Langattoman peltotiedustelijan maanalainen toimintaympäristö ja laitesuunnittelu

Tässä väitöskirjassa esitellään langattomien maanalaisten peltotiedustelijoiden järjestelmän tavoitteet ja rajoitukset. Tarkoitus oli kehittää käytännön viljelyyn sovellettava pellon seurantajärjestelmä, sillä reaaliaikaisen kosteus- ja lämpötilatiedon keruulaitteiden puuttuminen haittaa viljelytoimenpiteiden suunnittelua. Mittaus-aineistosta voi tehdä sekä havaintoja pellon ominaisuuksista että muutoksista niissä. Tulevaisuudessa tiedustelijalla saatetaan voida mitata ravinteita tai kemikaaleja. Kun peltotiedustelijan 869 MHz:n radioaalto saavuttaa vastaanottoantennin, on 1) maa-aines vaimentanut sitä; 2) osa aallosta heijastunut rajapinnoilta; 3) pellosta ulos taittuva aalto hajaantunut ja; 4) aallon intensiteetti alentunut etäisyyden kasvaessa. Maan sähkökenttäkäyttäytymistä kuvaava permittiivisyys on kompleksinen suure, jonka reaaliosa kuvaa varautumiskykyä (polarisoitumista) ja imaginaariosa häviöllisyyttä (sähkönjohtavuutta). Pellon pinnassa aalto on pallomainen, joten heijastumisen lisäksi hajaannuttaa taittuminen suurilla taitekulmilla sen tehoa. Tiedustelijan prototyyppiä varten kehitettiin maa-aineksessa toimivat antennit, joiden taajuuskaistat kattoivat ne aallonpituudet, jotka 869 MHz:n radioaalto saa kuivassa ja märässä mullassa, sillä aallon etenemisnopeus ja pituus muuttuvat maan kosteudesta riippuen. Vaimennusmallin testausmittauksiin tehtiin discone-antenni, ja tiedustelijaa varten piirilevytekniikalla pienikokoinen elliptinen monopoliantenni, jonka piirikortille ladottiin myös tiedustelijan elektroniikka. Multalaatikkoon upotettujen antennien säteilyominaisuudet määritettiin piirianalysaattorilla heijastusvaimennusmittauksin. Elektroniikkasuunnittelun tavoitteita oli pieni koko ja pitkä toimintaikä. Näihin päästiin komponenttivalinnoilla sekä ohjelmoinnin keinoin. Tiedustelija teki mittaukset ja lähetti tulokset 10 min välein ja sen keskivirrankulutus oli 4,2 uA käytettäessä 3 V:n paristoa, jonka 1800 mAh kapasiteetti riittäisi huonollakin hyötysuhteella yli 10 vuodeksi. Vuoden mittaisen 12 prototyypin käytön perusteella voidaan kantamaa parantaa yli nykyisen 200 m:n ilman käyttöiän lyhentymistä 1) nostamalla laitteen lähetystehoa ja pariston käyttöastetta lisäkomponenteilla; 2) parantamalla vastaanottoantennin vahvistusta; 3) pidentämällä lähetysten jaksoa; 4) ohjelmoimalla tiedustelija suodattamaan mittaustietoja ja; 5) koodaamalla useita tuloksia samaan lähetteeseen. Järjestelmän ja mittaustulosten käytettävyyttä voidaan parantaa paikantamalla tiedustelijoiden syvyydet aaltoilevan lämpötilan vaihe-erojen perusteella ja ohjelmoimalla tiedustelijaan opastava asennustoiminto. Lisäksi maahan asennetun tiedustelijan toimintaparametrit tai jopa koko ohjelmisto voidaan vaihtaa langattomasti. Vastaanottoasemat matkapuhelinmastoissa voisivat vastaanottaa viestejä parin kilometrin säteeltä. Koostettu aineisto maaperäsimulaattoreihin yhdistettynä antaisi kuvan alueellisesta tilanteesta ja viljelijän omille lohkoille sijoitetut tiedustelijat korjauspisteitä keskiarvosta.

Management of bushland vegetation using rainwater harvesting in eastern Kenya.

Microcatchment water harvesting (MCWH) improved the survival and growth of planted trees on heavy soils in eastern Kenya five to six years after planting. In the best method, the cross-tied furrow microcatchments, the mean annual increments (MAI; based on the average biomass of living trees multiplied by tree density and survival) of the total and usable biomass in Prosopis juliflora were 2787 and 1610 kg ha-1 a-1 respectively, when the initial tree density was 500 to 1667 trees per hectare. Based on survival, the indigenous Acacia horrida, A. mellifera and A. zanzibarica were the most suitable species for planting using MCWH. When both survival and yield were considered, a local seed source of the introduced P. juliflora was superior to all other species. The MAI in MCWH was at best distinctly higher than that in the natural vegetation (163­307 and 66­111 kg ha-1 a-1 for total and usable biomass respectively); this cannot satisfy the fuelwood demand of concentrated populations, such as towns or irrigation schemes. The density of seeds of woody species in the topsoil was 40.1 seeds m-2 in the Acacia-Commiphora bushland and 12.6 seeds m-2 in the zone between the bushland and the Tana riverine forest. Rehabilitation of woody vegetation using the soil seed bank alone proved difficult due to the lack of seeds of desirable species. The regeneration and dynamics of woody vegetation were also studied both in cleared and undisturbed bushland. A sub-type of Acacia-Commiphora bushland was identified as Acacia reficiens bushland, in which the dominant Commiphora species is C. campestris. Most of the woody species did not have even-aged populations but cohort structures that were skewed towards young individuals. The woody vegetation and the status of soil nutrients were estimated to recover in 15­20 years on Vertic Natrargid soils after total removal of above-ground vegetation.

Airborne sulphur and lake water acidification in Finland.

Tiivistelmä: Ilman rikkilaskeuma ja järvien happamoituminen Suomessa.