از مشخصات مطلوب روش های اندازه گیری رطوبت خاک، دقت، صحت، سرعت، سهولت و توانایی سنجش در عمق آن می باشد. به منظور مقایسه روش های انعکاس سنجی زمانی و ظرفیت سنجی با روش پراکندگی نوترون در اندازه گیری رطوبت خاک، آزمایش مزرعه ای در قالب طرح بلوک کامل تصادفی، به صورت کرت دو بار خرد شده، در سه تکرار (مجموعا دوازده کرت)، در مزرعه تحقیقاتی مرکز آزمایشگاه های آژانس بین المللی انرژی اتمی در سایبرزدورف اتریش بر روی گیاه گوجه فرنگی به اجرا درآمد. دستگاه های اندازه گیری رطوبت خاک شامل نوترون سنج، انعکاس سنج زمانی و ظرفیت سنج های Diviner2000 و EnviroScan به عنوان عامل اصلی، سیستم های مختلف آبیاری شامل آبیاری شیاری و قطره ای (عامل فرعی اول) و اعماق مختلف خاک شامل 0 تا 20، 20 تا 40 و 40 تا 60 سانتی متر (عامل فرعی دوم) بودند. نتایج نشان داد که رطوبت اندازه گیری شده با نوترون سنج و انعکاس سنج زمانی در دو تیمار آبیاری شیاری و قطره ای یکسان است. این در حالی است که اختلاف معنی داری در میزان رطوبت اندازه گیری شده با دستگاه های Diviner2000 و EnviroScan ملاحظه شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که نوترون سنج یک وسیله قابل قبول و مورد اعتماد با فن آوری جدید، و دقت 2± میلی متر در 450 میلی متر آب خاک تا عمق 1.5 متری و روش پراکندگی نوترون، کاربردی ترین روش برای اندازه گیری پروفیل رطوبتی خاک و برنامه ریزی آبیاری می باشد. انعکاس سنج زمانی در اغلب خاک های معدنی بدون نیاز به کالیبراسیون با دقت ±0.01 m3m-3 عملکرد خوبی داشته و هم زمان رطوبت و هدایت الکتریکی خاک را اندازه گیری می کند. در شرایط بالا، دستگاه های Diviner2000 و EnviroScan چندان مناسب نبودند که این امر می تواند به دلایلی مانند مقادیر اندازه گیری بیش تر رطوبت خاک، خطای بالای اندازه گیری این دو دستگاه و هم چنین حساسیت آن ها به درز و شکاف خاک و تغییرات کم رطوبت خاک در مقایسه با دو دستگاه نوترون سنج و انعکاس سنج زمانی باشد.

اندازه گیری مقدار دقیق رطوبت حجمی خاک در علوم کشاورزی، هیدرولوژی و خاک شناسی بسیار حایز اهمیت است. لذا استفاده از روشی که بتوان رطوبت خاک را در شرایط طبیعی و بدون دست خوردگی با سرعت و دقت بالا به دست آورد، بسیار با اهمیت و کاربردی می باشد. در سالهای اخیر استفاده از دستگاه انعکاس سنج زمانی(TDR)2  که می تواند رطوبت و شوری خاک را در مدت کوتاهی اندازه گیری نماید متداول شده است. در این مطالعه تاثیر میزان رس و مقدار شوری خاک بر ضریب دی الکتریک 3(یا رطوبت حجمی خاک) اندازه گیری شده با TDR در خاک های شور و غیر شور مورد بررسی قرار گرفت. نمونه برداری از پنج نوع خاک در دو عمق سطحی (30-0) و عمقی (60-30) انجام شد. هر نمونه بافت خاک بسته به میزان رس آن در 15 تا 20 ستون ریخته شد و هربار به بعضی ستونها آب خالص به میزان 0.025 متر مکعب بر مترمکعب و به بعضی از انها 0.03 متر مکعب بر متر مکعب آب با شوری های مختلف 0.41)-0.81 -1.53 -2.6 -3.49 -4.71  دسی زیمنس بر متر) اضافه شد تا نزدیک به حالت اشباع رسیدند. سپس چگالی ظاهری آنها به چگالی مشابه در شرایط مزرعه رسانده شد، بعد از 48-24 ساعت ضریب دی الکتریک به وسیله TDR سیستم TRACE اندازه گیری شد. خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مینرالوژیکی خاک ها نیز اندازه گیری شد. نتایج نشان داد با افزایش مقدار شوری خاک، ضریب دی الکتریک خاک نیز زیادتر شده در نتیجه مقدار رطوبت خاک اندازه گیری شده با TDR بیش از مقدار واقعی نشان داده می شود. مقدار آب پیوندی باعث کاهش مقدار ضریب دی الکتریک می شود، که نتیجه این عمل پایین نشان دادن مقدار رطوبت حجمی در خاک با بافت های سنگین شد و این کاهش مقدار ضریب دی الکتریک در اثر تغییر قطبیت ملکول های آب اتفاق می افتد. برای خاک های مورد مطالعه یک نقطه برگشت به دست آمد، که در این نقطه اثر آب پیوندی و شوری در ضریب دی-الکتریک یکسان است. نتایج نشان داد که فقط در این نقطه معادله خطی مقدار دقیق رطوبت را نشان می دهد، در زیر این نقطه اثر آب پیوندی باعث تخمین زیادتر مقدار رطوبت و بالای این نقطه باعث تخمین کمتر مقدار رطوبت در خاک میشود. مقدار نقطه برگشت با افزایش مقدار شوری کاهش پیدا می کند. به طور کلی نتایج نشان می دهد برای اندازه گیری میزان رطوبت حجمی خاک با TDR بهتر است نوع شوری و نوع مینرالوژی در معادله واسنجی قرار داده شود زیرا این پارامتر ها می توانند خطای زیادی در اندازه گیری میزان رطوبت حجمی خاک داشته باشند.

اندازه گیری مقدار رطوبت خاک به روش های مختلف صورت می گیرد که می توان به روش هایی مانند روش های وزنی و ‏حجمی، اشعه گاما، ‏و ‏ انعکاس سنجی زمانی اشاره نمود. روش های مستقیم زمان بر بوده و دست خوردگی ‏نمونه خاک را به همراه داشته و برخی روش های غیرمستقیم دارای ‏خطرات ‏تشعشع مواد رادیواکتیو است. از بین این روش ها، روش[1]‏TDR‏ که جزو ‏روش های انعکاس سنجی زمانی می­باشد روشی سریع و بی خطر است و به همین ‏دلیل ‏مورد توجه قرار گرفته و در ‏خاک های با شرایط عادی نتایج قابل قبولی می دهد؛ اما، برای خاک های شور این روش قادر به اندازه گیری مقدار رطوبت خاک نیست. هدف این پژوهش ساخت حسگرهایی بوده که دستگاه TDR با استفاده از آن ها قادر به اندازه گیری مقدار رطوبت در خاک های ریزبافت شور باشد. با ‏ساخت این حسگرها می توان ‏ رطوبت خاک های شور را با دستگاه TDR ‏اندازه گیری نمود و در صورت مشاهده خطا ‏می توان با ارائه مدل های واسنجی مناسب مقدار واقعی رطوبت خاک را به دست آورد‎. ‎برای این منظور یک خاک ریزبافت ‏ از ایستگاه تحقیقات تِکمه داش تهیه گردیده و با افزودن مقادیر متفاوتی از نمک به آن، نمونه خاک هایی با مقادیر رسانایی الکتریکی 20، 35 و 50 دسی زیمنس بر متر با تراکم طبیعی آماده شد. پس از تعیین نوع روکش مناسب برای پوشش دار نمودن میله حسگر رطوبتی که ماده پلیمری است، با آزمون و خطا، طول روکش مورد استفاده در میله وسطی حسگر رطوبتی برای خاک مذکور با شوری های یادشده در یک رطوبت مشخص تعیین گردید، که برابر طول میله حسگر رطوبتی بود. سپس حسگر های پوشش دار شده برای اندازه گیری دیگر رطوبت های خاک آزمایش شد و مدل های واسنجی مناسب به­دست آمد. با وارد کردن مقدار رطوبت حجمی اندازه گیری شده به روش TDR در مدل ها می توان مقدار رطوبت خاک های ریزبافت شور را با دقت خوبی برآورد کرد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

با توجه به افزایش استفاده از زایتونیک به عنوان یک اصلاح کننده خاک، در این پژوهش به واسنجی دستگاه TDR جهت بهبود دقت اندازه گیری رطوبت خاک در شرایط استفاده از زایتونیک همراه با بافت خاک بر اساس روش وزنی (روش مستقیم) پرداخته شد. این تحقیق در شرایط گلخانه ای در سه نوع خاک (رس سیلتی، لوم رسی و لوم شنی) و در 2 سطح زایتونیک (صفر و یک کیلوگرم در مترمربع) و در سه تکرار انجام شد. بر اساس نمودار همسانی (1:1) ترسیم شده برای نتایج روش TDR و روش حجمی، بیشترین و کمترین همسانی بین دو روش به ترتیب در تیمارهای لوم رسی + زایتونیک (با ضریب تبیین 98/0) و رس سیلتی + تیمار شاهد (با ضریب تبیین 87/0) مشاهده شد. نتایج نشان داد که دستگاه TDR در اندازه گیری رطوبت در بافت لوم رسی دقت بالایی دارد. نتایج آنالیز رگرسیون بین مقادیر اندازه گیری شده با روش TDR (ϴTDR) و روش حجمی (ϴv) نشان دهنده همبستگی بالا بین مقادیر رطوبت در دو روش در تیمارهای رس سیلتی + زایتونیک (R2=0.92)، لوم رسی + زایتونیک (R2=0.98) و لوم شنی + زایتونیک (R2=0.96) است. نتایج نشان داد که افزایش زایتونیک منجر به افزایش دقت دستگاه در بافت موردبررسی شده است. بنابراین، نتایج این پژوهش ضرورت استفاده از خصوصیات خاک برای اندازه گیری محتوای آب خاک در شرایط مختلف توسط TDR را تأیید می کند و همچنین نشان می دهد که با استفاده از روش هایی می توان از این دستگاه برای اندازه گیری رطوبت در خاک های با رس بالا استفاده کرد.

دستگاه TDR به ابزاری موثر و با ارزش در علوم خاک برای اندازه گیری رطوبت و هدایت الکتریکی توده خاک (ECa) تبدیل گردیده است.لیکن واسنجی آن بخصوص برای اندازه گیری غلظت املاح در مقیاس بزرگ و شرایط مزرعه چندان ساده نیست. معمولا برای اندازه گیری غلظت املاح توسط TDR چند سری واسنجی نیاز است تا بتوان ابتدا مقاومت ظاهری را به ECa و سپس هدایت الکتریکی توده خاک را به هدایت الکتریکی آب خاک (ECw) مرتبط نمود. در این تحقیق نحوه واسنجی پروب های TDR برای اندازه گیری غلظت املاح در لایسیمترهای بزرگ حاوی دو نمونه خاک لومی و لوم ماسه ای دست نخورده بررسی و پدیده خاصی تحت عنوان پدیده پس ماند املاح که ممکن است هنگام واسنجی پروب های TDR برای اندازه گیری غلظت املاح اتفاق افتد، معرفی گردیده است. لایسیمترها دارای حجم تقریبی 0.5 متر مکعب و به وسایل اندازه گیری مختلف نظیر TDR برای اندازه گیری رطوبت و هدایت الکتریکی خاک، حسگرهای اندازه گیری درجه حرارت، محفظه های مکش برای تهیه نمونه آب خاک، باران سنج برای اندازه گیری شدت جریان خروجی و EC متر برای تعیین EC آب خروجی از لایسیمترها، مجهز گردیدند. پس از آبشویی لایسیمترها، دو سری آزمایش برای واسنجی پروب ها انجام شد. ابتدا پروب ها خارج از خاک در شش سری محلول KCl در بازه صفر تا dS/m 5 واسنجی گردیدند. در این واسنجی ثابت پروب ها (Kp) و مقاومت کابل و اتصالات (Zcable) تعیین شدند. سپس، با انجام یک واسنجی دیگر در خاک، بین مقادیر ECa اندازه گیری شده بوسیله TDR و مقادیر ECw که بوسیله محفظه های مکش نمونه برداری شده بودند، ارتباط برقرار گردید. بدین منظور، یک آزمایش انتقال املاح در شرایط غیر اشباع ولی تقریبا پایدار رطوبتی بر روی هر یک از لایسیمترها اجراء گردید. مقادیر ثابت پروب ها (Kp) و مقاومت کابل و اتصالات مربوطه (Zcable) از یک پروب تا پروب دیگر متفاوت بود. مقادیر Kp بین 1.009 تا 1.211 با ضریب تغییرات 25.2 درصد و مقادیر Zcable بین 0.009 تا 1.122 با ضریب تغییرات 61.7 درصد تغییر نمودند. هنگام ترسیم رابطه بین ECa و ECw رفتار خاصی شبیه پدیده پس ماند رطوبتی بین مقادیر اندازه گیری شده بوسیله TDR و محفظه های مکش مشاهده گردید. این پدیده به وضوح در هر دو خاک مورد مطالعه و در همه پروب ها مشاهده گردید. در این مقاله، دلایل این پدیده بحث و راه حل واسنجی پروب ها در چنین شرایطی ارائه گردیده است.

در سال های اخیر انعکاس سنج زمانی (TDR) به طور قابل توجهی برای اندازه گیری مقدار رطوبت مورد استفاده قرار گرفته است. میزان و نوع رس در خاک های سنگین بافت باعث تغییر در میزان ضریب دی الکتریک در خاک می شود که این تغییر باعث خطا در برآورد مقدار رطوبت خاک می گردد. اگرچه مطالعات زیادی تاثیر مقدار رس را بر ضریب دی الکتریک بررسی کرده اند اما تاثیر نوع رس بر ضریب دی-الکتریک خاک کمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه تاثیر مقدار رس و نوع رس (مینرالوژی) بر میزان ضریب دی الکتریک خاک های سنگین بافت بود. در این راستا خاک هایی با بافت های مختلف چون رسی، لوم رسی، لوم، رس سیلتی، رس شنی نمونه برداری گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که، افزایش مقدار رس به دلیل تاثیر آب پیوندی و کاهش زمان تاخیر باعث کمتر برآورد کردن مقدار ضریب دی الکتریک خاک و مقدار رطوبت حجمی آن می شود. خاک های با رس اسمکتایت بیش از دیگر کانی ها بر میزان ضریب دی الکتریک موثر بوده و باعث افزایش زیادی در ضریب دی الکتریک گشتند. همچنین نتایج نشان داد مدلی که چهار فاز (جامد، هوا، آب آزاد و آب پیوندی) را در بر می گیرد، در خاک های غیر شور نتایج قابل قبولی برای اندازه گیری مقدار رطوبت حجمی نشان می دهد. در خاک های شور این مدل نمیتواند مقدار دقیق رطوبت خاک را تعیین کند. به عبارت دیگر نوع رس و شوری می تواند تاثیر زیادی بر میزان ضریب دی الکتریک و در نهایت مقدار رطوبت خاک داشته باشد.

انعکاس سنج زمانی4 به طور گسترده در خاک برای اندازه گیری میزان ضریب دی الکتریک(Ka)  و شوری کل خاک (σa) استفاده می شود. از اندازه گیری شوری کل و ضریب دی الکتریک برای اندازه گیری شوری محلول خاک(σp) استفاده می گردد. هیل هورست (4) تئوری مدل رابطه خطی بین شوری کل خاک و ضریب دی الکتریک را در خاک مرطوب ارایه نمود. همچنین از این رابطه خطی برای به دست آوردن شوری محلول در خاک هایی با بافت های مختلف بدون استفاده از کآلیبراسیون مخصوص برای هر خاک استفاده کرد. هدف از این مطالعه ارزیابی مدل خطی فوق با داده های به دست امده از TDR می باشد. مطالعات قبلی در این زمینه عمدتا در بافت های سبک انجام شده و در این مطالعه از بافت های رسی، لومی رسی، لومی، سیلتی رسی، لوم رس شنی استفاده شده است. نتایج نشان داد که این مدل خطی برای بافت های سبک نتایج بهتری نسبت به بافت های متوسط تا سنگین می دهد و دلیل ان، کاهش r2 به علت کاهش ضریب دی الکتریک در آب موجود در خاک هایی با بافت سنگین می باشد در صورتی که در مدل خطی این ضریب دی الکتریک ثابت و برابر با80 (در دمای 20 درجه سانتی گراد) در نظر گرفته شده است.

پالس های خیلی کوتاه یک فناوری امیدبخش برای انتقال فوق سریع اطلاعات است که با افزایش تقاضا برای تبادل اطلاعات از طریق سیستم های ارتباطی نوری مورد توجه قرار گرفته است. ما یک مرور کلی از پیشرفت های نظری عددی در یک مدلسازی عددی معادله های ماکسول برای شناسایی پخش پالس های لیزری کوتاه در ساختارهای فوتونی تهیه کردیم. فرایند پخش پالس نور کوتاه در میان ساختارهای فوتونی دوره ای دوبعدی و شبه دوره ای براساس محاسبات Finite-Difference Time-Domain از معادلات ماکسول شبیه سازی شده است.

این پژوهش در زیر حوزه غربی شهرک بهزیستی در استان گلستان به منظور ایجاد مدل های رگرسیون رطوبت خاک صورت گرفته است. در این پژوهش رطوبت با استفاده از دستگاه انعکاس سنج زمانی (TDR) در 18 نقطه و 6 روز متوالی بعد از بارندگی قابل توجه در اعماق مختلف خاک اندازه گیری شد. سپس مدل رقومی ارتفاع منطقه از تصاویر اول تراکم تهیه شده در سال 1393 در پیکسل هایی به ابعاد 1×1 متر تهیه گردید و از روی آن ویژگی های پستی و بلندی محاسبه شد. در نهایت مدل های رگرسیون بین این ویژگی ها و رطوبت خاک تهیه شد. نتایج نشان می دهد از خصوصیات پستی و بلندی مهم که با رطوبت خاک ارتباط بیشتری داشته و در مدل رگرسیونی وارد شده اند، می توان به انحنای افقی، جهت شیب، شاخص خیسی اشاره کرد. این نتایج موید این است که انحراف جریان مواد، مقدار آب موجود در خاک و جهت شیب، رطوبت خاک را کنترل کرده است. نتایج نشان می دهد مدل های به دست آمده در مقیاس حوزه آبخیز از حداقل 44 تا حداکثر 60 درصد از کل تغییرات رطوبت خاک را پیش بینی می کند.