طراحی و ساخت لایسیمتر کوچک وزنی هوشمند قابل حمل به منظور اندازه‌گیری دقیق نیاز آبی گیاه

نوع مقاله : یادداشت تحقیقاتی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد منابع آب و عضو انجمن پژوهشگران جوان، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 عضو هیات علمی

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

4 استاد گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

5 استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

با توجه به افزایش تبخیر-تعرق و کمبود منابع آب، برآورد دقیق نیاز آبی گیاهان ضرورت می‎یابد. پیشرفت‎های موجود و توسعه فناوری ساخت دستگاه‎های خودکار و هوشمند در زمینه کشاورزی، کمک بسیاری به بررسی این متغیر نموده است. در این پژوهش به طراحی، ساخت و واسنجی لایسیمتر کوچک وزنی هوشمند قابل حمل به عنوان ابزاری دقیق در برآورد پارامترهایی نظیر تبخیر-تعرق گیاه، ضرایب گیاهی و همچنین بررسی رفتار ترکیبات شیمیایی در آب و اعماق خاک  پرداخته شده است. این مطالعه در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر کرمان طی سال‌های 1395 و 1396 به انجام رسیده است. به منظور طراحی میکرولایسیمتر مورد نظر، ابتدا سیلندر داخلی آن با ابعادی به قطر و ارتفاع 30×27 سانتی‎متر از جنس استیل ضد زنگ و جدار خارجی به قطر 40 سانتی‎متر انتخاب گردید. با توجه به این موضوع که میکرولایسیمتر ساخته شده از نوع وزنی الکترونیکی می‎باشد لذا از یک لودسل تک نقطه از جنس آلومینیوم، با نرخ بارگذاری 60 کیلوگرم برای سیستم توزین استفاده گردید. به منظور برداشت داده‎های هواشناسی نظیر بارش، دمای هوا، رطوبت نسبی، فشار هوا، تعداد ساعات آفتابی و شدت تابش، از یک ایستگاه هواشناسی خودکار در مجاورت میکرولایسیمتر و جهت تأمین آب مورد نیاز گیاه، یک سیستم آبیاری خودکار نیز طراحی گردید که قادر است در فواصل زمانی معین، آب گیاه را با توجه به مقادیر ثبت شده توسط سنسور رطوبت موجود در خاک تأمین نماید. مقدار آب مازاد خروجی نیز به واسطه پیمانه‎های خودکار طراحی شده مستقر در زیر سیلندر میکرولایسیمتر به دست می‎آید. اندازه‎گیری رطوبت و دمای خاک در عمق موردنظر و توسط دو سنسور رطوبت‎سنج و دماسنج خاک انجام می‎پذیرد. کلیه‎ی سنسورها مورد واسنجی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که ضریب تبیین بین مقادیر مشخص و وزن میکرولایسیمتر برابر با 9998/0 می‎باشد. در مرحله‎ی آخر میکرولایسیمتر آماده نصب و کشت، در محیط مزرعه گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and construction of a portable smart weighing lysimeter for accurate measurement of crop water requirement

نویسندگان [English]

  • Farnoosh Farzaneh Zardoshti 1
  • Bahram Bakhtiari 2
  • Koroush Qaderi 3
  • Mohammad Javad Khanjani 4
  • Mohammad Banayan 5
1 M.Sc. student in Water Resources Engineering and member of young researcher society, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 associate professor, Water Engineering Department, College of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
4 Professor, Civil engineering department, college of Technical and engineering , Shahid Bahonar University of Kerman
5 professor, Department of Agronomy, College of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Due to increasing evapotranspiration and water resources scarcity, accurate estimation of crop water requirement is quite necessary. The existing improvements and the development of smart and automated devices in the field of agriculture have made lots of progress in agricultural required plant-environment measurements. In this study, design, construction and calibration of a portable small weighing smart lysimeter has been introduced. This device is capable of direct measurement for determination of crop evapotranspiration, crop coefficient and also to find the behavior of chemical compounds at desired soil depth and water. This study was conducted in an experimental farm located in Shahid Bahonar University of Kerman during years 2016-2017. In order to design the device the inner tank dimension was considered as 27 cm in diameter and 30 cm in height with stainless steel cover and outer cylinder with 40 cm diameter. Because of this weighing system, an aluminum alloy single point load cell has been used where it has 60 kg rated capacity. An automatic weather station installed near small lysimeter and recorded weather data such as rainfall, temperature, relative humidity, air pressure, sunshine hours and intensity of radiation. On the other hand for supplying crop water use, an automatic irrigation system with known time distances was installed near lysimeter’s setup. An automatic drainage sensor at the bottom of lysimeter’s cylinder determines excess water amount. Measuring soil moisture and soil temperature at desired depth are possible by their sensors. Load cell calibration was done by applied known weights to the small lysimeter. Then correlation diagram between known weights and lysimeter weight changes resulted in R2=0.9998. Other sensors also were calibrated. Finally, lysimeter gets ready for cultivation surrounding a farm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Small lysimeter
  • evapotranspiration
  • Actual water requirement
  • Automatic weather station

مراجع

Abedi-Koupai, J., Eslamian, S. S. and Zareian, M. J. (2011). Measurement and modeling of water requirement and   crop coefficient for cucumber, tomato and pepper using microlysimeter in greenhouse. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture Soilless Culture Research Center, 2(7), 51-63. (In Farsi).
Black T. A. Thurtell G. W. and Tanner C. B. (1968). Hydraulic Load Cell Construction, Calibration and Tests, Soil Science Society of America, Proceedings Journal, 32:623-629.
Barani G. A. and Khanjani, M. J. (2002). A large electronic weighing lysimeter system: Design and installation, Journal of the American Water Resources Association, 38(4): 1053–1060.
Graf A. Kuttler W. and Werner J. (2004). Dewfall measurements on Lanzarote, CanaryIslands, Meteorologische Zeitschrift, 13(5): 405–412.
Heusinkveld B. G. Berkowicz S. M. Jacobs A. F. G. Holtslag A. A. M. and Hillen W. C. A. M. (2006). An automated microlysimeter to study dew formation and evaporation in arid and semiarid regions, Journal of Hydrometeorology, 7(4): 825–832.
Jacobs A. F. G. Heusinkveld B. G. and Berkowicz S. M. (1999). Dew deposition and drying in a desert system: a simple simulation model, Journal of Arid Environments, 42(3): 211–222.
Kohnke H. Dreirelbis F. R. and Davidson J. M. (1940). A survey and discussion of lysimeters and a bibliography on their construction and performance (Misc. pub. 372.), United States Department of Agriculture (USDA).
Kaseke K. F. Mills A. J. Brown R. Esler K. J. Henschel J. R. and Seely M. K. (2012). A method for direct assessment of the non-rainfall atmospheric water cycle: input and evaporation from the soil, Journal of pure and applied geophysics, 169(5–6): 847–857.
Maurice. (1796). Bibliographie universelle de genève sciences et arts. V. 1. No date. [Original not seen.]
Pan Y. X. Wang X. P. and Zhang Y. F. (2010). Dew formation characteristics in arevegetation-stabilized desert ecosystem in Shapotou area, Northern China, Journal of Hydrology, 387(3–4): 265–272.
Seelhorst C. Von. (1906). Mitteilungen vom landwirtschaftlichen versuchfelde der universität göttingen.II. Über den wasserverbrauch von roggen, gerste, weizen und kartoffeln. I. Mitteilung. J., f. Landw. 54: 316-342, illus.
Sohrabi, T., Ebrahimi, A., Rahimi, H. and Khlili, A. (2005). Design, construction and installation of weighing lysimeters for determining consumptive use of agricultural crops. Journal of Agricultural Science and Natural Resources, 12(2), 33-43. (In Farsi)
Uclés O. Villagarcía L. Cantón Y. and Domingo F. (2013). Microlysimeter station for long term non-rainfall water input and evaporation studies, Agricultural and Forest Meteorology Journal, 182–183(0): 13-20.
van Bavel, C.H.M and L.E. Myers, (1962). An automatic weighing lysimeter, Agricultural Engineering, 43(10)580-588.
Way J. T. (1850). On the power of soils to absorb manure, The Royal Agricultural Society of England Journal, 11: 313-379.
Wollny E. (1881). Hydrometeore. beobachtungen über die einsickerung und verdampfung des bodenwassers sollen in das system der agrarmeteorologie einbezogen werden; dabei sind jedoch lysimeter keineswegs in anwendung zu bringen. Wollny's Forsch. Agr.-Phys. 4: 292-294, 297, 299-301.
 
 
 
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 49، شماره 3
مرداد و شهریور
مرداد و شهریور 1397
صفحه 695-704

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار