كارايي حسگرهاي نوري اندازه‌گيري رطوبت خاك در شرايط شوري آب آبياري

Performance of Optical Sensors for Soil Water Content Measurement under Salinity of Irrigation Water Conditions

هدف اين پژوهش ارزيابي حسگرهاي نوري اندازه‌گيري رطوبت خاك تحت شرايط مختلف از نظر شوري آب آبياري است. اين حسگرها بر اساس تكنيك‌ سنجش از نزديك (از نوع فعال) بوده كه بازتاب‌هاي ساطع‌شده توسط اجسام را در يك محدوده طول موج مشخص (300 تا 1100 نانومتر) اندازه‌گيري مي‌كند. بدين منظور 4 تيمار شوري آب آبياري با شوري‌هاي 2، 6، 10 و 16 دسي زيمنس بر متر و با 4 تكرار براي ايجاد محيط كنترل‌شده خاك مرطوب و انجام آزمايش در نظر گرفته شد. همزمان با قرائت‌هاي سنسورها، رطوبت خاك تيمارهاي آزمايشي با استفاده از ترازوي دقيق الكترونيكي اندازه‌گيري شدند و اقدام به برازش معادلات مناسب بين قرائت‌هاي سنسور و رطوبت حجمي خاك در هر تيمار شد و نهايتاً اين معادلات مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه بيشترين دقت حسگر مذكور در شوري 2 دسي‌زيمنس بر متر اتفاق افتاده‌است. ضريب تبيين 92/0، جذر ميانگين مربعات خطاي 02/0 و ضريب نش ساتكليف92/0 نشان‌دهنده دقت بالاي حسگر در اين تيمار نسبت به ساير تيمارهاي آزمايش است. براي سطوح شوري 6 و 10 دسي‌زيمنس بر متر نيز اگرچه دقت سنسورها نسبت به تيمار قبلي كاهش يافته، اما مي‌توان از خطاهاي موجود چشم‌پوشي كرد و اين حسگر را براي اندازه‌گيري رطوبت حجمي خاك در شوري‌هاي مذكور مناسب دانست. اما در سطح شوري 16 دسي‌زيمنس بر متر، دقت حسگر به شدت كاهش يافته و ضريب نش- ساتكليف (NSE) به مقدار غيرقابل قبول 55/0 تنزل كرده است. بنابراين، با توجه به نتايج كسب شده از اين پژوهش، حسگر مذكور با اطمينان براي پايش رطوبت خاك‌هايي كه با شوري‌هاي كمتر از 10 دسي‌زيمنس بر متر آبياري مي‌شوند، قابل توصيه بوده و كارايي لازم براي برنامه‌ريزي‌هاي آبياري را دارد

The use of appropriate and reliable soil moisture sensors can greatly help the process of soil moisture monitoring and irrigation scheduling. The purpose of this study is to evaluate optical sensors for measurement of soil moisture under different conditions of irrigation water salinities. These sensors are based on the active proximal sensing techniques in which measure the reflections emitted by the objects in a specific range of the wavelength (300-1100 nm). In this study, four irrigation water salinity treatments (2, 6, 10 and 16 dS.m-1) were applied to the soil columns (or Lysimeters). Each Lysimeter have been equipped with an optical sensor, connected to a data logger and monitoring screen. Simultaneously, gravimetric and volumetric soil moisture of the Lysimeters have been measured to calibrate the readings of these sensors and to estimate the accuracy of calibration equations. The results showed that the highest accuracy of the sensors occurred at the salinity level of 2 dS.m-1, where the coefficients of R2, RMSE and NSE were to around 0.92, 0.02 and 0.92, respectively. In addition, declines in the accuracy of the sensors were observed for the salinities of 6 and 10 dS.m-1, but were in the acceptable range. While, for the salinity level of 16 dS.m-1, the accuracy of the sensors was drastically decreased and the NSE reduced to the unacceptable value of 0.55. According to the results of this study, these optical sensors can be confidently recommended for measurement of soil moisture and irrigation scheduling for salinities of less than 10 dS.m-1.