظاهری تر یکنواخت kg m-3 1354 انجام گرفت. تاثیر 4 نوع بافت (لوم رسی، شن لومی، لوم شنی و شنی)، 4 سطح شوری (2/3، 2/5، 2/7 وds m-1 2/9) و سطوح رطوبتی مختلف (از سطح 5/2% حجمی برای هر بافت آغاز و با گام های 5/2% تا رسیدن به گنجایش ظرفیت مزرعه برای هر بافت ادامه یافت) بر eca مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان داد که مقادیر هدایت الکتریکی ظاهری با افزایش رطوبت و افزایش سطح شوری با کاهش روبرو بود. همچنین در یک سطح رطوبت و شوری ثابت، با افزایش درصد رس مقادیر هدایت الکتریکی کاهش یافت. براساس نتایج رطوبت حجمی خاک و هدایت الکتریکی محلول اشباع خاک (ecce) در واقع عوامل اصلی تاثیرگذار بر eca می باشند. با توجه به وابستگی هدایت الکتریکی ظاهری به رطوبت و شوری خاک، برای تخمین شوری خاک با استفاده از این حسگر، باید اندازه گیری در یک رطوبت مشخص انجام گیرد. نتایج نشان داد که هرچه سطح رطوبت خاک بالاتر باشد، مقادیر هدایت الکتریکی ظاهری به نحو بهتری می تواند اختلاف در سطح شوری را نشان دهد. در صورت ثابت بودن شوری خاک، از حسگر می توان برای اندازه گیری رطوبت خاک نیز استفاده نمود.