خاک به عنوان یک مخزن عمل می‌کند تا آب را بین دوره های آبیاری در دسترس گیاهان قرار دهد. هدف استفاده از سنسور رطوبت خاک برای مدیریت آبیاری این است که شما درک بهتری از سرعت تخلیه آب در مناطق مختلف مزرعه‌تان داشته باشید، تا بتوانید بهتر زمان بندی آبیاری‌های خود را انجام دهید و اثربخشی هر آبیاری را به درستی ارزیابی کنید. معمولا رطوبت خاک به دو روش مستقیم و غیر مستقیم اندازه گیری می شوند. که ما در مقاله روش های اندازه گیری رطوبت خاک توضیح داده ایم. در روش مستقیم محتوای حجمی آب و در روش غیر مستقیم پتانسیل ماتریک خاک اندازه گیری می شود.
پتانسیل ماتریک خاک
پتانسیل ماتریک خاک به زبان ساده، میزان نیروی نگهدارنده آب در خاک است. و معیاری واقع بینانه برای اندازه گیری در دسترس بودن آب در خاک برای گیاهان است. و به ما نشان می دهد که نیروی خاک برای نگهداری آب در کنار ریشه چه مقدار است. این نیرو با واحد کیلو پاسکال kp یا سانتی بار cb سنجیده می شود. ریشه گیاه برای اینکه بتواند آب را از خاک جذب کند باید بر این نیرو غلبه کند. این نیرو توسط تانسیومتر اندازه گیری می شود. و نشان می دهد که گیاهان باید چه مقدار انرژی برای استخراج مولکول های آب از ذرات خاک اعمال کنند.
اندازه گیری پتانسیل ماتریک آب خاک
تانسیومتر تنها ابزار اندازه‌گیری مستقیم است که پتانسیل ماتریک آب خاک را اندازه می‌گیرد در مقایسه با سنسورهای دیگر که به‌صورت غیرمستقیم یک ویژگی الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند. تانسیومترها به عنوان یک ریشه مصنوعی عمل می‌کند و از طریق سر سرامیکی با خاک تعامل می‌کنند. هنگامی که خاک خشک می‌شود، سعی می‌کند آب را از داخل ابزار از طریق سر تانسیومتر خارج کند، تا یک تنش قابل اندازه‌گیری ایجاد شود. این تنش با استفاده از یک اندازه‌گیر مکانیکی یا یک ترانسدیوسر متصل به آن خوانده می‌شود. هرچند این روش مستقیم‌ترین و دقیق‌ترین روش ممکن است، اما به طور دوره‌ای نیاز به نگهداری دارد.
دیتالاگر رطوبت خاک ویرا سنسور، از سنسور WATERMARK که از سال 1978 تولید شده است برای اندازه گیری پتانسیل ماتریک استفاده می کند. این سنسور یک ماتریس دانه ای که در یک غلاف فلزی ضد زنگ قرار گرفته ساخته شده است. و به صورت الکتریکی پتانسیل ماتریک را اندازه می گیرد. منبع تغذیه این دیتالاگر باتری است و اطلاعات اندازه گیری شده را به صورت بی سیم انتقال می دهد. سنسور WATERMARk بدون نیاز به نگهداری و طول عمر مفید 5 سال، به صورت دایمی در خاک باقی می ماند.
تفسیر داده های پتانسیل ماتریک اب خاک
رنج اندازه گیری تانسیومتر Irrometer یا سنسور WATERMARK بین 0 تا 200 کیلو پاسکال است. جدول زیر یک دستور العمل کلی برای تفسیر قرائت سنسور می باشد.
جدول بالا یک دستورالعمل کلی برای تفسیر و درک اطلاعات سنسور می باشد. برای آبیاری دقیقتر چند مفهوم اساسی را تعریف می کنیم تا به کمک این موارد زمان آبیاری را با توجه به نوع خاک و نوع گیاه دقیقتر بتوانیم مدیریت کنیم.
اشباع خاک
اشباع خاک زمانی اتفاق می‌افتد که همهٔ فضای بین ذرات خاک با آب پر می‌شود و دیگر هوایی در آن باقی نمی‌ماند. وقتی خاک به حد اشباع می‌رسد، دیگر قابلیت نگهداری آب را ندارد.
ظرفیت زراعی FC
مقدار آب باقیمانده در خاک پس از تخلیه آب اضافه تحت نیروی ثقل را ظرفیت زراعی خاک Field Capacity می گویند. پس از آبیاری خاک در سیستم های آبیاری کرتی و یا نواری، رطوبت خاک تا حد اشباع افزایش پیدا می کند و کاملا فضاهای خالی بین ذرات خاک از آب پر می شوند و پتانسیل ماتریک خاک صفر می شود. اشباع خاک به دلیل پر شدن منافذ خاک از آب و فقدان هوا، برای رشد گیاه مناسب نمی باشد. با توجه به نوع خاک معمولا پس از 24 تا 48 ساعت پس اشباع، آب موجود در خاک تحت تاثیر نیروی ثقلی از خاک تخلیه می شود.
نقطه پژمردگی دائمی (pwp)
نقطه پژمردگی دائمی Permanent Wilting Point نقطه ای است که آب در دسترس گیاه نباشد و در آن گیاه توانایی جذب آب از دست می دهد. در این نقطه، اگر آب اضافی به خاک نرسد بیشتر گیاهان از بین می روند. میزان رطوبت در نقطه پژمردگی دائمی با توجه به نوع بافت خاک متفاوت است. نقطه پژمردگی دائمی بر خلاف رطوبت زارعی، به گیاه وابسته است.
ظرفیت نگهداری آب در دسترس (AWC)
ظرفیت نگهداری آب Available water holding capacity حداکثر مقدار آبی است که خاک می تواند ذخیره کند تا توسط گیاهان استخراج شود. این آبی است که بین ظرفیت مزرعه و نقطه پژمردگی دائمی نگهداری می شود.
تفاوت نوع خاک
ظرفیت نگهداری آب در بافت های متفاوت خاک با هم برابر نیستند. به عنوان مثال، خاک های درشت، مانند ماسه ها و لوم شنی، در مقایسه با خاک های با بافت ریزتر مانند رس، دارای منافذ نسبتاً بزرگ تری هستند. خاکهای ریز مانند خاک رس یا لوم رسی دارای ذرات معدنی کوچک و منافذ بسیار ریز هستند. داشتن تعداد بیشتری از منافذ کوچک به این معناست که یک خاک با بافت ریز می‌تواند مقدار بیشتری از آب را نسبت به یک خاک درشت بافت نگه دارد.
حد تخلیه مجاز Maximum Allowable Depletion
درصد آب موجود که می تواند قبل از آبیاری تخلیه شود. و گیاه برای جذب آب دچار تنش نشود را حد مجاز تخلیه آب می نامند. بعد از این نقطه گیاه برای جذب آب دچار تنش خواهد شد. و برای جلوگیری از تنش گیاه، مزرعه باید آبیاری شود. هرچه گیاه حساس تر باشد این مقدار کمتر است. این درصد تخلیه مجاز با توجه به نوع گیاه، دوره رشد گیاه و محدودیت های آبیاری تعیین می شود. جدول زیر حدود توصیه شده را برای تعدادی از محصولات نشان می دهد. این توصیه ها نتیجه چندین پروژه تحقیقاتی در آمریکا می باشد.
| گیاه | مرحله رشد | حداکثر تخلیه مجاز (%) MAD |
| ذرت | جوانه زنی – 12 برگ برگ دهی- گرده افشانی گرده افشانی- دانه بلوغ |
60-70 40-50 50 60-70 |
| سیب زمینی | جوانه زنی برگ دهی- گرده افشانی گلدهی بلوغ |
40-60 30-40 30-40 40-65 |
| سویا | جوانه – شروع گل شروع گل- تشکیل غلاف تشکیل غلاف- کامل شدن غلاف بلوغ |
65-70 60-65 50 50-70 |
| لوبیا خوراکی | جوانه زدن تشکیل برگ مرحله گلدهی تا کامل شدن غلاف بلوغ |
60-70 60 50 50-70 |
مدیریت زمان آبیاری
برای داشتن بهترین عملکرد، رطوبت خاک را باید بین ظرفیت زراعی و ماکزیمم حد مجاز تخلیه آب قرار بدهیم. برای این منظور هنگامی که پتانسیل ماتریک خاک به آستانه MAD رسید باید آبیاری را شروع کنیم و در محدوده ظرفیت زراعی FC آبیاری را متوقف کنیم. در بالا متوجه شدید که ظرفیت نگهداری آب با توجه به بافت خاک، متفاوت است. ما با یک مثال مقدار FC و MAD یک مزرعه با بافت خاک لوم و محصول ذرت را محاسبه می کنیم. فرض می کنیم ذرت در مرحله تشکیل دانه است. نقطه FC برابر با 10% تخلیه آب اشباع است و با توجه به جدول بالا برای تعیین MAD باید تخلیه مجاز آب را 50% در نظر بگریم. که در نمودار زیر برای خاک لوم، مقدار FC= 23 و مقدار MAD= 84 است. پس ما باید سعی کنیم رطوبت خاک مزرعه را در بین این دو محدوده نگه داریم.
اپلیکیشن موبایل
اپلیکیشن ویرا سنسور، یک برنامه موبایل برای مدیریت و نظارت حسگرهای ویرا است. اگر دیتالاگر رطوبت خاک ویرا را در مزرعه برای اندازه گیری رطوبت نصب کنید. این اپلیکیشن به شما این امکان را می‌دهد که به صورت آنلاین و از هر مکانی، به داده‌های سنسورهای خود دسترسی داشته باشید. و زمان مناسب آبیاری با توجه به بافت خاک، نوع گیاه و مرحله رشد گیاه را به شما اعلام می کند. برای این منظور شما باید در تنظیمات سنسور بافت خاک، عمق محل نصب سنسور و میزان حد مجاز تخلیه آب MAD را وارد کنید. به این صورت در نمودار زمان مناسب آبیاری با توجه به اطلاعات وارد شده به شما اعلام می گردد.
تعداد سنسور مورد نیاز و عمق قرارگیری سنسور
عمق ریشه گیاهان تعیین می کند که چه میزان آب در دسترس گیاه است. یک محصول با ریشه کوتاه نسبت به یک محصول با ریشه عمیق تر دسترسی کمتری به آب دارد. برای تخمین اینکه چه مقدار آب در دسترس گیاه است باید نسبت به توزیع ریشه گیاه در خاک و عمق ریشه آگاهی داشته باشیم. بیشتر حجم ریشه گیاه در قسمت بالایی ناحیه ریشه قرار دارد. تصویر زیر الگوی معمول توزیع ریشه گیاه را در خاک نشان می دهد.
جدول زیر تعداد سنسور مورد نیاز برای هر گیاه و عمق قرار گیری آن برای خاک های عمیق با زهکشی خوب آورده شده است. این جدول توسط دانشگاه مینه سوتا پیشنهاد شده است.
محاسبه میانگین وزنی پتانسیل ماتریک خاک
با توجه به جدول زیر، برای محصول گندم پیشنهاد شده است که دو عدد سنسور در 45 و 90 سانتی متری قرار داده شود. فرض کنید بعد از یک آبیاری سنگین، مقدار پتانسیل ماتریک هر دو عمق به 0 رسیده است. ما میدانیم که رطوبت عمق های پاینتر نسبت به عمق بالاتر زودتر کاهش پیدا می کند. و درصد بیشتر ریشه گیاه هم در عمق بالاتر است. بنابراین ما برای آبیاری مزرعه باید میانگین وزنی هر دو سنسور را محاسبه کنیم و با توجه به این مقدار میانگین وزنی سنسور ما تصمیم به آبیاری می گیریم.
شرکت ویرا سنسور، علاوه بر دیتالاگر تک کاناله، دیتالاگر 2 و 3 کاناله نیز تولید کرده است. که با توجه به نیاز مشتری می توان هر یک از این سنسورها را استفاده کرد. در اپلیکیشن ویرا، با انتخاب کانال دیتالاگر و عمق نصب هر سنسور، پتانسیل ماتریک هر سنسور و میانگین وزنی هر کدام را می توانید ببینید و بهترین تصمیم را برای آبیاری مزرعه خود انجام بدهید.
