توسعه و ارزیابی مزرعه‌‏ای یک خاک‌‏ورز عمق متغیر بر اساس اندازه‌گیری حسگر پنوماتیکی افقی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی لاتین

نویسندگان

• منا طهماسبی ¹
• محمد گهری ²
• احمد شریفی مالواجردی ³
• ابوالفضل هدایتی پور ¹

¹ بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اراک، ایران

² دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

³ موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2023.79231.1128

چکیده

فشردگی خاک می‌تواند به‌طور طبیعی اتفاق بیفتد یا ناشی از رفت و آمد ماشین‏‌ها باشد. عملیات زیرشکنی اغلب برای سست کردن لایه تراکم خاک و کاهش مقاومت خاک تا سطوحی که امکان رشد و نمو ریشه را فراهم کند، استفاده می‌شود. عملیات زیرشکنی با عمق متغیر به‌طوری‏‌که خواص فیزیکی خاک را تنها در مواردی که خاک‌ورزی برای رشد محصول مورد نیاز است اصلاح می‌کند، پتانسیل کاهش نیروی کار، هزینه‌ها، سوخت و انرژی مورد نیاز را دارد. از آن‌جایی که این مطالعه با هدف انجام عملیات زیرشکنی با عمق متغیر انجام شد، ابزار خاک‏‌ورزی با عمق متغیر (VDT) طراحی و ساخته شد. یک حسگر پنوماتیکی مجهز به چند نازل برای پیش‌‏بینی هم‏‌زمان عمق لایه متراکم خاک در سه عمق (15، 30 و 45 سانتی‏‌متر) و ارسال سیگنال برای کنترل عمق خاک‌‏ورز VDT استفاده شده است. ارزیابی سامانه ابزار VDT به دو روش استاتیکی و دینامیکی انجام شد. در ارزیابی استاتیکی، زمان پاسخ سیستم برای رسیدن به 95 درصد عمق‌‏های موردنظر اندازه‌گیری شد. ارزیابی دینامیکی زیرشکن نیز در دو مرحله انجام شد. میزان مصرف سوخت و مسافت رسیدن تیغه‏‌های زیرشکن به عمق موردنظر در سه تکرار اندازه‌‏گیری شد و با دستگاه زیرشکن (در حالت کنترل عمق خاموش) مقایسه گردید. میانگین مصرف سوخت در حالت عمق متغیر نسبت به عمق بیشینه ثابت به میزان 17.36 درصد کاهش پیدا کرد. همچنین سنجنده به‏‌خوبی وارد خاک شده و فرمان کنترل را به سیلندر هیدرولیکی به‌طور پیوسته‏ ارسال می‏‌کرد و دستگاه زیرشکن، خاک را در عمق‌‏های ارسالی از سوی سنجنده زیرشکنی نمود.

کلیدواژه‌ها

• خاک‌‏ورزی دقیق
• خاک‏‌ورز عمق متغیر (VDT)
• حسگر پنوماتیکی
• کاهش مصرف سوخت
• لایه خاک متراکم

20.1001.1.22286829.1402.13.1.7.4

موضوعات

• طراحی و ساخت

©2023 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

1. Abbaspour-Gilandeh, Y., Khalilian, A., Reza, A., Alireza, K., & Sadati, S. H. (2005). Energy savings with variable-depth tillage. In Proceedings of the 27th Southern Conservation Tillage Systems Conference, Florence, South Carolina, USA, 27-29 June, 2005(pp. 84-91). North Carolina Agricultural Research Service, North Carolina State University.
2. Adamchuk, V. I., Skotnikov, A. V., Speichinger, J. D., & Kocher, M. F. (2003). Instrumentation system for variable depth tillage. In 2003 ASAE Annual Meeting(p. 1). Paper No. 03-1078, American Society of Agricultural and Biological Engineers.‏ https://doi.org/10.13031/2013.13723
3. Adamchuk, V. I., Skotnikov, A. V., Speichinger, J. D., & Kocher, M. F. (2004). Development of an instrumented deep-tillage implement for sensing of soil mechanical resistance. Transactions of the ASAE, 47(6), 1913-1919.‏ https://doi.org/10.13031/2013.17798
4. Alihamsyah, T., Humphries, E. G., & Bowers, C. G. (1990). A technique for horizontal measurement of soil mechanical impedance. Transactions of the ASAE, 33(1), 73-0077.‏ https://doi.org/10.13031/2013.31296
5. Alimardani, R., Abbaspour-Gilandeh, Y., Khalilian, A., Keyhani, A., & Sadati, S. H. (2007). Energy savings with variable-depth tillage a precision farming practice. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 2(4), 442-447.
6. ASAE Standards, 49^th (2002). S313.2. Soil cone penetrometer. St. Joseph, Michigan: ASAE.
7. Chung, S. O., Sudduth, K. A., Plouffe, C., & Kitchen, N. R. (2004). Evaluation of an on-the-go soil strength profile sensor using soil bin and field data. In 2004 ASAE Annual Meeting(p. 1). Paper No. 041039, American Society of Agricultural and Biological Engineers.‏ https://doi.org/10.13031/2013.16137
8. Fallahi, I., Aghkhani, M. H., & Bayati, M. R. (2015). Design, construction and evaluation of the automatics position control system of tillage tools. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 46(2), 117-123 (In Persian). https://doi.org/22059/IJBSE.2022.333190.665451
9. Fox, J., Khalilian, A., Han, Y., Williams, P., Mirzakhani Nafchi, A., & Maja, J. M. (2018). Real-time, variable-depth tillage for managing soil compaction in cotton production.‏ In 2018 Beltwide Cotton Conferences, San Antonio, TX, January 3-5. https://doi.org/10.4236/ojss.2018.86012
10. Fulton, J. P., Wells, L. G., Shearer, S. A., & Barnhisel, R. I. (1996). Spatial variation of soil physical properties: a precursor to precision tillage. ASAE Paper, 961002, 1-9.‏ https://doi.org/10.18393/ejss.2016.3.192-200
11. Gohari, M. (2006). Design, construction and evaluation of a variable depth tillage Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology. (In Persian)
12. Gohari, M., Hemmat, A., & Afzal, A. (2010). Design, construction and evaluation of a variable-depth tillage implement equipped with a GPS. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 41(1).‏ https://dorl.net/dor/20.1001.1.20084803.1389.41.1.1.0
13. Gorucu, S., Khalilian, A., Han, Y. J., Dodd, R. B., & Smith, B. R. (2006). An algorithm to determine the optimum tillage depth from soil penetrometer data in coastal plain soils. Applied Engineering in Agriculture, 22(5), 625-631.‏ https://doi.org/10.13031/2013.21993
14. Khalilian, A., Han, Y. J., Marshall, M. W., Gorucu, S., Abbaspour-Gilandeh, Y., & Kirk, K. R. (2014). Evaluation of the Clemson instrumented subsoiler shank in coastal plain soils. Computers and Electronics in Agriculture, 109, 46-51.‏ https://doi.org/10.1016/j.compag.2014.09.002
15. Khalilian, A., Han, Y. J., Dodd, R. B., Sullivan, M. J., Gorucu, S., & Keskin, M. (2002). A control system for variable depth tillage. ASAE Paper No. 021209. ASAE, St. Joseph, MI.
16. Koostra, B. K., & Stombaugh, T. S. (2003). Development and evaluation of a sensor to continuously measure air permeability of soil. In 2003 ASAE Annual Meeting(p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers, Las Vegas, Nevada, USA.‏ https://doi.org/10.13031/2013.14926
17. Meselhy, A. A. E. (2021). Effect of Variable-Depth Tillage System on Energy Requirements for Tillage Operation and Productivity of Desert Soil. International Journal of Applied Agricultural Sciences, 7(1), 38 ‏ https://doi.org/10.11648/j.ijaas.20210701.13
18. Meselhy, A. A. E. (2020). Evaluation of locally made horizontal penetrometer to measure soil compaction under Egyptian conditions. Bioscience Research, 17(3): 2331-2357. https://doi.org/10.9734/bpi/nvbs/v7/5028F
19. Raper, R. L. (1999). Site-specific tillage for site-specific compaction: Is there a need. In  International Conference of Dryland Conservation/Zone Tillage, Agriculture University, Beijing, China,(pp. 66-68). ‏
20. Raper, R. L. (1999). Site-specific tillage for site-specific compaction: is there a need? In: Proceedings of the International Conference on Dryland Conservation/Zone Tillage, China Agriculture University, Beijing, China, pp. 66-68.
21. Raper, R. L., Reeves, D. W., Shaw, J. N., Van Santen, E., & Mask, P. L. (2007). Benefits of site-specific subsoiling for cotton production in Coastal Plain soils. Soil and Tillage Research, 96(1-2), 174-181. https://doi.org/1016/j.still.2007.05.004
22. Sharifi, A., & Mohsenimanesh, A. (2012). Soil mechanical resistance measurement by an unique multi-cone tips horizontal sensor. International Agrophysics, 26(1), 61-64.‏ https://doi.org/2478/v10247-012-0009-7
23. Tahmasebi, M., Hedayatipoor, A., Gohari, M., & Sharifi malverjerdi, A. (2021). Design, Fabrication and Evaluation of Variable Depth Subsoiler Using Pneumatic Sensor. Agricultural Engineering Research Institute. Report No. 59876. (in Persian).
24. Taylor, H. M., & Gardner, H. R. (1963). Penetration of cotton seedlingn taproots as influenced by bulk density, moisture content, and strength of soil. Soil Science, 96(3), 153-156.‏ https://doi.org/10.1097/00010694-196309000-00001
25. Vernekar, S. R. (2015). Design and Development of Smart Soil Monitoring System Based on Embedded Technology(Doctoral dissertation, Goa University).‏ https://doi.org/10.1016/j.procs.2022.10.067