قياسات كربون في التربة بتحليل النيوترون-غاما في ثابت والمسح الضوئي وسائط

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس كربون التربة في مواقع محددة أو عبر حقل ما. تعتمد هذه الطريقة على تطبيق سكون تشتت النيوترونات غير المرن لتحليل كربون التربة. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في كونها طريقة غير إتلافية في الموقع لقياس كربون التربة في أحجام كبيرة من التربة.

يتيح لنا تحليل أشعة غاما الناتجة عن تفاعل النيوترونات مع عناصر التربة قياس الكربون في الطبقات العليا من التربة حتى عمق 10 سنتيمتر. ويمكن استخدام هذه الطريقة في الوضع الثابت عند نقطة واحدة في الحقل، كما هو الحال في عينة التربة التقليدية، أو في وضع المسح حيث يتم قياس متوسط الكربون في التربة للحقل بأكمله. وقبل العمل بنظام INS، يجب توفير المواد اللازمة لتحديد منطقة محظورة حول مولد النيوترونات.

تحقق من أن زر المقاطعة الطارئة لمولد النيوترونات غير مسدود. افحص مؤشر مستوى الطاقة في شاحن البطارية. أعد شحن البطاريات إذا كانت هناك أقل من ثلاث لمبات حمراء مضاءة.

بمجرد أن يصبح مستوى الطاقة مقبولاً، قم بتشغيل عاكس الطاقة والجهاز المحمول الخاص بالنظام. افتح برنامج الحصول على البيانات. وبالنسبة لكل كاشف، تحقق من أن الجهد العالي لـ DAC، وإزاحة DAC، ومعامل طاقة المرشح البطيء تتطابق مع القيم المحددة مسبقاً.

من الضروري لعمل نظام INS بالكامل أن تكون جميع الكواشف في حالة تشغيل مثالية. بعد ذلك، ضع مصدر Caesium-137 على مسافة تتراوح من 5 إلى 15 سنتيمتر من جميع كواشف النظام. ابدأ في الحصول على الأطياف وتحقق من موقع مركز ذروة Caesium-137 عند 662 kiloelectron volt في كل كاشف.

إذا لم تكن المراكز (centroids) في القناة نفسها، فقم بضبط معامل طاقة المرشح البطيء (slow filter energy coefficient) لجعل المراكز في القناة نفسها. يتم تلخيص أطياف جميع الكواشف الثلاثة بعد الحصول على الأطياف؛ لذا، من المهم ضبط القمم ذات الأهمية على القنوات نفسها.

بمجرد أن يصبح النظام جاهزاً للمعايرة، قم بتخزين مصدر السيزيوم-137. لبدء المعايرة باستخدام حفر تحتوي على مخاليط متجانسة من الرمل والكربون ذات محتويات كربون معروفة، قم بوضع نظام INS فوق حفرة المعايرة الأولى بحيث يكون مسقط مصدر النيوترونات متمركزاً في منتصف الحفرة. حدد بوضوح المنطقة المحظورة بحيث لا تقل حوافها عن أربعة أمتار من مولد النيوترونات.

ضع علامات تحذير من الإشعاع عند محيط هذه المنطقة. استخدم المفتاح لتشغيل مولد النيوترونات. تحقق من أن مصباح المؤشر يضيء باللون الأخضر.

افتح برنامج التحكم في مولد النيوترونات وقم بإزالة أي أعطال. حدد تردد النبضة، ودورة التشغيل، ووقت التأخير، ووقت التمديد. ثم أدخل قيمة الجهد والتيار لشعاع النيوترونات.

قم بتنشيط مولد النيوترونات وانتظر حتى تستقر قراءات الجهد والتيار. بعد ذلك، ابدأ في الحصول على الأطياف باستخدام برنامج الحصول على البيانات. اجمع البيانات لمدة ساعة واحدة ثم أوقف عملية الحصول عليها.

احفظ الطيف المكتسب لكل كاشف وأغلق كلا البرنامجين. أوقف تشغيل مولد النيوترونات باستخدام المفتاح وتحقق من خفوت مصباح المؤشر. كرر العملية لكل حفرة معايرة.

بعد ذلك، استورد البيانات المكتسبة إلى برنامج جداول بيانات. حدد الصفوف التي تحتوي على معدلات عد المخرجات، ومعدلات عد المدخلات، والوقت الحقيقي. ومن خلال هذه البيانات، احسب الأعمار الزمنية لجميع القياسات.

حوّل قراءات غاما إلى عدد العدات في الثانية باستخدام فترات قياس زمن البقاء. كرر هذه العملية لكل حفرة معايرة. ثم احسب طيف INS الصافي لكل حفرة.

باستخدام برنامج تحليلي، قم بتصور طيف INS الصافي الأول. انقر بزر الماوس الأيمن على الرسم البياني الناتج وانقر على "Show Info" لإظهار النوافذ التي تحتوي على العلامتين A وB. استخدم العلامات لتحديد القمة عند 1.78 megaelectron volt.

افتح دالة ملاءمة القمم المتعددة (multipeak fitting function) واضبط خط الأساس ليكون خطياً والحدود وفقاً لمؤشرات الرسم البياني. استخدم الأداة لاختيار القمم تلقائياً وتحديد مساحة القمة. بعد ذلك، حدد القمة عند 4.44 megaelectron volt وقم بتحديد مساحة القمة بنفس الطريقة.

كرر هذه العملية لكل طيف INS صافٍ. احسب مساحة ذروة الكربون الصافية لكل حفرة معايرة من هذه القيم. ارسم العلاقة بين مساحات ذروة الكربون الصافية ومحتوى الكربون في الحفرة.

قم بتطبيق ملاءمة خطية لاستخراج معامل المعايرة لنظام INS. ولإجراء قياسات التربة الميدانية في الوضع الساكن، استخدم التقنية نفسها المتبعة مع حفر المعايرة. أما لإجراء قياسات التربة الميدانية في وضع المسح، فقم أولاً بتصميم مسار يتيح للنظام مسح كامل المنطقة المستهدفة في غضون ساعة واحدة.

اغرس أعلامًا عند كل نقطة انعطاف على طول المسار. ابدأ عملية الحصول على البيانات وحرك نظام INS على طول المسار المحدد مسبقًا بالسرعة المناسبة. بعد اكتمال عملية الحصول على البيانات، أوقف تشغيل النظام كما تم وصفه سابقًا.

قم بتحليل البيانات وحساب الكربون في التربة للمنطقة التي تم مسحها باستخدام معامل المعايرة. تم قياس الكربون في طبقة التربة العليا باستخدام طريقة الاحتراق الجاف التقليدية وباستخدام نظام INS في الوضع الساكن. وقد تطابقت النتائج بشكل جيد، وكانت خرائط توزيع الكربون للحقل الذي تم أخذ العينات منه متشابهة جدًا في الطريقتين.

استغرق الانتهاء من قياسات الاحتراق الجاف للموقع الميداني حوالي شهرين، بينما اكتملت قياسات INS في الوضع الساكن خلال يومين. وتمت مقارنة قياسات INS في وضع المسح بالقياسات التي أُجريت في الوضع الساكن على طول مسار المسح. وقد تطابق طيف INS الصافي في وضع المسح مع أطياف الوضع الساكن ضمن حدود الخطأ التجريبي.

علاوة على ذلك، تم الحصول على بيانات وضع المسح في ساعة واحدة، بينما استغرق جمع المجموعات الخمس من بيانات الوضع الساكن خمس ساعات. ومن شأن تقنية INS هذه أن تحسن بشكل كبير من قدرة الباحثين على قياس كربون التربة في الميدان، مما سيساعد علماء التربة على ابتكار استراتيجيات لعزل الكربون وتطوير ممارسات إدارة تعمل على تحسين إنتاجية التربة. وتكمن أهمية طريقة تشتت النيوترونات غير المرنة مقارنة بطريقة أخذ عينات التربة التقليدية في زيادة سرعة تحديد كربون التربة وتحسين دقة التحليل على أساس الحقل بأكمله.

تستمر الأبحاث حالياً لتوسيع نطاق هذه التقنية لقياس عناصر التربة الأخرى ولقياس رطوبة التربة.