عرض المشاركات
1
منتدى علوم البيئة / قيـاس رطوبة التربة (فريق الاعضاء)
« في: فبراير 24, 2006, 10:27:19 مساءاً »
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
اخواني الاعزاء هذا موضوع موجز وشامل تقريباً لاكثر الطرق استخداماً في قياس رطوبة التربة:
قمت بأعداده من عده مراجع ولكن الاهم منها هو كتاب فيزياء التربة لـ دانيل هليل وترجمة د.علي الدربي .
قياس الرطوبة
إن تقدير كمية الماء المحتوى في التربة في كثير من الأبحاث الزراعية ، والبيئية والهيدرولوجية يساعدنا كثيرا في فهم العلاقات الكيميائية والميكانيكية والهيدرولوجية والحيوية للتربة.
هناك طرق مباشرة وأخرى غير مباشرة لقياس رطوبة التربة لذلك كان هناك العديد من الطرق البديلة لتعبير عنها كمياً ولكنه لا يوجد إلى ألان طريقه عالميه قياسية متعارف عليها لقياس الرطـوبة وليس هناك طـريقـه موحدة لحساب وعرض نتائج قياسات رطوبة لتربه.
الطريقة التقليدية" المباشرة" :
تتكون الطريقة التقليدية (الوزنية) لقياس الرطوبة الكتلية من أخذ عينه بواسطة إدخال بريمة في التربة ثم تقدير وزنها الرطب والجاف ويقدر الوزن الرطب بوزن العينه كما هي في وقت اخذ العينه ويحصل على الوزن الجاف بتجفيف العينه حتى وزن ثابت في فرن والطريقة القياسية إلى حد ما لتجفيف هي بوضع العينه في فرن عندا 105مْ لمدة 24 ساعة ، وثمة طريقه أخرى بديل للتجفيف وهي بتشريب العينة بالكحول في علبة مقاومة للحرارة و بعد ذلك تحرق مما يؤدي لتبخر الماء والرطوبة الكتلية أيضا تسمى بالرطوبة الوزنية وهي عبارة عن نسبه الوزن المفقود عند التجفيف إلى الوزن الجاف للعينه (الكتلة والوزن بينهما تتناسب) .
والطريقة الوزنية كما هي تعتمد على أخذ العينة ، والنقل وتكرار الوزن مما يستلزم أخطاء عملية محتومة . وهي أيضا تحتاج إلى عمالة وتستغرق وقتاً كبيراً حيث انه لابد من فترة لاتقل عن 24 ساعة تعتبر عادة ضرورية للحصول على جفاف فرني تام والطريقة القياسية في التجفيف الفرني هي نفسها اعتباطية وقد يتبقى بعض الطين الذي يحتوي على كمية لاباس بها من الماء المدمص حتى عند 105 مْ وعلى الجانب الأخر قد تتأكسد بعض المواد العضوية وتتحلل عند هذه الدرجة من الحرارة بحيث انه لا يكون جميع الوزن المفقود ناتجة عن تبخر الماء .
ويمكن تقليل الأخطاء الناجمة عن طريقة الوزنية بزيادة حجم العينة وعددها. ومع ذلك فان طريقة اخذ العينه هي طريقه مدمرة وقد تفسد قطع التجارب أو القطع تحت الملاحظة بما فيه الكفاية لتحريف النتائج 0ولهذه الأسباب فكثير من العاملين يفضلون الطرق غير المباشرة التي تسمح لعمل قياسات بصفة دائمة أو مستمرة في نفس النقاط ,إذ بمجرد تركيب ومعايرةالاجهزة والقياس في وقت قصير وتفكيك للتربة اقل بكثير .
طرق غير مباشرة :
المقاومة الكهربائية:
تعتمد المقاومة الكهربائية لحجم من التربة ليس فقط محتواها المائي ، ولكن أيضاً على تركيبها ، وقوامها ، وتركيز الأملاح الذائبة فيها . وعلى الجانب الآخر ، يمكن في بعض الأوقات معايرة المقاومة الكهربائية لاجسام مسامية مطورة في التربة ومتروكة للاتزان مع رطوبة التربة .
وعامة فإن مثل هذه الوحدات (تسمى قوالب المقاومة الكهربائية ) تحتوي على زوج من الأقطاب المغمورة في جبس ، نايلون أو نسيج زجاج وتميل القوالب المسامية الموضوعة على التربة للاتزان مع المص الرطوبي تربة,وليس مع رطوبة التربة 0ويمكن للتربة المختلفة أن تختلف اختلافا كبيرا في علاقات الرطوبة مع المص (الشد) مثل التربة الرملية قد تحتفظ بأقل من 5% رطوبة عند (شد) قدرة15 بارا,بينما التربة الطينية قد تحتفظ بثلاثة أو أربعة أضعاف ذلك0من هنا يفضل معايرة القوالب المسامية ضد المص عن معايرتها ضد رطوبة التربة,وبخاصة عندما تستخدم في العايرة عينة تربةغيرطبيعية(مثارة) وتختلف في البناء عن التربة في موقعة الطبيعي(في الحقل).
وقد يتاثر اتزان القوالب المسامية مع رطوبة التربة بظاهرة عدم التطابق (التخلفية) أي باتجاه التغير في رطوبة التربة(سواء في اتجاه الزيادة أو النقصان)إضافة إلى ذلك,فقد تمنع الخواص الهيدروليكية للقوالب(أو التماس غيرالكافي مع التربة) سرعة الحصول على التوازن مما يسبب تخلفا زمنيا بين حالة الماء في التربة,وحالة الماء المقاس في القالب0وهذاالتاثير- بالاضافةالى حساسية القالب- قدلايكون ثابتا على جميع مدى التغير في رطوبة التربة التي يحسن قياسها ولهذا فقوالب الجبس اكثر استجابة في المدى الجاف,بينما قوالب النايلون المسامية اكثر حساسية في المدى الرطب رطوبة التربة,وذلك بسبب كبر حجم مسامها
والتوصيل الكهربائي للقولب المسامية الرطبة يكون-أساسا-بسبب السائل المتخلل اكثر منه بسبب الهيكل الصلب0 فلهذا فهي تعتمد على الأملاح الالكتروليتية الموجودة في السائل بالإضافة إلى اعتمادها على المحتوى الحجمي للسائل والقوالب المصنوعة من مواد غير فعالة(خاملة) مثل مادة النسيج الزجاجي مثلا,إذ تكون عالية الحساسية حتى لتغيرات طفيفة في ملوحة محلول التربة0 وعلى الجانب الأخر,فان القوالب المصنوعة من الجس الباريسي تحتفظ بتركيزالكتروليتي ثابت تقريبا مماثل بشكل رئيسي لمحلول مشبع من كبريتات الكالسيوم0 وهذا يؤدي إلى إخفاء أو حجز تاثيرالتغيرات الصغيرة أو حتى المتوسطة في محلول التربة (مثل تلك الناتجة عن التسميد أو المستويات الدنيا من الملوحة). ومع ذلك فان النتيجة غير المرغوب فيها الذوبان الجبس تتمثل في التلف النهائي لتلك القوالب في التربة0 من هنا فان العلاقة بين المقاومة الكهربية والمص(الشد)الرطوبي لا تختلف فقط من قالب إلى أخر ولكن أيضا لكل قالب كدالة للزمن, وذلك لان التحلل التدريجي للجبس يغير المسامية الداخلية والتوزيع الحجمي للمسام في القوالب .
ولهذه الأسباب واسباب أخرى (مثل الحساسية لدرجة الحرارة) , فان تقدير رطوبة التربة بقوالب المقاومة الكهربئيه- على الأرجح- محدودة الدقة . وعلى الجانب الأخر,تتميز هذه القوالب بإمكانية توصيلها بمسجل للحصول على دلالة مستمرة لتغيرات رطوبة التربة في الموقع الطبيعي في الحقل.
التنشومتر :
وهو عبارة عن أنبوبة مملوءة بالماء وفي نهايتها كأس مسامية وفي الطرف العلوي سدادة سمكن رفعها وتعبئتها مرة اخرى .ويوجد في طرف الانبوبة العلوي مقياس للشد الموجود عنده ماء التربة . وعند وضع الجهاز في التربة يترك الجزء العلوي منه والذي يحتوي على مقياس الشد فوق سطح التربة وارتفاع القراءة في الجهاز تدل على ان التربة جافة وانخفاضها يدل على ان رطوبة التربة مرتفعه ولا تحتاج النبات لعملية الري.
التشتت النيوتروني:
وقد ظهرت هذه الطريقة-لأول مره- في الخمسينيات,وقد لاقت قبولا واسع الانتشار كطريقه ذات كفاءه عاليه وموثوق بها لتسجيل رطوبة التربة في الحقل.وميزاتها الرئيسية عن الطريقة الوزنيه في أنها تسمح بعماله اقل,واكثر سرعة,وغير مهدمه وبأ مكانيه تكرار القياسات دوريا للرطوبة الحجميه لحجم تربه ممثله في نفس الموقع والأعماق.والطريقة عمليا غير معتمدة على درجة الحرارة والضغط. ومع ذلك فعيوبها الرئيسية هي/
* السعر الأولي للجهاز,والدرجه المنخفضة لتقدير المكاني.
* الصعوبة في قياس منطقة سطح التربة.
*الخطر الصحي المصاحب للتعرض للنيوترون وأشعه جاما.
ويتكون الجهاز المعروف بمقياس الرطوبة النيوتروني.من مكونين رئيسيين:
1/ probe الذي يدلى في أنبوبة موصلة موضوعة عمودياً في التربة ، وهذا المجس يحتوي على مصدر للنيترونات السريعة وكشاف للنيترونات البطيئة .
2/ عداد scaler أو مقياس المعدل (عادة قابل للنقل ومشحون بالبطارية) ، لمراقبة النيترونات البطيئة المشتتة بواسطة التربة.
وميكانيكية عمله بأن تنبعث النيترونات السريعة إشعاعياً في التربة ، وعندها تقابل وتصدم بمرونة مع نواة الذرات المختلفة وخلال اصطدامات متكررة ، نجد ان النيوترونات تنحرف و"تتشتت" وتدريجياً ، تفقد بعض طاقتها الحركية. وكلما تناقصت سرعة النيترونات السريعة مبدئياً، فإنها تقترب من سرعه تتميز بها الجزيئات عند درجة الحرارة المحيطة . ولنيترونات فان هذه السرعة تكون حوالي 2.7كلم /ث مماثلة لطاقة قدرها حوالي 0.03 إليكترون فولت والنيترونات التي تبطئ إلى مثل هذه السرعة يقال إنها تخضع حرارياً وتسمى النيترونات البطيئة ، ومثل هذه النيترونات البطيئة تستمر في التفاعل مع التربة وتمتص اخيراً بالانوية الموجودة .
فإذا كانت التربة تحتوي على تركيز لابأس به من الهيدروجين ، فإن النيترونات السريعة المنبعثة تخضع حرارياً ( تبطئ) قبل أن تبعد كثيراً عن المصدر ، وبالتالي فان النيترونات البطيئة الناتجة تتشتت عشوائياً في التربة ، وبسرعة تكون حشداً أو سحابة لها كثافة ثابتة حول المجس . وتتحدد كثافة الاتزان لساحبة النيترون البطيء بمعدل انبعاث من المصدر ومعدلات التخضيع الحراري والامتصاص بواسطة الوسط التي تتمثل في التربة وتتكون خلال جزء صغير من الثانية . وبعض العناصر التي قد توجد في التربة أحيانا تبدي سعة امتصاص عالية للنيترونات البطيئة ( مثل البورن ، الكايدوم ، الكلور) ، ووجودها بتركيز ليست صغيرة قد يؤدي لخفض كثافة النيترونات البطيئة المتكونة . وعلى العموم ، فكثافة النيترونات البطيئة المتكونة حول المجس تقريباً متناسبة مع تركيز الهيدروجين في التربة، وبالتالي تتناسب الى حد ما مع الحجم النسبي للماء الموجود في التربة.
ولذلك مع تكرر الاصطدامات والارتدادات العشوائية للنيترونات المخضعة حرارياً ( المبطيئه) ، فإن عداد منها [يتناسب مع كثافة النيترونات التي انخضعت حرارياً وتشتت ، ومن ثم فهي تقريباً خطية العلاقة مع تركيز رطوبة التربة] يعود إلى المجس والتي عندها يتم عدها باكتشاف النيترونات البطيئة وعادة تملأ الخلية الكشاف بغاز BF2 وعندما يلتقي النيترون المخضع حراريا بنواة B10 ، فإنه يتمص وينتج عنه جسيم ألفا ، محدثاً نبض كهربائي على سلك مشحون .ويحصي عدد النبضات لفترة القياس الزمنية بعداد أو يبين بمقياس المعدل.
ويعتمد حجم التربة المؤثرة والذي يقاس فيه المحتوى المائي على طاقة النيترونات المنبعثة بالإضافة على تركيز أنبوبة الهيدروجين ، أي مصدر وتربة معينة ، فإنها تعتمد لحد كبير على التركيز الحجمي لرطوبة التربة. فإذا كانت التربة جافة لا رطبة ،فإن سحابة النيترونات البطيئة المحيطة بالمجس ستكون أقل كثافة وتمتد أكثر عن المصدر، والعكس صحيح للتربة الرطبة . ومع المصادر الشائعة الاستخدام من الراديوم-بيريليوم، فإن ما يسمى بائرة التأثير أو حجم القياس الموثر يختلف من نصف قطر اقل من 10سم في تربة رطبة إلى25سم أو أكثر في تربة جافة .وهدة الدرجة المنخفضة والمتغيرة من التقدير المكاني تجعل مقياس الرطوبة النيوتروني غير مناسب لاكتشاف الانقطاعات في القطاع الرطوبي ( مثل جبهات الابتلال أو الحدود بين طبقات التربة المختلفة ) . وإضافة إلى ذلك، فان القاياسات القريبة من السطح تكون مستبعدة وذلك بسبب هروب النيترونات السريعة خلال السطح . ومع ذلك يمكن أن يكون الحجم الكبير نسبياً المراقب ميزة في دراسات الاتزان المائي ،فمثلاً ، مثل هذا الحجم يكون اكثر تمثيلاً للتربة الحقلية مقارنة بالعينات الاصغر بكثير جداً وهي التي تؤخذ للقياس الوزن لرطوبة التربة .
ومع انه قد تمت محاولات للتنبؤ بالعلاقة بين معدل العد ورطوبة التربة من اعتبارات نظرية ، ولمثل تلك الانحرافات والتباين بين الترب المختلفة ،فإنة يفضل معايرة مقياس الرطوبة النيتروني خصيصاً لكل نوع من التربة وتحت مجموع الظروف التي سيستخدم فيها. والمنحنيات العيارية التي تعطى من قبل المصنعين قد لاتكون قابلة للتطبيق مباشرة لأحوال الحقل المختلفة. ويمكن إجراء المعايرة في صناديق مملوءة بالتربة سبق معرفة محتواها الرطوبي ،أو مباشرة في الحقل بعمل العديد من قياسات رطوبة التربة مستخدماً طريقة النيوترون والطريقة الوزنية في ذات الوقت . وبما أنه قد وجد أنه قد وجد أن معظم الترب تقريباً لها علاقة خطية بين معدل العد والرطوبة الحجمية ، فيمكن القول أن طريقة النيوترون تعطي دقة متجانسة خلال مدى جميع الاختلافات في رطوبة التربة. وفي الحقيقة ، فإن منحنيات المعايرة غالباً ما تنحرف عن أن تكون خط مستقياً تماماً ، ودرجة الانحراف تعتمد على كل من التربة والمجس المستخدم . يفترض غالباُ ان النيترونات المخضعه حرارياً في التربة تكون فقط بسبب وجود الماء . وفي الحالات الواقعية ، فإن كميات لأباس بها من الهيدروجين تكون موجوده في الطين وبخاصة في المادة العضوية . وأكثر من ذلك فإنة في بعض الحالات النادرة قد يكون محتوى البورون في التربة عالياً بما فية الكفاية ليسبب تخفيضاً لأباس به في كثافة النيترونات البطيئة خاصة ان البورون ممتص فعال للنيترونات البطيئة . وهذا أيضاً صحيح حالة الكلور ولكن بدرجة اقل وقد قُدر ان تركيز البورون الأعلى من 10ppmـ وتركيز الكلور الكلي أعلى من 1000ppm يمكن ان يؤثر على منحنى المعايرة بدرجة معنوية .
ومن أجل السلامة وأيضاً لإعطاء طرق ملائمة لعمل قراءات عيارية ، فإن المجس المحتوي على مصدر للنيترونات السريعة يحمل داخل درع واقي ، وهو عبارة عن علبة اسطوانية مملوءة بالرصاص وبعض من مادة هيدروجينية مصممة لمنع هروب النيترونات السريعة . ولابد للدرع الواقية أيضاً أن تحمي مستخدمي مقياس الرطوبة النيتروني ضد اشعة جاما المنبعثة.
والاستخدام السيء والزائد وغير السليم للجهاز يمكن ان يشكل خطراً والخطر من التعرض للاشعاع يعتمد على شدة المصدر ، نوعية الدرع الواقي ، المسافة بين المصدر والعامل على الجهاز ، ومدة التعرض . ولكن اذا راعينا ملاحظات السلامة فانها ان شاء الله لا تشكل خطراً .
اخواني الاعزاء هذا موضوع موجز وشامل تقريباً لاكثر الطرق استخداماً في قياس رطوبة التربة:
قمت بأعداده من عده مراجع ولكن الاهم منها هو كتاب فيزياء التربة لـ دانيل هليل وترجمة د.علي الدربي .
قياس الرطوبة
إن تقدير كمية الماء المحتوى في التربة في كثير من الأبحاث الزراعية ، والبيئية والهيدرولوجية يساعدنا كثيرا في فهم العلاقات الكيميائية والميكانيكية والهيدرولوجية والحيوية للتربة.
هناك طرق مباشرة وأخرى غير مباشرة لقياس رطوبة التربة لذلك كان هناك العديد من الطرق البديلة لتعبير عنها كمياً ولكنه لا يوجد إلى ألان طريقه عالميه قياسية متعارف عليها لقياس الرطـوبة وليس هناك طـريقـه موحدة لحساب وعرض نتائج قياسات رطوبة لتربه.
الطريقة التقليدية" المباشرة" :
تتكون الطريقة التقليدية (الوزنية) لقياس الرطوبة الكتلية من أخذ عينه بواسطة إدخال بريمة في التربة ثم تقدير وزنها الرطب والجاف ويقدر الوزن الرطب بوزن العينه كما هي في وقت اخذ العينه ويحصل على الوزن الجاف بتجفيف العينه حتى وزن ثابت في فرن والطريقة القياسية إلى حد ما لتجفيف هي بوضع العينه في فرن عندا 105مْ لمدة 24 ساعة ، وثمة طريقه أخرى بديل للتجفيف وهي بتشريب العينة بالكحول في علبة مقاومة للحرارة و بعد ذلك تحرق مما يؤدي لتبخر الماء والرطوبة الكتلية أيضا تسمى بالرطوبة الوزنية وهي عبارة عن نسبه الوزن المفقود عند التجفيف إلى الوزن الجاف للعينه (الكتلة والوزن بينهما تتناسب) .
والطريقة الوزنية كما هي تعتمد على أخذ العينة ، والنقل وتكرار الوزن مما يستلزم أخطاء عملية محتومة . وهي أيضا تحتاج إلى عمالة وتستغرق وقتاً كبيراً حيث انه لابد من فترة لاتقل عن 24 ساعة تعتبر عادة ضرورية للحصول على جفاف فرني تام والطريقة القياسية في التجفيف الفرني هي نفسها اعتباطية وقد يتبقى بعض الطين الذي يحتوي على كمية لاباس بها من الماء المدمص حتى عند 105 مْ وعلى الجانب الأخر قد تتأكسد بعض المواد العضوية وتتحلل عند هذه الدرجة من الحرارة بحيث انه لا يكون جميع الوزن المفقود ناتجة عن تبخر الماء .
ويمكن تقليل الأخطاء الناجمة عن طريقة الوزنية بزيادة حجم العينة وعددها. ومع ذلك فان طريقة اخذ العينه هي طريقه مدمرة وقد تفسد قطع التجارب أو القطع تحت الملاحظة بما فيه الكفاية لتحريف النتائج 0ولهذه الأسباب فكثير من العاملين يفضلون الطرق غير المباشرة التي تسمح لعمل قياسات بصفة دائمة أو مستمرة في نفس النقاط ,إذ بمجرد تركيب ومعايرةالاجهزة والقياس في وقت قصير وتفكيك للتربة اقل بكثير .
طرق غير مباشرة :
المقاومة الكهربائية:
تعتمد المقاومة الكهربائية لحجم من التربة ليس فقط محتواها المائي ، ولكن أيضاً على تركيبها ، وقوامها ، وتركيز الأملاح الذائبة فيها . وعلى الجانب الآخر ، يمكن في بعض الأوقات معايرة المقاومة الكهربائية لاجسام مسامية مطورة في التربة ومتروكة للاتزان مع رطوبة التربة .
وعامة فإن مثل هذه الوحدات (تسمى قوالب المقاومة الكهربائية ) تحتوي على زوج من الأقطاب المغمورة في جبس ، نايلون أو نسيج زجاج وتميل القوالب المسامية الموضوعة على التربة للاتزان مع المص الرطوبي تربة,وليس مع رطوبة التربة 0ويمكن للتربة المختلفة أن تختلف اختلافا كبيرا في علاقات الرطوبة مع المص (الشد) مثل التربة الرملية قد تحتفظ بأقل من 5% رطوبة عند (شد) قدرة15 بارا,بينما التربة الطينية قد تحتفظ بثلاثة أو أربعة أضعاف ذلك0من هنا يفضل معايرة القوالب المسامية ضد المص عن معايرتها ضد رطوبة التربة,وبخاصة عندما تستخدم في العايرة عينة تربةغيرطبيعية(مثارة) وتختلف في البناء عن التربة في موقعة الطبيعي(في الحقل).
وقد يتاثر اتزان القوالب المسامية مع رطوبة التربة بظاهرة عدم التطابق (التخلفية) أي باتجاه التغير في رطوبة التربة(سواء في اتجاه الزيادة أو النقصان)إضافة إلى ذلك,فقد تمنع الخواص الهيدروليكية للقوالب(أو التماس غيرالكافي مع التربة) سرعة الحصول على التوازن مما يسبب تخلفا زمنيا بين حالة الماء في التربة,وحالة الماء المقاس في القالب0وهذاالتاثير- بالاضافةالى حساسية القالب- قدلايكون ثابتا على جميع مدى التغير في رطوبة التربة التي يحسن قياسها ولهذا فقوالب الجبس اكثر استجابة في المدى الجاف,بينما قوالب النايلون المسامية اكثر حساسية في المدى الرطب رطوبة التربة,وذلك بسبب كبر حجم مسامها
والتوصيل الكهربائي للقولب المسامية الرطبة يكون-أساسا-بسبب السائل المتخلل اكثر منه بسبب الهيكل الصلب0 فلهذا فهي تعتمد على الأملاح الالكتروليتية الموجودة في السائل بالإضافة إلى اعتمادها على المحتوى الحجمي للسائل والقوالب المصنوعة من مواد غير فعالة(خاملة) مثل مادة النسيج الزجاجي مثلا,إذ تكون عالية الحساسية حتى لتغيرات طفيفة في ملوحة محلول التربة0 وعلى الجانب الأخر,فان القوالب المصنوعة من الجس الباريسي تحتفظ بتركيزالكتروليتي ثابت تقريبا مماثل بشكل رئيسي لمحلول مشبع من كبريتات الكالسيوم0 وهذا يؤدي إلى إخفاء أو حجز تاثيرالتغيرات الصغيرة أو حتى المتوسطة في محلول التربة (مثل تلك الناتجة عن التسميد أو المستويات الدنيا من الملوحة). ومع ذلك فان النتيجة غير المرغوب فيها الذوبان الجبس تتمثل في التلف النهائي لتلك القوالب في التربة0 من هنا فان العلاقة بين المقاومة الكهربية والمص(الشد)الرطوبي لا تختلف فقط من قالب إلى أخر ولكن أيضا لكل قالب كدالة للزمن, وذلك لان التحلل التدريجي للجبس يغير المسامية الداخلية والتوزيع الحجمي للمسام في القوالب .
ولهذه الأسباب واسباب أخرى (مثل الحساسية لدرجة الحرارة) , فان تقدير رطوبة التربة بقوالب المقاومة الكهربئيه- على الأرجح- محدودة الدقة . وعلى الجانب الأخر,تتميز هذه القوالب بإمكانية توصيلها بمسجل للحصول على دلالة مستمرة لتغيرات رطوبة التربة في الموقع الطبيعي في الحقل.
التنشومتر :
وهو عبارة عن أنبوبة مملوءة بالماء وفي نهايتها كأس مسامية وفي الطرف العلوي سدادة سمكن رفعها وتعبئتها مرة اخرى .ويوجد في طرف الانبوبة العلوي مقياس للشد الموجود عنده ماء التربة . وعند وضع الجهاز في التربة يترك الجزء العلوي منه والذي يحتوي على مقياس الشد فوق سطح التربة وارتفاع القراءة في الجهاز تدل على ان التربة جافة وانخفاضها يدل على ان رطوبة التربة مرتفعه ولا تحتاج النبات لعملية الري.
التشتت النيوتروني:
وقد ظهرت هذه الطريقة-لأول مره- في الخمسينيات,وقد لاقت قبولا واسع الانتشار كطريقه ذات كفاءه عاليه وموثوق بها لتسجيل رطوبة التربة في الحقل.وميزاتها الرئيسية عن الطريقة الوزنيه في أنها تسمح بعماله اقل,واكثر سرعة,وغير مهدمه وبأ مكانيه تكرار القياسات دوريا للرطوبة الحجميه لحجم تربه ممثله في نفس الموقع والأعماق.والطريقة عمليا غير معتمدة على درجة الحرارة والضغط. ومع ذلك فعيوبها الرئيسية هي/
* السعر الأولي للجهاز,والدرجه المنخفضة لتقدير المكاني.
* الصعوبة في قياس منطقة سطح التربة.
*الخطر الصحي المصاحب للتعرض للنيوترون وأشعه جاما.
ويتكون الجهاز المعروف بمقياس الرطوبة النيوتروني.من مكونين رئيسيين:
1/ probe الذي يدلى في أنبوبة موصلة موضوعة عمودياً في التربة ، وهذا المجس يحتوي على مصدر للنيترونات السريعة وكشاف للنيترونات البطيئة .
2/ عداد scaler أو مقياس المعدل (عادة قابل للنقل ومشحون بالبطارية) ، لمراقبة النيترونات البطيئة المشتتة بواسطة التربة.
وميكانيكية عمله بأن تنبعث النيترونات السريعة إشعاعياً في التربة ، وعندها تقابل وتصدم بمرونة مع نواة الذرات المختلفة وخلال اصطدامات متكررة ، نجد ان النيوترونات تنحرف و"تتشتت" وتدريجياً ، تفقد بعض طاقتها الحركية. وكلما تناقصت سرعة النيترونات السريعة مبدئياً، فإنها تقترب من سرعه تتميز بها الجزيئات عند درجة الحرارة المحيطة . ولنيترونات فان هذه السرعة تكون حوالي 2.7كلم /ث مماثلة لطاقة قدرها حوالي 0.03 إليكترون فولت والنيترونات التي تبطئ إلى مثل هذه السرعة يقال إنها تخضع حرارياً وتسمى النيترونات البطيئة ، ومثل هذه النيترونات البطيئة تستمر في التفاعل مع التربة وتمتص اخيراً بالانوية الموجودة .
فإذا كانت التربة تحتوي على تركيز لابأس به من الهيدروجين ، فإن النيترونات السريعة المنبعثة تخضع حرارياً ( تبطئ) قبل أن تبعد كثيراً عن المصدر ، وبالتالي فان النيترونات البطيئة الناتجة تتشتت عشوائياً في التربة ، وبسرعة تكون حشداً أو سحابة لها كثافة ثابتة حول المجس . وتتحدد كثافة الاتزان لساحبة النيترون البطيء بمعدل انبعاث من المصدر ومعدلات التخضيع الحراري والامتصاص بواسطة الوسط التي تتمثل في التربة وتتكون خلال جزء صغير من الثانية . وبعض العناصر التي قد توجد في التربة أحيانا تبدي سعة امتصاص عالية للنيترونات البطيئة ( مثل البورن ، الكايدوم ، الكلور) ، ووجودها بتركيز ليست صغيرة قد يؤدي لخفض كثافة النيترونات البطيئة المتكونة . وعلى العموم ، فكثافة النيترونات البطيئة المتكونة حول المجس تقريباً متناسبة مع تركيز الهيدروجين في التربة، وبالتالي تتناسب الى حد ما مع الحجم النسبي للماء الموجود في التربة.
ولذلك مع تكرر الاصطدامات والارتدادات العشوائية للنيترونات المخضعة حرارياً ( المبطيئه) ، فإن عداد منها [يتناسب مع كثافة النيترونات التي انخضعت حرارياً وتشتت ، ومن ثم فهي تقريباً خطية العلاقة مع تركيز رطوبة التربة] يعود إلى المجس والتي عندها يتم عدها باكتشاف النيترونات البطيئة وعادة تملأ الخلية الكشاف بغاز BF2 وعندما يلتقي النيترون المخضع حراريا بنواة B10 ، فإنه يتمص وينتج عنه جسيم ألفا ، محدثاً نبض كهربائي على سلك مشحون .ويحصي عدد النبضات لفترة القياس الزمنية بعداد أو يبين بمقياس المعدل.
ويعتمد حجم التربة المؤثرة والذي يقاس فيه المحتوى المائي على طاقة النيترونات المنبعثة بالإضافة على تركيز أنبوبة الهيدروجين ، أي مصدر وتربة معينة ، فإنها تعتمد لحد كبير على التركيز الحجمي لرطوبة التربة. فإذا كانت التربة جافة لا رطبة ،فإن سحابة النيترونات البطيئة المحيطة بالمجس ستكون أقل كثافة وتمتد أكثر عن المصدر، والعكس صحيح للتربة الرطبة . ومع المصادر الشائعة الاستخدام من الراديوم-بيريليوم، فإن ما يسمى بائرة التأثير أو حجم القياس الموثر يختلف من نصف قطر اقل من 10سم في تربة رطبة إلى25سم أو أكثر في تربة جافة .وهدة الدرجة المنخفضة والمتغيرة من التقدير المكاني تجعل مقياس الرطوبة النيوتروني غير مناسب لاكتشاف الانقطاعات في القطاع الرطوبي ( مثل جبهات الابتلال أو الحدود بين طبقات التربة المختلفة ) . وإضافة إلى ذلك، فان القاياسات القريبة من السطح تكون مستبعدة وذلك بسبب هروب النيترونات السريعة خلال السطح . ومع ذلك يمكن أن يكون الحجم الكبير نسبياً المراقب ميزة في دراسات الاتزان المائي ،فمثلاً ، مثل هذا الحجم يكون اكثر تمثيلاً للتربة الحقلية مقارنة بالعينات الاصغر بكثير جداً وهي التي تؤخذ للقياس الوزن لرطوبة التربة .
ومع انه قد تمت محاولات للتنبؤ بالعلاقة بين معدل العد ورطوبة التربة من اعتبارات نظرية ، ولمثل تلك الانحرافات والتباين بين الترب المختلفة ،فإنة يفضل معايرة مقياس الرطوبة النيتروني خصيصاً لكل نوع من التربة وتحت مجموع الظروف التي سيستخدم فيها. والمنحنيات العيارية التي تعطى من قبل المصنعين قد لاتكون قابلة للتطبيق مباشرة لأحوال الحقل المختلفة. ويمكن إجراء المعايرة في صناديق مملوءة بالتربة سبق معرفة محتواها الرطوبي ،أو مباشرة في الحقل بعمل العديد من قياسات رطوبة التربة مستخدماً طريقة النيوترون والطريقة الوزنية في ذات الوقت . وبما أنه قد وجد أنه قد وجد أن معظم الترب تقريباً لها علاقة خطية بين معدل العد والرطوبة الحجمية ، فيمكن القول أن طريقة النيوترون تعطي دقة متجانسة خلال مدى جميع الاختلافات في رطوبة التربة. وفي الحقيقة ، فإن منحنيات المعايرة غالباً ما تنحرف عن أن تكون خط مستقياً تماماً ، ودرجة الانحراف تعتمد على كل من التربة والمجس المستخدم . يفترض غالباُ ان النيترونات المخضعه حرارياً في التربة تكون فقط بسبب وجود الماء . وفي الحالات الواقعية ، فإن كميات لأباس بها من الهيدروجين تكون موجوده في الطين وبخاصة في المادة العضوية . وأكثر من ذلك فإنة في بعض الحالات النادرة قد يكون محتوى البورون في التربة عالياً بما فية الكفاية ليسبب تخفيضاً لأباس به في كثافة النيترونات البطيئة خاصة ان البورون ممتص فعال للنيترونات البطيئة . وهذا أيضاً صحيح حالة الكلور ولكن بدرجة اقل وقد قُدر ان تركيز البورون الأعلى من 10ppmـ وتركيز الكلور الكلي أعلى من 1000ppm يمكن ان يؤثر على منحنى المعايرة بدرجة معنوية .
ومن أجل السلامة وأيضاً لإعطاء طرق ملائمة لعمل قراءات عيارية ، فإن المجس المحتوي على مصدر للنيترونات السريعة يحمل داخل درع واقي ، وهو عبارة عن علبة اسطوانية مملوءة بالرصاص وبعض من مادة هيدروجينية مصممة لمنع هروب النيترونات السريعة . ولابد للدرع الواقية أيضاً أن تحمي مستخدمي مقياس الرطوبة النيتروني ضد اشعة جاما المنبعثة.
والاستخدام السيء والزائد وغير السليم للجهاز يمكن ان يشكل خطراً والخطر من التعرض للاشعاع يعتمد على شدة المصدر ، نوعية الدرع الواقي ، المسافة بين المصدر والعامل على الجهاز ، ومدة التعرض . ولكن اذا راعينا ملاحظات السلامة فانها ان شاء الله لا تشكل خطراً .