Η χρήση των αισθητήρων ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη Γεωργία Ακριβείας

Σε ποιό βαθμό άραγε θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν οι αισθητήρες υπολογισμού της ηλεκτρικής αγωγιμότητας για τη διαχείριση μιας λίπανσης ακριβείας;

Στην πραγματικότητα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους μπορεί να αναφέρεται σε διάφορους τύπους ή μεθόδους των αναγνώσεων αυτής, η κάθε μία με τη δική της σημασία.

Αυτό το άρθρο θα διερευνήσει τη σημασία των διαφορετικών μετρήσεων EC και θα αξιολογήσει την εφαρμογή τους στη γεωργία ακριβείας.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα. Επομένως, τίθεται το ερώτημα ποιό μέσο μετριέται και πώς μπορεί να ερμηνευθεί και να χρησιμοποιηθεί η μέτρηση αυτή;

Η πιο συνηθισμένη μέτρηση ηλεκτρικής αγωγιμότητας στη γεωργία ακριβείας είναι ηCEC όγκου εδάφους  ή η φαινομενική ηλεκτρική αγωγιμότητα, του επιφανειακού εδάφους, (ECa). Οι διάφορες τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας συσχετίζονται με τις διαφορετικές ιδιότητες του εδάφους, όπως η υφή του και η ικανότητα συγκράτησης νερού. Για παράδειγμα, τα αμμώδη εδάφη θα έχουν χαμηλότερη τιμή CEC από ό, τι τα αργιλώδη.

Η χαρτογράφηση της ECa σε ένα χωράφι παρέχει πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με τη μεταβλητότητα του εδάφους στο συγκεκριμένο χωράφι και τις μεταβολές, μεταξύ των ετών, όπως η αλατότητα και η συμπίεση του εδάφους.

Οι πληροφορίες αυτές μπορούν να βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων σχετικά με τις εφαρμοζόμενες δόσεις ζιζανιοκτόνων και αζωτούχων λιπασμάτων, καθώς η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται από την υφή του εδάφους. Για παράδειγμα, μπορεί να απαιτείται διαφορετική εφαρμογή αζώτου σε εδάφη με ελαφριά υφή απ’ότι σε εδάφη βαριά.

Εάν η CEC συσχετιστεί με τους χάρτες αποδόσεων, η ECa μπορεί επίσης να δώσει μια ιδέα για τον συντελεστή αζώτου που πρέπει να εφαρμοστεί, παρότι δεν υπάρχει πάντα τέτοια συσχέτιση και πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλές πρόσθετες γεωπονικές εκτιμήσεις και παράμετροι.

Ως εκ τούτου, η ECa αποτελεί ένα ακόμη εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη κατανόηση της μεταβλητότητας του εδάφους στο χωράφι.

Ωστόσο, δεν μπορεί να αντικαταστήσει τις παραδοσιακές δοκιμές εδάφους.

Άλλες μέθοδοι αξιολόγησης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του εδάφους επικεντρώνονται στη μέτρηση της EC του διαλύματος εδάφους, άρα και της αλατότητάς του. Η διαφορά μεταξύ αυτών των μεθόδων είναι κυρίως η κατάσταση υγρασίας του εδάφους.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του διαλύματος εδάφους αλλάζει συνεχώς, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους. Ως εκ τούτου, όλες οι μετρήσεις EC πρέπει να λαμβάνονται με την ίδια περιεκτικότητα σε υγρασία.

Η πλέον αποδεκτή περιεκτικότητα σε υγρασία είναι η υγρασία του «κορεσμένου πολτού», που αναφέρεται επίσης ως «EC του κορεσμένου δείγματος εδαφικής πάστας».

Οι περισσότερες αναφορές στη βιβλιογραφία, όπως η ανοχή στην αλατότητα των διαφορετικών καλλιεργειών, σχετίζονται με την EC του κορεσμένου δείγματος εδαφικής πάστας, που χαρακτηρίζεται ως ECe.

Το ECe δίνει μια ένδειξη της περιεκτικότητας σε άλατα του εδάφους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εκτιμηθεί κατά πόσο υπάρχει πλεόνασμα αλάτων στο έδαφος. Ωστόσο, δεν υπονοεί ακριβώς ποιά άλατα και θρεπτικά συστατικά υπάρχουν. Σε αντίθεση με την φαινομενική ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους, η ECe δεν μπορεί να μετρηθεί απευθείας στο πεδίο χρησιμοποιώντας αισθητήρες και πρέπει να μετρηθεί στο εργαστήριο. Υπάρχουν, ωστόσο, μαθηματικά μοντέλα που επιχειρούν να επιτύχουν συσχέτιση μεταξύ ECa και ECe.

Σημασία Ηλεκτρικής Αγωγιμότητας

Από τη στιγμή που η ηλεκτρική αγωγιμότητα αποτελεί μια ταυτότητα για το έδαφος, βάσει αυτής μπορούμε να κάνουμε τις εξής σημαντικές παραδοχές:

►Η συγκέντρωση των αλάτων έχει ανάλογη πορεία με την ηλεκτρική αγωγιμότητα

► Το πορώδες του εδάφους έχει ανάλογη πορεία με την ηλεκτρική αγωγιμότητα.

► Η θερμοκρασία του εδάφους έχει πορεία ανάλογη με την ηλεκτρική αγωγιμότητα.

► Η υφή εδάφους έχει πορεία ανάλογη της συγκέντρωσης σε άργιλο σε σχέση με την ηλεκτρική αγωγιμότητα.

► Η οργανική ουσία αποτελεί μια έμμεση εκτίμηση με βάση την πορεία, π.χ. του πορώδους ή στοιχείων όπως το Ca.

► Η οξύτητα του εδάφους (pH), έχει πορεία ανάλογη ή αντιστρόφως ανάλογη με την ηλεκτρική αγωγιμότητα ανάλογα με τη συγκέντρωση των ιόντων. Ωστόσο, λόγω του μικρού συντελεστή συσχέτισης δεν παρουσιάζεται τόσο ασφαλής αυτή η εκτίμηση. Ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων, ανάλογη πορεία με ηλεκτρική αγωγιμότητα.

► Η περιεκτικότητα σε νερό στο έδαφος έχει πορεία ανάλογη με την ηλεκτρική αγωγιμότητα, καθώς το νερό είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού.

Όλα τα παραπάνω έχουν αντίκτυπο στην παραγωγή, έτσι και η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια έμμεση ένδειξη επίδρασης στην παραγωγικότητα.

Μέθοδοι μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας

1. Με επαφή:

Υπάρχουν ηλεκτρόδια εφαρμοσμένα σε 2 ως 3 ζεύγη δίσκων, οι οποίοι είναι προσαρμοσμένοι σε εργαλιοδοκό και όλο σύστημα έλκεται από τον γεωργικό ελκυστήρα. Δύο δίσκοι με ηλεκτρόδια είναι φορείς ηλεκτρικού ρεύματος, δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο στο έδαφος και οι υπόλοιποι δίσκοι με τα ηλεκτρόδιά τους λαμβάνουν το ρεύμα που προκύπτει ανάλογα με την αντίσταση του εδάφους. Ανάλογα το βάθος της μέτρησης ορίζουμε-επιλέγουμε την απόσταση των δίσκων που εκπέμπουν ηλεκτρικό ρεύμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση των δίσκων-ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου, άρα και το βάθος του.

2. Χωρίς επαφή:

Kατά την μέθοδο αυτή ισχύει η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής απαγωγής, καθώς το όργανο δεν έρχεται σε επαφή με το έδαφος. Η συσκευή αποτελείται από έναν πομπό που εκπέμπει ηλεκτρικό φορτίο και έναν δέκτη (στην άλλη άκρη) που απορροφά το ηλεκτρομαγνητικό φορτίο που προκύπτει ανάλογα με την ικανότητα του εδάφους να άγει το ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, όσο μεγαλύτερη αγωγιμότητα παρουσιάζει ένα έδαφος, τόσο υψηλότερο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο προκύπτει. Στο σύστημα αυτό είναι πρακτικό να τοποθετείται σε μεταλλικό πλαίσιο για την καλύτερη μετάδοση του σήματος.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα και διαχείριση θρέψης

Έχουν γίνει προσπάθειες δημιουργίας χαρτών ηλεκτρικής αγωγιμότητας και υπολογισμού απορροής των αλάτων ώστε να συσχετισθεί η αγωγιμότητα και η έκπλυση θρεπτικών στοιχείων.

Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν οι απώλειες σε στοιχεία πριν την εφαρμογή φαινομένου έκπλυσης και μετά από το πέρας του φαινομένου και απεικονίστηκαν οι περιπτώσεις χωρικά σε χάρτη.

Πρώτο στοιχείο που παρατηρήθηκε ήταν ότι η συγκέντρωση σε άλατα και κατά συνέπεια και της ηλεκτρικής αγωγιμότητας μεταβάλλεται χωρικά σχετικά έντονα. Επίσης, βρέθηκε έντονη συσχέτιση μεταξύ ηλεκτρικής αγωγιμότητας και απορροής αλάτων(στοιχείων) με τα εξής χαρακτηριστικά:

Για τιμές αγωγιμότητας ως 4 ds/m, παρατηρήθηκε ότι αυξάνεται ο ρυθμός έκπλυσης,ενώ για τιμές υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας πάνω του 4, οι ρυθμοί μειώνονται. Η συγκεκριμένη παρατήρηση παρατηρήθηκε και στα δύο βάθη μέτρησης της ηλεκτρική αγωγιμότητας, εκτός από την περίπτωση απωλειών μετά την έκλυση σε βάθος 0-60cm.

Έτσι, σύμφωνα με τα παραπάνω είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένας χάρτης διπλής ανάγνωσης, δηλαδή ανάλογα με τις τιμές ηλεκτρικής αγωγιμότητας, να μεταφράζονται και απώλειες στοιχείων λόγω έκπλυσης.

Πρακτικά, η συσχέτιση που προέκυψε οδηγεί στη δημιουργία ζωνών διαχείρισης καιεφαρμογή μεταβλητών δόσεων λιπάσματων χωρικά ανάλογα με τον χάρτη ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενός χωραφιού. Συγκεκριμένα, λιγότερη δόση χρειάζεται σε περιοχές υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας πάνω από >4 ds/m (πιο ασφαλές πάνω από 8 ds/m), καθώς έχουμε λιγότερες απώλειες στοιχείων λόγω έκπλυσης.

Σε περιοχές μη αρδευόμενες που καλλιεργούνται κυρίως σιτηρά είναι φορές που για να εκτιμηθούν οι απαιτήσεις σε λίπασμα, απλά γίνεται μια τυχαία δειγματοληψία και βλέπουμε τη συγκέντρωση σε Ν. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος μπορεί να μην είναι τόσο ακριβής καθώς η παραλλακτικότητα στο έδαφος σε θρεπτικά συστατικά μπορεί να είναι υψηλή και η δειγματοληψία να μην είναι αντιπροσωπευτική.

Ένα πρόγραμμα μεγαλύτερης ακρίβειας είναι να γίνει πρώτα ένα χάρτης ηλεκτρικής αγωγιμότητας, να γίνουν ζώνες διαχείρισης και από την κάθε ζώνη να απομονωθεί δείγμα εδάφους προς ανάλυση αζώτου. Με βάση τις συγκεντρώσεις να γίνει μεταβαλλόμενη δόση λιπάσματος με βάση τις ζώνες (Lund et al., 1999).

Συγκεκριμένα, σε περιοχές που εφαρμόζεται το σύστημα αυτό, υπάρχει αύξηση αποδόσεων στο σιτάρι, το καλαμπόκι και την σόγια με 11%, 16% και 10% περίπου.

Επίσης, υπάρχουν εδάφη που παρουσιάζουν έντονη παραλλακτικότητα στην υφή τους, έτσι σε αυτές τις περιπτώσεις μεταβάλλονται και οι απώλειες σε θρεπτικά όπως το άζωτο, σε ελαφριά εδάφη πιο μεγάλες απώλειες, σε βαριά λιγότερες. Μέσω της εκτίμησης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας μπορούμε να προσδιορίσουμε τη διαφορετική υφή σε έναν αγρό και να υπολογίσουμε τις πιθανές απώλειες. Έτσι, με χάρτη ζωνών διαχείρισης καταλήγουμε σε διαφοροποιούμενες δόσεις αζώτου.

Συνοψίζοντας, οι αισθητήρες της CEC στη γεωργία ακριβείας αποτελούν πολύτιμο εργαλείο για την καλύτερη κατανόηση της μεταβλητότητας και των τάσεων στο έδαφος.

Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τη χαρτογράφηση της εδαφικής CEC και σε πολύ μικρότερο βαθμό για τους στατικούς απλούς αισθητήρες εδάφους.

Ωστόσο, η ακριβής διαχείριση της λίπανσης των καλλιεργειών είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, η οποία λαμβάνει υπόψη πολλαπλές μεταβλητές και παραμέτρους, πέρα από την ηλεκτρική αγωγιμότητα.