دانلود تحقیق طراحی، ساخت و ارزیابی یک کودپاش مایع نرخ متغیر با استفاده از روش مدیریت موضعی

چکیده
مسائل اقتصادی و زیست محیطی در کنار مسائل فنی، تولیدکنندگان محصولات کشاورزی را وادار کرده است روش‌های جدید را در مدیریت تولید محصولات کشاورزی بکار گیرند. در روش‌های متداول تولید محصولات کود شیمیایی به طور یکنواخت در سطح مزرعه توزیع می‌گردد. این در حالی است که حاصلخیزی خاک در سطح مزرعه یکنواخت نیست و در بعضی نقاط موادغذایی خاک ممکن است بیش از نیاز گیاه باشد و در جاهای دیگر شاید کمبود عناصر موردنیاز گیاه در حدی باشد که حتی بعد از کوددهی نیز این کمبود اصلاح نشود. در این تحقیق ابتدا داده های مکانی مربوط به میزان نیتروژن خاک به صورت نقشه درآورده شد. در نقشه مورد نظر تنها مکان هایی که از لحاظ میزان ازت مورد نیاز گیاه فقیر بوده مورد پاشش قرار خواهند گرفت و در مکان های دارای میزان مناسب ازت نازل های کودپاش غیر فعال بوده و هیچگونه پاششی ندارند. نرخ پاشش در مکان هایی که از لحاظ میزان ازت فقیرند متغیر خواهد بود. براین اساس وبا بکار گیری انکودر شافت، مدار الکترونیکی و یک شیر نرخ متغیر، کودپاشی صورت گرفت. مزرعه مورد نظر به 12 کرت به اندازه 5×2 متر مربع تقسیم بندی شد که 6 کرت برای اعمال ویژه مکانی و 6 کرت برای اعمال یکنواخت کود در نظر گرفته شد.هر کدام از کرت های مورد نظر نیز به صورت مربع های 2×2 متر مربع شبکه بندی شد. دستگاه مورد نظر به دو صورت آزمایشگاهی (روی زمین آسفالت) و مزرعه ای ارزیابی شد. اندازه کرت ها در تست آزمایشگاهی و مزرعه ای یکسان است.داده های بدست آمده کاهش 36/58 درصدی را در مصرف کود نسبت به روش متداول (توزیع یکنواخت) نشان می دهد. همچنین میزان خطای پاشش در تست آزمایشگاهی 32/1 درصد و در تست مزرعه ای 58/1 درصد بود. داده های بدست آمده خطی بودن رابطه میان درصد باز بودن دریچه خروجی شیر نرخ متغیر با دبی خروجی از آن را به احتمال 87/0 نشان می دهد. از آنجایی که در کشور ما کودپاشی بدون در نظر گرفتن تغییرات در مزرعه صورت می گیرد. این روش راهکاری جدید است که میتوان تحول بنیادینی در کاهش مصرف کود ایجاد نماید.

کلیدواژه‌: سیستم اطلاعات جغرافیای، فناوری نرخ‌متغیر، سیستم مکان‌یابی جهانی، توزیع یکنواخت کود، توزیع دقیق کود

مقدمه:
فلسفه کشاورزی دقیق این است که نهاده‌های کشاورزی نظیر سم و کود و غیره متناسب با نیاز هر بخش از کشتزار به کار برده شود. در این نوع کشاورزی امکان محاسبه و برآورد اختلافات بین کوچک‌ترین سطوح ممکن عملی شده و سپس ورودی‌های مختلف به تناسب اختلافات اعمال می‌شود. فن آوری نرخ متغیر(VRT) یک راهکار مدیریتی برای پرداختن به تغییر پذیری مکانی درون کشتزار میباشد. به بیان دیگر VRT عبارت از تخصیص بهینه نهاده های تولید است . در روش متداول استفاده از کودها ، مزرعه و محصول آن یکنواخت در نظر گرفته می شود و برای استفاده از کودها برای حاصلخیزی خاک با توجه به متوسط نیاز مزرعه و با یک درصد اضافی به عنوان ضریب اطمینان، آهنگ کودپاشی (مقدار کود در هکتار) تعیین می گردد و بطور یکنواخت در مزرعه توزیع می شود.( 3 )
پخش غیر اصولی کودهای شیمیایی در سطح مزرعه اثرات مخرب دارد و نگرانی‌های اجتماعی و زیست محیطی و اقتصادی را افزایش می‌دهد. بسیاری از کودهای شیمیایی بدون آنکه جذب گیاه شوند وارد آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌گردند و سبب مسمومیت و آلودگی محیط زیست می‌شوند (6).
نیترات هایی که از درون خاک شسته می شوند عمدتا به آب های زیرزمینی منتهی می گردد. همان منابعی که آب آشامیدنی متجاوز از 80% شهروندان را تامین می کند. سطوح بالای نیتروژن در دریاچه ها ، حیات بسیاری از آبزیان را به خطر می اندازد. محدود کردن کوددهی به نقاطی از مزرعه که دارای کمبود مواد آلی هستند می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای باعث صرفه‌جویی در میزان مصرف کود شود. برای یک ذرت کار نمونه، کود شیمیایی یک چهارم هزینه نقدی را تشکیل می‌دهد. عابدی و همکاران (1380) آلودگی آب های زیر زمینی مناطقی از اطراف شاهین شهر را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آنها نشانداد که میزان نیترات آبهای زیرزمینی در 90 درصد چاههای نمونه برداری شده بیش از مقدار استاندارد ( 10 میلی گرم در لیتر ) می باشد. این روش رهیافتی در جهت بهینه کردن مقدار مصرف کودشیمیایی و نتیجه آن کاهش هزینه کشاورز و اضافه بر آن موجب افزایش محصول در واحد سطح، حفظ ساختمان خاک و افزایش حاصلخیزی آن می‌باشد(1). Welsh و همکاران(2002) از روش اعمال نیتروژن به میزان متغیر در مزرعه جو زمستانه وگندم استفاده کردند که میزان عملکرد بترتیب 36/0 و 46/ 0تن در هکتار نسبت به اعمال یکنواخت کود بیشتر شد(12). قزوینی وهمکاران(1386) تغییرات مکانی فاکتورهای حاصلخیزی خاک (K.P.N) وعملکرد دانه گندم رابا استفاده از واریوگرام ،GPS و GIS بررسی ونقشه های دیجیتالی را در بلوکهای 5*5 جهت استفاده در ماشینهای نرخ متغیر تهیه کردند. این نقشه ها نشان میدهد که در روش سراسر پاشی اوره ،برای تولید ماکریمم عملکرد تنها 13٪سطح مزرعه مقدارکود مناسب دریافت میکند وبقیه مزرعه ازت کمتر یا بیشتر از نیاز دریافت میکند. درحالی که در روش VRT حداقل52 کیلوگرم در هکتار در مصرف اوره صرفه جویی کردند. همچنین در روش سراسر پاشی فسفر و پتاس بترتیب فقط 25٪ و 11٪ از سطح مزرعه کود کافی دریافت می کند و بقیه سطح مزرعه کمتر یا بیشتر از نیاز کود دریافت می کند(2). Paz و همکاران (1999) نشان دادند که سطح نیتروژن می‌تواند کاهش داده شود در حالی که تولید محصول بیشتری نسبت به اعمال یکنواخت داشته باشیم .آن ها در ایالت آیوا از این روش در مزرعه ذرت استفاده کردند که میانگین نرخ اعمال کود نسبت به روش اعمال کود یکنواخت kg/ha11 کاهش داشت و عملکرد محصول kg/ha 97افزایش داشت و 66/15 دلار در هر هکتار نیز افزایش سود نسبت به روش اعمال کود یکنواخت به دنبال داشته است. در این تحقیق با استفاده از مدل رشد ذرت تغییر عملکرد ذرت را توصیف کرده و اعمال نیتروژن متغیر برای یک مزرعه در آیوا را ارزیابی کردند. پس از جمع آوری اطلاعات 210 نرخ نیتروژن(280-Kg/ha50) انجام گرفت(9). Ulson و همکاران (2002) یک سیستم هوشمند اعمال کود با دو شبکه عصبی ساختند که خروجی شبکه عصبی اول نرخ اعمال را متناسب بامختصات GPS و خروجی شبکه عصبی دوم نرخ جریان را تخمین زند. نرخ جریان کود از طریق یک سوپاپ کره ای با عملگر الکتریکی کنترل می شد . سوپاپ کره ای با موتور الکتریکی برای باز شدن کامل (از 10 درجه تا 90 درجه ) به زمان 4/0 تا 1 ثانیه نیازمند است که این مورد در کاهش بار سیستم هیدرولیکی مؤثر بود همچنین بعد مهم این پژهش پاسخ سریع سیستم می باشد(11).
هدف پروژه طراحی و ساخت کودپاش نرخ متغیر با استفاده از GIS ، GPSوفن آوری نرخ متغیر( VRT ) است به گونه ای که با استفاده از این ماشین می توان عملکرد نقاطی را که به مقدار کود مناسب وابسته هستند را به حداکثر رساند.

مواد و روش ها:
مزرعه مورد برسی 7/0 هکتار بود که در کرج کیلومتر 5 جاده ماهدشت مرکز آموزش عالی امام خمینی وزارت جهاد کشاورزی قرار دارد (شکل 1).

شکل 1: مکان جغرافیایی اجرای طرح
اولین قدم جهت اجرای کودهی با اهنگ متغیر ، تهیه نقشه نشانگر تغییرات نیتروژن خاک می باشد به همین منظور خاک را به شبکه های 2×2 جهت نمونه گیری تقسیم می کنیم. در مورد تهیه نقشه حاصلخیزی خاک روش متداول نمونه برداری شبکه ای از خاک سطح مزرعه می باشد ولی به علت هزینه دار بودن این روش از داده های فرضی میزان نیتروژن استفاده می گردد. برای نیل به این هدف موقعیت مکانی 4 گوشه مزرعه توسط GPS گرفته شد.GPS مورد استفاده در این تحقیق از نوع GPS map 60CSX بود. از طرفی با توجه به اینکه در GPS خطای موقیت وجود دارد، موقیت 4 گوشه ابتدا توسط دوربین نیوو ، اندازه گیری، مشخص و تثبیت گردید(شکل 2) و سپس با استفاده از GPS ، موقعیت جغرافیایی این 4 نقطه تعیین گردید.(شکل 3).
برخی از ویژگی های دستگاه GPS map 60CSX عبارتند از:
1. قابلیت ذخیره 1000 نقطه با اسم
2. قابلیت ثبت 10 مسیر که هر یک حاوی 250 نقطه می باشند.
3. قابلیت تعیین مسیر با ذخیره250 مسیر که هر یک حاوی 50 نقطه می باشد.
4. ذخیره 24 مگا بایت اطلاعات مربوط به جزئیات نقشه ها که امکان انتقال از طریق نقشه مرجع بروی CD Rom را فراهم می سازد.
انتخاب دکمه (mark) در روی دستگاه یک نقطه ثبت می گردد. میزان ماهواره های مورد نیاز جهت ثبت 3 عدد می باشد. حداقل ماهواره قابل دسترس باید 6 عدد باشد. پس از آن می توان جمع آوری داده را آغاز کرد. هنگام داده برداری روی زمین 12 عدد ماهواره در دسترس بودند که این مورد وضوح و دقت داده برداری را بالاتر می برد.