با توجه به اهمیتی که رطوبت خاک در سیستم آب و خاک و گیاه دارد، اندازه گیری و تفسیر آن از جمله عملیات مهم در برنامه ریزی های کشاورزی و از طرفی عملیات عمرانی و سازه ای است. رطوبت خاک به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم اندازه گیری می شود. روش های مستقیم بیشتر کاربردی هستند ولی روش های غیر مستقیم در اندازه گیری مقاومت الکتریکی نقش به سزایی دارند. در این مقاله به یکی از روش های غیر مستقیم اندازه گیری رطوبت خاک یعنی روش بلوک گچی می پردازیم. به طور کلی روش های غیر مستقیم به شرح زیر می باشد:
- روش های جرمی و حجمی از طریق خشک کردن نمونه های خاک در گرمخانه
- استفاده از دستگاه نوترون متر در مزرعه
- استفاده از دستگاه تابش گاما و TDR
- اندازه گیری رطوبت با قالب یا بلوک گچی
ساخت بلوک گچی و طرز کار آن
یکی از روش های ساده برای اندازه گیری رطوبت خاک استفاده از قالب یا بلوک کچی (Gypsum Block) است که به نام بلوک های مقاومت (Resistance Block) نیز معروفند. برای ساختن بلوک گچی قالب مکعبی شکل به ابعاد 4 در 3 در 1.5 سانتی متر را تهیه کنید، سپس دو قطعه تور سیمی (اندازه 20 مش) از فولاد ضد زنگ به ابعاد 1 در 2 سانتی متر انتخاب کرده و به هر کدام یک سیم را لحیم کنید. این صفحات را که الکترود می نامیم به فاصله کمی از هم (حدود یک سانتی متر) به طور موازی در داخل قالب قرار دهید و با قلاب یا بست پلاستیک آن ها را محکم کنید. پس از آماده شدن قالب و الکترود ها گچ دندان پزشکی را به نسبت 1 به 1 با آب مقطر مخلوط کرده و خوب به هم زده و آن را یک دفعه اما به آرامی داخل قالب بریزید. با ضربه زدن به قالب سعی کنید هوای محبوس شده را خارج کنید. پس از نیم ساعت گچ به اندازه کافی سفت شده و می توان آن را از قالب خارج کرد. بلوک ها را حداقل به مدت یک شبانه روز در سایه خشک کنید آن گاه آن ها را داخل آب قرار دهید تا به مدت نیم ساعت اشباع شوند و در همین وضعیت مقاومت دو سر الکترود را با دستگاه مقاومت سنج اندازه گیری کنید، اگر عدد قرائت شده در بعضی از بلوک ها از 5 درصد متوسط قرائت ها تجاوز کرد از آن ها استفاده نکنید.
بلوک های آماده شده را داخل خاک گلدان قرار داده و پس از آبیاری مقاومت را در زمان های مختلف اندازه گیری کرده و همزمان با برداشت نمونه رطوبت خاک را بدست آورید. با رسم منحنی تغییرات مقاومت بلوک و درصد رطوبت خاک بلوک ها واسنجی می شوند. حال اگر این بلوک ها را در خاک نصب کنیم کافی است فقط مقاومت را اندازه گیری کرده و از روی این منحنی ها می توان درصد رطوبت خاک را بدست آورد. در هنگام آزمایش بلوک گچی پس از آن که آن ها را در داخل آب قرار دادید تفاوت قرائت بلوک ها نباید از 50 اهم بیشتر باشد. در این صورت بلوک ها یکنواخت نخواهند بود. اگر قرائت بلوک ها در داخل آب همگی صفر باشند ایده آل است اما اگر قرائت اعدادی تا 400 اهم را نشان دهند باز هم می توان با اعمال ضریب اصلاحی از آن ها استفاده نشود. در حد ظرفیت اصلاحی از آن ها استفاده کرد ولی اگر قرائت بلوک گچی در آب بسیار زیاد بود توصیه می شود که از آن استفاده نشود. در حد ظرفیت زراعی باید قرائت بلوک حدود 500 تا 600 و در حد پژمردگی 50000 تا 75000 اهم باشد. البته بلوک گچی باید قادر باشد تا مقاومت 1000000 و 200000 اهم را نیز اندازه گیری کند.
برای جلوگیری از پلاریزه شدن الکترودها و امکان بروز اشتباه در اندازه گیری رطوبت توصیه می شود از مقاومت سنج هایی استفاده شود که در آن ها جریان برق مستقیم باطری به جریان متناوب تبدیل می شود. برای این منظور معمولا مقاومت سنج های 1000 سیکلی به کار برده می شود، زیرا با انجام این کار از عمل قطبی شدن جلوگیری شده و در اندازه گیری ها کمتر اشتباه بروز می کند. مهم ترین مزیت بلوک های گچی علاوه بر سرعت اندازه گیری، درجه دقت آن ها در رطوبت های کم است. علاوه بر این بلوک گچی ارزان بوده و می توان تعداد زیادی از آن ها را با هزینه کم در داخل خاک نصب کرد.
مشکلات موجود در استفاده از بلوک گچی
بزرگ ترین مشکل در استفاده از بلوک های گچی، حساسیت آن ها به شوری محلول خاک است. وجود نمک در آب باعث می شود که هدایت الکتریکی بلوک افزایش یافته و این امر باعث اشتباه در تخمین رطوبت گردد. زیرا اساس اندازه گیری رطوبت با بلوک گچی این است که وقتی یک بلوک خشک در خاک قرار می گیرد به دلیل خشک بودن بلوک، هدایت الکتریکی بین دو سر الکترود صفر یا بسیار اندک است. اما چون بلوک از گچ با دانه های ریز درست شده است بلافاصله به لحاظ پتانسیلی با خاک تبادل رطوبت کرده و از این نظر با آن متعادل می شود. جذب آب توسط بلوک باعث افزایش هدایت الکتریکی می شود. حال اگر خاک شور باشد آبی که جذب بلوک می شود حاوی نمک بوده و لذا هدایت التریکی بیشتر افزایش می یابد. به طوری که در دو خاک مشابه با رطوبت یکسان، اگر یکی شور بوده و دیگری شور نباشد، عدد قرائت شده با بلوک یکسان نخواهد بود.
با توجه به نیاز تعادل پتانسیلی بین بلوک و خاک لازم است که پس از نصب بلوک به مدت چندین ساعت صبر کرد تا این تعادل برقرار شود. برای این منظور بلوک ها قبل از آبیاری در خاک قرار داده می شوند و معمولا در تمام فصل رشد در خاک باقی مانده و فقط سیم های متصل شده به الکترودها از خاک خارج می باشد که در موقع اندازه گیری به دو سر مقاومت سنج وصل شوند. گرچه در خاک های معمولی بلوک می تواند تا پنج سال مورد استفاده واقع شود ولی در خاک های شور یا آلی و خاک های مرطوب بیش از یک سال عمر نخواهند کرد. در استفاده از بلوک های گچی توصیه می شود که فاصله آن ها از یکدیگر در خاک کمتر از 30 سانتی متر نباشد زیرا که بلوک ها نسبت به درجه حرارت حساس بوده و در هنگام واسنجی آن ها باید این مسئله در نظر گرفته شود.
