طراحي و ساخت لايسيمتر كوچك وزني هوشمند قابل حمل به منظور اندازه‌گيري دقيق نياز آبي گياه

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

با توجه به افزايش تبخير-تعرق و كمبود منابع آب، برآورد دقيق نياز آبي گياهان ضرورت مييابد. پيشرفتهاي موجود و توسعه فناوري ساخت دستگاههاي خودكار و هوشمند در زمينه كشاورزي، كمك بسياري به بررسي اين متغير نموده است. در اين پژوهش به طراحي، ساخت و واسنجي لايسيمتر كوچك وزني هوشمند قابل حمل به عنوان ابزاري دقيق در برآورد پارامترهايي نظير تبخير-تعرق گياه، ضرايب گياهي و همچنين بررسي رفتار تركيبات شيميايي در آب و اعماق خاك پرداخته شده است. اين مطالعه در مزرعه تحقيقاتي دانشگاه شهيد باهنر كرمان طي سال‌هاي 1395 و 1396 به انجام رسيده است. به منظور طراحي ميكرو لايسيمتر مورد نظر، ابتدا سيلندر داخلي آن با ابعادي به قطر و ارتفاع 30×27 سانتيمتر از جنس استيل ضد زنگ و جدار خارجي به قطر 40 سانتيمتر انتخاب گرديد. با توجه به اين موضوع كه ميكرو لايسيمتر ساخته شده از نوع وزني الكترونيكي ميباشد لذا از يك لودسل تك نقطه از جنس آلومينيوم، با نرخ بارگذاري 60 كيلوگرم براي سيستم توزين استفاده گرديد. به منظور برداشت داده هاي هواشناسي نظير بارش، دماي هوا، رطوبت نسبي، فشار هوا، تعداد ساعات آفتابي و شدت تابش، از يك ايستگاه هواشناسي خودكار در مجاورت ميكرولايسيمتر و جهت تأمين آب مورد نياز گياه، يك سيستم آبياري خودكار نيز طراحي گرديد كه قادر است در فواصل زماني معين، آب گياه را با توجه به مقادير ثبت شده توسط سنسور رطوبت موجود در خاك تأمين نمايد. مقدار آب مازاد خروجي نيز به واسطه پيمانه هاي خودكار طراحي شده مستقر در زير سيلندر ميكرولايسيمتر به دست ميآيد. اندازهگيري رطوبت و دماي خاك در عمق موردنظر و توسط دو سنسور رطوبت سنج و دماسنج خاك انجام ميپذيرد. كليه ي سنسورها مورد واسنجي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه ضريب تبيين بين مقادير مشخص و وزن ميكرولايسيمتر برابر با 9998/0 ميباشد. در مرحلهي آخر ميكرولايسيمتر آماده نصب و كشت، در محيط مزرعه گرديد.

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.