Kartering van de elektrische geleidbaarheid biedt een goed fundament voor agrariërs die met precisielandbouw aan de slag willen gaan. De EM38-MK2 is een bodemsensor die hier gebruik van maakt.

Doel

Het doel van de ‘EM38’ is het in kaart brengen van de bodem met behulp van elektrische geleiding. Deze methode moet traditionele methodes, bijvoorbeeld de fractiebepaling, ondersteunen of vervangen. Hierdoor kan er veel arbeid bespaard worden en kan men snel veel hectares in kaart brengen.  Met de EM38 is het mogelijk relatieve informatie van de bodem te verschaffen. Deze informatie kan vertaald worden naar bodemkaarten en vervolgens naar taakkaarten voor plaatsspecifieke toediening. 
Omhoog

Werking

De sensor is gevoelig voor het zout-, klei- en vochtgehalte in de bodem. De sensor kan tot 0,5 meter en tot 1 meter diep meten. Bij bodems met een schrale ondergrond wordt geadviseerd te meten tot één meter diepte. Dit komt vaak voor bij zandgronden. Dit wordt aangeraden door de slechte geleiding van de bodem. De gemeten waarden kunnen via specifieke geosoftware zoals FarmWorks in kaart worden gebracht. Op deze kaarten zijn de verschillen van geleidbaarheid binnen een perceel zichtbaar. (Borne)


Figuur 1.EM38-MK2


De "GEONICS contactloze-EM38 terrein geleidbaarheidsmeter", (EM-38, fig. 1) is een systeem dat in staat is de verschillen in de eigenschappen van de bodem te bepalen. (Zijlmans, 2012)

Er zijn ongeveer 600 metingen of taken per hectare. Het scannen gebeurt verticaal tot een diepte van 0-100 cm. Omdat het is gekoppeld aan een GNSS ontvanger, kunnen de metingen worden gerefereerd aan een GEO–locatie en vervolgens in kaart worden gebracht (fig. 2).


Figuur 2. EM-38 kaart (Geometix, 2011)


De geleidbaarheid wordt gebruikt om verschillen te detecteren in de bodem. De bodem bezit een zekere mate van elektrische geleidbaarheid en daarom is het mogelijk om de bepaalde elektrische conductiviteit van de bodem te kenmerken en te koppelen aan bodem eigenschappen. Het apparaat dat de geleiding meet, bestaat uit een zender en een ontvanger (twee spoelen) die horizontaal zijn geïnstalleerd op een afstand van 1 meter van elkaar (de EM-38-MK2 heeft er ook een op 0,5 meter). Het versturen van variabele stroom sterkte met de spoel creëert een magnetisch veld in de bodem. Dit magnetisch veld veroorzaakt een stroom door de aarde die een tweede magnetische veld, dat door de ontvanger gemeten wordt, genereert (fig. 3) (McNeil, 1980).


Figuur 3. Elektrische stromen (Kikkert, 2009)


De verhouding van het primaire en secundaire magnetische veld is evenredig aan de geleidbaarheid van de grond (McNeil, 1980).

Zowel de EM38 en EM38-MK2 (fig. 4) zijn systemen die meten met elektromagnetische geleidbaarheid. De EM38 omvat twee elektrische spoelen: een zender en een ontvanger, deze zijn één meter uit elkaar geplaatst, aan beide uiteinden van het instrument. De EM38-MK2 omvat drie elektrische spoelen: een zender en twee ontvangers, geplaatst op 0,5 meter en één meter van de zender. Dit resulteert er in dat de EM38-MK2, twee verschillende metingen uitvoert. Er wordt gemeten op 0,5m en 1m diep (de EM-38 alleen op 1m). Hierdoor is de elektrische geleiding van alleen de bovengrond bekent. Wanneer de EM38-MK2 gedraaid wordt, meet deze op 0,7 en 0,3 meter diepte. Op deze manier kunnen de eigenschappen van de bouwvoor gemeten worden, dit kan voor enkele werkzaamheden handig zijn.


Figuur 4. EM-38 (a), EM-38 MK2 (b), zender/ontvanger (c) (Islam 2012)


Wanneer de sensor is ingeschakeld, wordt de zenderspoel opgewekt met een sinusvormige stroom met een frequentie van 14,6 kHz.Dit creëert een tijd variërend primaire magnetisch veld (Hp) in de buurt van de spoel. Het induceert wervelstromen die worden benaderd als cirkelvormige elektrische stroomlussen in de grond. De grootte van de wervelstromen is evenredig met de elektrische geleidbaarheid van een bodemlaag. Elke stroomlus genereert een secundair magnetisch veld (Hs) evenredig met de waarde van de stroom in de lus. Een fractie van de secundaire magnetische veld van elke lus wordt onderschept door de ontvangstspoel van het instrument, de som van deze sensor gegevens wordt versterkt en omgezet in een uitgangsspanning. De exacte amplitude en fase van de secundaire veld verschillen van die van het primaire veld als gevolg van de bodemeigenschap verschillen.

De configuratie van de EM-38 sensor en de resulterende primaire magnetische veldlijnen, getoond in fig. 5. wordt aangeduid als het beelddipoolveld werkwijze zoals omschreven door de as van cilindrische symmetrie van de primaire magnetische veldlijnen. Wanneer de sensor op de zijkant wordt geplaatst, waar de symmetrieas van het primaire veld lijnen horizontaal is, produceert de sensor een zogenaamde configuratie horizontale dipool mode. Elke oriëntatie heeft zijn eigen diepte-respons profiel. Een belangrijke veronderstelling in het begrijpen van het oppervlak meten van de twee sensoren is dat individuele 'stroomlussen' niet worden beïnvloed door andere parallelle lussen. Het netto secundair magnetisch veld naar de ontvanger wordt de som van de onafhankelijke secundaire magnetische velden van elk van de afzonderlijke stroomlussen. (McNeil, 1980)


Figuur 5. Magnetische velden (Geomatrix)


De variatie in de elektrische geleidbaarheid wordt beïnvloed door verschillende bodemeigenschappen. Deze zijn: 

  • Vochtgehalte: een hoger vochtgehalte tot een hogere geleidbaarheid;
  • Porositeit: de vorm en grootte van de poriën tussen de gronddeeltjes beïnvloeden de elektrische geleidbaarheid indirect. Doordat deze invloed hebben op de vocht en zuurstof huishouding;
  • Zoutgehalte: het zoutgehalte of voedingsstoffen in de bodem (oplossing), een hoger zout gehalte geeft een betere geleiding;
  • Temperatuur: de temperatuur heeft invloed op de fase toestand van water (gas, water, ijs) en dus indirect de geleidbaarheid. (De geleidbaarheid neemt proportioneel ongeveer 2% toe voor elke graad verhoging in bodemtemperatuur);
  • De aanwezigheid van kleideeltjes: klei bestaat uit materiaal van zeer kleine grootte, de klei deeltjes zijn an-ionen en trekken dus positief geladen ionen aan. Dit in aanwezigheid van water. Meer klei deeltjes betekend dus een betere geleiding. Deze positieve ionen kunnen oplossen in het water en beïnvloeden elektrische geleidbaarheid.

Er kan gesteld worden dat vocht de meest belangrijke factor is in het beïnvloeden van de geleidbaarheid. Het zout en klei gehalte volgend daarna en het minste invloed hebben de temperatuur en porositeit. Wanneer er verschillende waarden gemeten worden in de grond, dan kan worden geconcludeerd dat er verschillen zijn in structuur, textuur, temperatuur, nutriënten gehalte en/of bodemvocht. Omdat de variatie in het signaal verschillende redenen kan hebben, is het van belang te bepalen welke oorzaak dit heeft. Op kleigrond wordt het verschil in geleidbaarheid voornamelijk gewijd aan het verschil in aantal kleideeltjes en vochtgehalte. Zand gronden geven vaak verschil door het vochtgehalte. De overige zaken beïnvloeden de meting maar in mindere maken. Een voorbeeld van een invloed op de meting is een zandlaag onder de klei, zoals te zien in fig. 6.


Figuur 6. Herkenning ondergrond (Islam, 2012)


De methode is algemeen betrouwbaar, maar er moet rekening mee gehouden worden dat de signaalsterkte afneemt met toenemende diepte. Dit betekent dat de gegevensbetrouwbaarheid afneemt met toenemende diepte. 

Omhoog

Gebruik

Voordat er gemeten wordt, moet de EM-38 geijkt worden. Dit gebeurt door middel van een nul kalibratie. Aangezien de sensor tot een meter diep kan meten, wordt deze op een kunststof statief, op 1,5 meter hoogte geplaatst. Kunststof en lucht geleiden geen elektriciteit, daarom wordt de sensor op 1,5 meter hoogte geplaatst. Er zal dus niks gemeten worden, waardoor de gemeten waardes makkelijk naar nul gekalibreerd kunnen worden.

De EM-38 kan een werkbreedte naar keuze hebben. Vaak wordt er gekozen voor een werkbreedte van vijf meter. De sensor meet meerdere malen per seconde waardoor een meting om de twee meter ontstaat. Aangezien de EM-38 niet in contact hoeft te komen met de bodem wordt deze door middel van een slee of karretje, net boven het bodem oppervlakte verplaatst. Dit zorgt er voor dat de sensor beschermt is en er een hoge meet snelheid behaald kan worden. De metingen kunnen tot zestien kilometer per uur uitgevoerd worden, deze maximum snelheid wordt veroorzaakt door de koppeling van de meetgegevens aan de GNSS positie. Door de werkbreedte van vijf meter en de snelheid van zestien kilometer per uur kan een capaciteit van vijf tot zes hectare per uur behaald worden. 
Omhoog

Calibratie

Hier onder staat stap voor stap uitgelegd hoe de kalibratie uitgevoerd dient te worden.

Stap 1.  Zet de bodemsensor EM-38 MK2 aan en leg hem alvorens calibratie 20 minuten op de grond. 

Stap 2.  Plaats de bodemsensor horizontaal op het statief, zodat de bodemsensor 1,5 meter boven de grond staat. Er mag geen staal, zoals sierraden, stalen neuzen enzovoorts, in de buurt van de bodemsensor komen. Want dat beïnvloedt de metingen.

Stap 3.  U kunt tussen de meetdiepten 0,5 meter en 1,0 meter switchen met de mode–knop. Zet de mode–knop op 1,0 m. Dat verwijst naar de meetdiepte 1,0 meter. Op de twee schermen komen de ingestelde waarden voor Q/P en I/P digitaal in beeld. 

Stap 4.  Zet zowel Q/P en I/P door middel van de draaiknoppen op 0. De draaiknoppen kunt u ontgrendelen met het zwarte palletje. Na het verdraaien de draaiknoppen weer vergrendelen om ongewenste verstelling te voorkomen, bijvoorbeeld door trillingen tijdens het rijden.

Opmerking: de calibratie voor I/P is na deze stap al afgerond! Op zandgronden kan I/P vaak niet op 0 gezet worden, de laagst mogelijke waarde voldoet. 

Stap 5.  Stel Q/P in op 10 mS/m. Zet de bodemsensor in de verticale positie en onthoudt voor uzelf de nieuwe aangegeven waarde op het scherm. Theoretische gezien is de waarde groter geworden, bijvoorbeeld 16 mS/m. Verminder de aangegeven waarde in de verticale positie met de waarde in horizontale positie, in deze situatie dus 16-10=6 mS/m. Stel vervolgens de bodemsensor in horizontale positie in op de uitkomst, in deze situatie dus op 6.

Opmerking: wanneer de waarde niet stijgt na het verdraaien naar de verticale positie, voldoet de calibratie ook voor Q/P met stap 4! Dit komt vaak voor op de zandgronden. 

Stap 6.  Zet de bodemsensor terug in de verticale positie. Als het goed is, is de aangegeven waarde nu verdubbeld, in deze situatie 2*6=12. De calibratie voor 1,0 m is helemaal voltooid wanneer dit overeenkomt.

Herhaal stap 4 t/m 6 voor 0,5 m. Het switchen tussen de meetdiepten wordt uitgelegd in Stap 3.

Omhoog

Mogelijkheden

De gegevens van de EM38-MK2 sensor kunnen geladen worden in verschillende landbouw software, een voorbeeld hiervan is FarmWorks. Wanneer de informatie geladen is kan aan de hand hiervan een taakkaart gemaakt worden. 

Wat is zoal mogelijk na een bodemscan met de EM-38MK2? Een opsomming van mogelijkheden:

  • De geleidbaarheid zegt op zandgronden iets over het aanwezige bodemvocht. Dit kan bijvoorbeeld gebruikt worden in het kader van de werking van bodemherbiciden. (Wilting, 2013)
  • De geleidbaarheid heeft dus ook invloed op de bemesting, wanneer de geleidbaarheid aangeeft waar meer vocht of klei deeltjes aanwezig zijn, kan de nutriënten behoefte bepaald worden. Daarnaast kan het klei humus complex berekend worden door de EC en het organische stof gehalte te combineren. Hierdoor kan de grote van de gift bepaald worden. Waar meer uitspoelinggevaar is, wordt minder tegelijk bemest.
  • De geleidbaarheid zegt iets over de grootte van de bodemdeeltjes en daarmee de indeling in grondsoort. Op zwaardere gronden, met meer kleimineralen, kan volgens (Klompe, 2013) een grotere plant- of zaaidichtheid gehandhaafd worden vergeleken met de lichtere plekken. Het kiemingspercentage van tarwe op zwaardere grond is doorgaans slechter, terwijl een agrariër toch een uniform plantaantal over een heel perceel nastreeft.
  • De geleidbaarheid van de bouwvoor (0-30 cm) wordt vaak gebruikt voor het bepalen van de locaties waar de bodemmonsters genomen worden. Er kan hier gedacht worden aan een monster dat genomen wordt door de afnemer. Op deze manier kan er voor gezorgd worden dat het monster op een representatieve plek genomen wordt.
  • Door het gebruik van RTK-GPS, legt de EM-38 de locatie vast. Dit betekent dat de hoogte verschillen binnen de percelen ook vastgelegd wordt. Dit kan gebruikt worden voor het bepalen van de afwateringsstrategie. 

Praktijkvoorbeeld:

Wanneer er een kaart gemaakt wordt, kan de droogste plek in het perceel gevonden worden. Wanneer hier een vochtsensor geplaatst wordt, weet de teler dat er nooit te laat beregent wordt.