سنجش رطوبت خاک چیست و چرا باید رطوبت خاک را ارزیابی کنیم؟

سنجش رطوبت خاک با سنجش از دور :

رطوبت خاک یکی از عوامل مهم و تعیین کننده برای رشد گیاه، میزان تبخیر و تعرق و همچنین مدیریت آبی در مزرعه است.

به همین منظور سنجش آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

ما در این مقاله سعی کردیم تا روش هایی را به شما معرفی کنیم تا از راه دور و به شکل ساده بتوانید رطوبت خاک مزرعه و گیاهان خود را ارزیابی کنید.

رطوبت خاک چیست و چرا باید رطوبت خاک را ارزیابی کنیم؟

همانطور که می دانید آب می تواند نقش مهمی در توسعه و همچنین رشد گیاهان داشته باشد.

به همین منظور آبیاری و همچنین مدیریت آب گیاهان از اهمیت فراوانی برخودار است.

به علاوه به دلیل کم آبی وخشکسالی در برخی از مناطق، اهمیت آبیاری و آبیاری صحیح بیشتر از گذشته حس می شود.

اما خوب احتمالا از خودتان می پرسید که آبیاری چه ارتباطی با رطوبت خاک دارد؟

باید به شما بگوییم که رطوبت خاک در واقع میزان آبی است که در بین فضای ذرات خاک وجود دارد. معمولا رطوبت خاک به 2 بخش تقسیم بندی می شود.

1- رطوبت خاک سطحی 2- رطوبت خاک ریشه ای.

رطوبت خاک سطحی در واقع میزان آبی است که تا عمق 10 سانتی متری در خاک گیاهان موجود است.

رطوبت ریشه ای نیز در واقع آن میزان آبی است که تا عمق 2 متری و در کنار ریشه گیاه وجود دارد.

به همین منظور با استفاده از ارزیابی و سنجش این آب ها می توان به راحتی از میزان آب موجود در اختیار گیاهان مطلع شد و برای آبدهی مجدد آن ها برنامه ریزی کرد.

حال شاید شما به این موضوع فکر کنید که با آب دهی بیش از اندازه دیگر نیازی به اندازه گیری رطوبت خاک نیست؟

باید به شما بگوییم که این جمله کاملا غلط است چرا که آبیاری بیش از اندازه خاک را فقیر می کند و باعث می شود تا تمام مواد مغذی موجود در خاک از بین برود.

به همین منظور آب دهی بیش از اندازه می تواند اثرات جبران ناپذیری را برای مزرعه و زمین های کشاورزی شما داشته باشد.

با این کار در واقع شما باید زمان بیش تری را برای آبیاری گیاهان بگذارید و هم هزینه زیادی را برای کوددهی گیاهان انجام دهید.

اما سوال دیگری که ممکن است برای شما  ایجاد شود این است که رطوبت خاک را چگونه اندازه گیری می کنند؟

در جواب این سوال باید به شما بگوییم که روش های مختلفی برای سنجش رطوبت خاک وجود دارد.

در تمامی این روش ها سنسور هایی وجود دارد که با دریافت اطلاعات از خاک میزان رطوبت گیاه را به شما نشان می دهد، حتی برای استفاده از این دستگاه ها و سنسور ها نیازی به حضور فیزیکی شما در زمین نیست و شما می توانید تمامی اطلاعات را در کامپیوتر شخصی و همچنین تلفن همراه خود مشاهده کنید.

سنسور های رطوبت خاک به چند دسته تقسیم بندی می شوند؟ رطوبت خاک چگونه ارزیابی می شود؟

برای اندازه گیری رطوبت خاک می توانیم از 3 سنسور استفاده کنیم:

1- سنسور هایی که درون زمین قرار می گیرند و می توانند با دریافت اطلاعات، آن را به صورت از راه دور ( وایرلس ) برای کشاورز ارسال کنند.

2- سنسور هایی که در پهپاد و هواپیماهای کوچک مورد استفاده قرار می گیرند و با دریافت بازتابی از سطح زمین رطوبت خاک را محاسبه می کنند.

3- سنسور هایی که درون ماهواره‌ها قرار می گیرند و با استفاده از آن ها و همچنین با ترکیب داده های سلامت گیاهی که همان NDVI است می توانند رطوبت خاک را ارزیابی کنند.

مورد 2 و 3 که همان سنحش از طریق پهپاد و یا ماهواره ها است، بیش تر برای مزارع و زمین های کشاورزی بزرگ استفاده می شود. چرا که هم بسیار دقیق هستند و هم در مدت زمان بسیار کم می توانند حجم زیادی از داده ها را در اختیار ما بگذارند.

به طور مثال داده های ماهواره ای می توانند میزان تبخیر و تعرق گیاه، سلامت گیاه، وجود آفات و بیماری ها در گیاهان را به ما نشان دهند. اما احتمالا از خودتان می پرسید که مکانیسم اینگونه سنجش به چه صورت است؟

در واقع سنسور هایی که بر روی ماهواره ها و پهپاد ها مورد استفاده قرار می گیرد می توانند با کمک امواج نوری، حرارتی و همچنین ماکروویو سطح زمین را آنالیز کنند. امواج مرئی یا همان نوری در واقع همان بازتابندگی نور خورشید بر سطح زمین است.

به عبارت دیگر سنسور های نوری طول موج بازتاب شده از سطح زمین را سنجش می کنند و بر مبنای آن ما می توانیم به رطوبت خاک برسیم. به طور کل نور های مرئی بازتاب شده از سطح زمین در در محدوده 0.4 تا 2.5 میکرومتر اندازه گیری می شوند.

زمانی که این اعداد کاهش پیدا کنند به معنای آن است که رطوبت خاک افزایش یافته است. همچنین سنسور های حرارتی بر اساس میزان گرما و همچنین دمای زمین میزان رطوبت موجود در خاک را تشخیص می دهند.

این سنسور ها برای سنجش میزان تعرق و تبخیر آب در گیاهان نیز استفاده می شود. البته استفاده از این سنسور ها نه تنها در کشاورزی بلکه در مطالعات هواشناسی و اقلیمی نیزکاربردی است. حال شاید از خودتان بپرسید مکانیسم این سنسور ها به چه گونه است؟

این سنسور ها با اندازه گیری اشعه مادون قرمز که از سطح محیط ساطع می شود می توانند میزان حرارت را تشخیص دهند. در آخرین سنسور ها نیز که به آن ها سنسور های ماکروویو نیز گفته می شود با استفاده از سنجش طول موج مغناطیسی در محدوده 0.5 تا 100 سانتی متر میزان رطوبت خاک را ارزیابی می کنند.

چه ماهواره هایی می توانند برای سنجش از راه دور رطوبت خاک مورد استفاده قرار بگیرند؟

قبل از اینکه بخواهیم در مورد ماهواره هایی که در سنجش رطوبت خاک استفاده می شوند صحبت کنیم. بهتر است کمی از مکانیسم ماهواره ها بیش تر بدانید. امروزه تعداد زیادی از ماهواره ها به دور زمین می چرخند، اما تنها تعداد محدودی از ماهواره ها می توانند در آنالیز و ارزیابی گیاهان به ما کمک کنند. در واقع آن ماهواره هایی که در آنالیز زمین های کشاورزی کاربرد دارند، دارای سنجنده ها و سنسور های به خصوصی هستند که هر کدام از سنسور ها می توانند داده های منحصر به فردی را به ما بدهند.

از ماهواره هایی که در زمینه کشاورزی استفاده می شوند می توانیم به لندست 8، Sentinel-1، SMOS، Aqua،  MetOp و SMAP که ماهواره ارسالی ناسا است، اشاره کنیم. همچنین از سنجنده ها و سنسور هایی که بر این ماهواره ها سوار می شوند می توانیم به Modis، AMSR-E، ASCAT، MIRAS و … اشاره کنیم. حال قصد داریم تا کاربردی ترین نوع این ماهواره ها را بیش تر به شما معرفی کنیم.

ماهواره  SMOS :

شاید ماهواره های بسیاری امروزه برای سنجش از دور عملکرد مزرعه مورد استفاده قرار بگیرند. اما ماهواره هایی که اختصای در کشاورزی کاربرد داشته باشند محدود هستند.

یکی از مهم ترین ماهواره ها خصوصا در کشاورزی از راه دور SMOS است. اولین بار ماهواره SMOS برای سنجش میزان رطوبت خاک و همچنین میزان شوری اقیانوس ها در ماه نوامبر سال 2009 در مدار زمین قرار گرفت.

در واقع SMOS اختصار کلمه Soil moisture and ocean salinity mission است که به معنای ماموریت سنجش رطوبت خاک و شوری آب می باشد. این ماهواره در فاصله ای حدود 758 کیلومتر از سطح زمین قرار دارد و هر 3 روز یکبار با سرعت 35 کیلومتر از سطح زمین می گذرد.

همچنین اساس کار و سنجش این ماهواره امواج ماکروویو است. در واقع با این ماهواره با استفاده از سنجنده ای که بر روی آن قرار گرفته می تواند اطلاعات را از سطح زمین دریافت کند.

سنجنده این ماهواره MIRAS نام دارد. این سنجنده در واقع از طریق باند ریز موج L میزان حرارت را از سطح زمین تشخیص می دهد و بر مبنای آن اطلاعات مهمی را به زمین ارسال می کند. احتمالا برای شما این سوال مطرح شده که چگونه می توان اطلاعات این ماهواره را دریافت کرد؟

یا کشاورزان چگونه می توانند از این ماهواره استفاده کننده و میزان رطوبت خاک مزرعه خود را بسنجند؟ باید به شما بگوییم این ماهواره یک وب سایت در اختیار افراد قرار داده که تمامی داده ها درون آن وب سایت قرار می گیرد.

نام این وب سایت eoiam-idp.eo.esa.int است و در ابتدا شما برای دسترسی به اطلاعات باید در این وب سایت ثبت نام کنید. برای ثبت نام می توانید از لینک eoiam وارد شوید و ثبت نام کنید.

در ادامه شما در اولین صفحه باید بر روی گزینه Collection کلیک و در آنجا گزینه  SMOS L1 و SMOS L2 را انتخاب کنید.

در ادامه شما باید بر روی گزینه  Catalogue Search کلیک کنید و از روی نقشه کشور ایران را مشخص کنید.

 حال شما می توانید روز و ساعت دقیقی که قصد گرفتن اطلاعات آن را دارید را انتخاب کنید. شما می توانید هر تاریخی را انتخاب کنید و اطلاعات آن را دریافت کنید.

در مرحله آخر شما باید در قسمت Product Type گزینه MIR_SMUDP2 را انتخاب کنید تا ماهواره داده های مربوط به رطوبت خاک را به شما نمایش دهد. همچنین شما می توانی با استفاده از این وب سایت داده ها را دانلود کرده و در کامپیوتر خود زخیره کنید.

ماهواره SMAP :

یکی دیگر از ماهواره های کاربردی در زمینه کشاورزی، ماهواره SMAP است. نام  این ماهواره مخفف کلمه Soil Moisture Active-Passive به معنای وسیله ای برای سنجش رطوبت فعال و غیر فعال است.

به عبارت دیگر این ماهواره یک ماهواره اختصاصی برای سنجش میزان رطوبت خاک است. این ماهواره اولین بار در سال 2014 به مدار زمین ارسال شد و از آن زمان هر 2 الی 3 روز یکبار داده هایی با رزلوشن بالا به زمین ارسال می کند. اگر بخواهیم از مختصات این ماهواره به شما بگوییم.

در واقع این ماهواره در فاصله 690 کیلومتری از سطح زمین  قرار دارد. همانطور که گفتیم این ماهواره می تواند داده هایی با وضوح بسیار بالاتر از ماهواره SMOS تولید کند و این وضوح بالاتر به دلیل استفاده از 2 سنسور باند L درون این ماهواره است.

در واقع این ماهواره امواج ماکروویو با طول موج بسیار ضعیف را به سطح زمین ارسال می کنند و سپس بازتاب آن ها دریافت می کنند.

ارتباط رطوبت خاک با شاخص های گیاه :

همانطور که در ابتدای مقاله نیز ذکر کردیم، ما می توانیم علاوه بر ماهواره های اختصاصی برای ارزیابی رطوبت خاک از ماهواره های غیر اختصاصی نیز استفاده کنیم. این ماهواره ها که در بالا چند نمونه از آن ها را به شما معرفی کردیم با سنجش میزان پوشش گیاهی و همچنین سلامت گیاه، میزان رطوبت خاک را برای شما به نمایش در می آورد. در واقع در این روش شما با تلفیق شاخص های پوشش گیاهی و داده های حاصل از آن ها می توانید میزان رطوبت خاک مزرعه خود را مورد سنجش قرار دهید.

یکی از شاخص های مهم و اصلی پوشش گیاهی، شاخص  NDVI است.

در وقع این شاخص یک فرمول به خصوص دارد که از پرتو های فروسرخ و قرمز تشکیل شده است.

در حال حاضر برنامه هایی وجود دارند که با گرفتن اطلاعاتی نظیر میزان پرتو ها فروسرخ و قرمز می توانند NDVI  زمین کشاورزی را محاسبه و بر مبنای فرمول نقشه هایی را ایجاد کنند.

این نقشه ها اطلاعات مهمی را از سلامت گیاه تا میزان آفات و همچنین بیماری های گیاهی به ما می دهد. همچنین بر اساس داده های حاصل از این نقشه شما می توانید متوجه شوید که میزان رطوبت خاک در هر نقطه از زمین کشاورزی تا چه اندازه است و بر مبنای آن اقدام به آبیاری مزرعه خود کنید.

آیا ابزار و برنامه ای وجود دارد که با دریافت تمامی اطلاعات و داده های ماهواره ای بتواند میزان دقیق رطوبت خاک را برای ما آشکار کند؟

در جواب این سوال باید به شما بگوییم بله، امروزه برنامه و وب اپلیکیشن هایی وجود دارند که تمامی اطلاعات و داده ها را از شما دریافت می کنند و آنالیز داده ها را به شکل کاملا ساده و قابل فهم به شما نمایش می دهند.

به طور مثال ایپلیکیشن ارزیابی محصول یا Crop monitoring شرکت EOS می تواند چنین کاری را برای شما انجام دهد. در واقع این برنامه می تواند میزان رطوبت خاک را هم به صورت سطحی و هم به صورت ریشه ای به شما نشان دهد.

همچنین شما می توانید علاوه بر داده های ماهواره هایی، داده های سنسور های مختلف دیگری را نیز که در زمین کشاورزی خود استفاده کرده اید را به این برنامه وارد کنید.

در واقع این برنامه می تواند جایگزینی برای استخدام کارمندان ماهر باشد. چرا که امروزه افراد متخصص در زمینه کشاورزی کاهش پیدا کرده و استخدام چنین فردی خصوصا در ایران بسیار دشوار است.

نتیجه گیری :

اگر بخواهیم در آخر نتیجه و خلاصه ای از این مقاله به شما بگوییم. رطوبت خاک یکی از عوامل مهم در رشد گیاهان، محصولات و همچنین مدیریت آب است.

سنجش رطوبت از طریق میدانی و حضوری کاری بسیار دشوار و زمان بر است و هیچگاه نمی تواند دقت بسیار خوبی داشته باشد.

در مقابل شیوه سنجش از دور می تواند گزینه مناسبی برای سنجش رطوبت خاک باشد چرا که هم دقیق تر و هم زمان کمتری را از فرد کشاورز و صاحب مزرعه می گیرد.

به علاوه در روش های سنجش از دور، استفاده از ماهواره ها و داده های آن ها بیش از روش های دیگر اهمیت دارد و جزء ارزان ترین و سریعترین روش های دریافت داده ها محسوب می شود.

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.