Ми пропонуємо систему вимірювання температури ґрунту «ТермоСенсор», яка є цілорічною. Термосенсор оснащений цифровими датчиками DS18B20 з точністю вимірювань +/-0,5°C в діапазоні від -55 до +125°C. Датчики розташовані через кожні 10 см (5 см) по вертикалі, з можливістю вимірювати температуру на глибинах від 0 до 120 см. Встановлені також датчики для вимірювання температури поверхні ґрунту (0 см). Вимірювання здійснюються з інтервалом 30 хвилин, що забезпечує 48 вимірювань на добу при споживанні енергії менше 0,5 Вт/добу. Дані передаються через GSM-мережу на веб-сайт у реальному часі, де доступні графіки температур для різних глибин та можливість збереження даних для подальшого аналізу.
Ці дані, зазвичай, застосовуються для аналізу термічного стану ґрунту. Проте температурний профіль - не тільки оцінка термічних умов, а й непрямий індикатор вологозабезпеченості ґрунту. Термосенсори відкривають можливість опосередковано визначати рівень зволоження без прямих вимірів, орієнтуючись на температурний режим ґрунту на різних глибинах.
______________________
Використовуючи дані термосенсорів на різній глибині, можна побачити динаміку вологи без відбору ґрунтових зразків
______________________
Фізична основа цього підходу проста: вода має високу теплоємність і теплопровідність, тому зволожений грунт повільніше прогрівається і охолоджується, згладжуючи добові коливання температури. Навпаки, сухий грунт прогрівається швидше та глибше, а амплітуда температур зростає. Використовуючи дані термосенсорів на різній глибині, можна побачити динаміку вологи без відбору ґрунтових зразків.
Нижче розглянемо три дні (за різних погодних умов), зафіксовані в липні на одному полі, але за різної забезпеченості вологою (рис.1–3) у різні роки. Виміри проводилися на темно-сірих опідзолених ґрунтах, під різнотравною рослинністю, у період 2023-2025 року.
Три варіанти температурного профілю ґрунту
Варіант 1: ґрунтовий профіль до інтенсивних опадів (дані від 10.07.2025), рис. 1.
Рис.1 Динаміка температур профілю на тлі відсутності опадів протягом 8 днів
Як бачимо, максимальна температура поверхні ґрунту, під різнотрав'ям, досягла 61,6°С (13:29), мінімальна вночі — 15,0°С, амплітуда 46,6°С. На глибині 10 см амплітуда становила близько 9,4°С (від 20,6 до 30,0°С). На глибині 20 см коливання не більше 5°С. З горизонту 40 см і глибше температура практично постійна (21,3-21,9°С). Спостерігаємо значні амплітуди на поверхні та помітні коливання на глибині 10-20 см, що вказує на часткове висушення верхньої частини профілю при збереженні вологи в нижніх горизонтах.
Варіант 2: ґрунтовий профіль після опадів у вигляді дощу (дані від 13.07.2025), рис. 2.
Рис. 2. Динаміка температур за профілем після опадів.
Температурний профіль ґрунту, через три дні після опадів (за три дні – 35 мм), температурна динаміка (рис.2) змінилася. Спостерігаємо на поверхні (0 см) температурний максимум 41,4°С, мінімум 19,8°С, амплітуда 21,6°С - більш ніж удвічі менше, ніж у варіанті 1. На глибині 10 см коливання становлять всього 3,5°С. З глибини 20 см і глибше амплітуда менше 1°С, профіль стабільний.
Варіант 3: ґрунтовий профіль за відсутності опадів протягом місяця, екстремальна посуха (дані від 17.07.2024), рис. 3.
Рис. 3. Динаміка температур за профілем за відсутності опадів протягом місяця
Відсутність опадів протягом місяця (рис.3) сформувало профіль із глибоким прогріванням. Як бачимо, на поверхні ґрунту, під різнотрав'ям, в умовах сильної посухи та інтенсивної інсоляції, температурний максимум 60,2°С (13:00), мінімум 18,6°С, амплітуда 41,6°С. На глибині 5 см до 51,5°С, амплітуда близько 30°С. На глибині 10 см температура до 43,0°С, нічний мінімум близько 27,0°С (амплітуда майже 16°С, що характерно для глибокого висушення ґрунту в умовах екстремальної посухи). На глибині 15 см значення варіюються від 26,0 до 34,6°С. Горизонт 30 см температура стабільно висока - 27-28°С, що істотно вище фонових значень, що спостерігалися у зволоженому стані (наприклад, ≈ 21,5°C (рис. 1 і 2), і підтверджує глибоке прогрівання профілю внаслідок його висушування.
Аналіз даних «ТермоСенсора» дозволяє виявляти якісні зміни вологозабезпеченості за характерними зрушеннями в температурному профілі:
• Зростання амплітуд щодо збільшення розмаху добових коливань на поверхні та у верхніх шарах (10-20 см) щодо вологого стану, сигналізує про початок висихання ґрунту (як на рис. 1 та 3).
• Зниження амплітуд, за зменшенням розмаху коливань, особливо на глибині 10-20 см, і їх стабілізація щодо сухого стану, вказує на зволоження (як на рис. 2).
• Глибинний прогрів - підвищення температури та поява коливань на глибинах 20-30 см і більше, що виходить за межі норми для зволоженого ґрунту в цей сезон – ознака глибокого висушення (рис. 3).
Важливо розуміти, що ці індикатори мають порівняльний характер. Для їх правильної інтерпретації і, тим більше, для наближеної кількісної оцінки, необхідна обов'язкова порівняльна оцінка на конкретному полі, що зв'язує температурні патерни, що спостерігаються, з фактичною вологістю ґрунту протягом часу. Конкретні числові значення амплітуд та температур не універсальні і залежать від типу ґрунту, рослинного покриву та кліматичних/погодних умов.
Які обмеження підходу? Метод оцінки вологозабезпеченості за температурним профілем є якісним (орієнтовним) і вимагає обов'язкової інтерпретації в контексті локальних умов. Його основна сила – у виявленні динаміки змін (реакція на опади чи розвиток посухи). Для переходу до кількісних оцінок або використання конкретних температурних порогів на новому полі абсолютно необхідне порівняння, що включає паралельні вимірювання вологості ґрунту традиційними методами у ключові моменти (різне зволоження, різні сезони). Дані, отримані системою «ТермоСенсор», надають унікальну можливість для такого порівняння завдяки безперервності моніторингу. Метод особливо корисний для оперативного моніторингу у польових умовах, коли немає можливості визначити вологість лабораторними способами.
______________________
Оперативний моніторинг температурного профілю системою «ТермоСенсор» надає аграріям якісний індикатор динаміки вологозабезпеченості ґрунту в реальному часі
______________________
Незважаючи на орієнтовний характер та вплив зовнішніх факторів, оперативний моніторинг температурного профілю системою «ТермоСенсор» надає аграріям якісний індикатор динаміки вологозабезпеченості ґрунту в реальному часі. Виявлення тенденцій (реакція на опади, розвиток посухи) та порівняння поточного стану з попередніми періодами. Ключовою умовою ефективності методу є накопичення власної «історії поля».
Безперервний потік даних дозволяє будувати «термічну сигнатуру» вашого конкретного поля - довгострокову базу температурних профілів, записаних у різні сезони, за різної вологості та погодних умов. Зіставлення поточного профілю з цією історією та вимірами вологи (вологість + температура) значно підвищує надійність інтерпретації. Чим довше та повніше накопичуються дані, тим точніше система дозволяє:
• Розпізнавати аномалії, а саме виявляти відхилення від типової, для цієї пори року та погоди «термічної картини», як ранній сигнал проблем з вологою.
• Прогнозувати відгук, тобто знати, як ґрунт «зазвичай» реагує (за температурою) на опади різної інтенсивності або настання посухи у ваших умовах.
• Персоналізувати пороги, а саме визначати ваші критичні значення амплітуд чи температур на різних глибинах, що вказують на потребу поливу чи ризик для культур.
• Оптимізувати агроприйоми за накопиченою статистикою за температурними профілями та вологістю під різними культурами та у відповідь на різні режими опадів, що дозволяє виявляти оптимальні «термічні вікна» для посіву, поливу або внесення добрив, специфічні для вашого поля та сівозміни.
Таким чином, «ТермоСенсор» — це не тільки інструмент для поточної оцінки, але й інвестиція у створення бази даних про тепловий режим вашого поля. Регулярне накопичення даних протягом сезонів і років перетворює температурний профіль з непрямого індикатора в основу для прийняття обґрунтованих рішень щодо «управління» вологою та планування поливів в умовах мінливого клімату.
Олена ТРОЦЕНКО, директор компанії «СКАЙ АЙ»
