الزراعة الدقيقة
Precision agriculture
الزراعة الدقيقة (PA) ، الزراعة عبر الأقمار الصناعية أو إدارة المحاصيل الخاصة
بالموقع (SSCM) هو مفهوم إدارة الزراعة يعتمد على مراقبة وقياس والاستجابة
للتغيرات داخل الحقول وداخلها.
الهدف من البحوث الزراعية الدقيقة هو تحديد نظام دعم القرار (DSS) لإدارة المزرعة
بأكملها بهدف تحسين العوائد على المدخلات مع الحفاظ على الموارد.
ومن بين هذه الأساليب الكثيرة ، هناك نهج متعلق بالتشكيلات النباتية ، والذي يربط
استقرار خصائص نمو المحاصيل متعددة السنوات بخصائص التضاريس
الطبوغرافية.
ينبع الاهتمام بالمنهج النباتي الفسيولوجي من حقيقة أن المكون الجيومورفولوجي يملي
عادة هيدرولوجيا حقل المزرعة.
تم تمكين ممارسة الزراعة الدقيقة عند ظهور GPS و GNSS تسمح قدرة المزارع و
أو الباحث على تحديد موقعه بدقة في مجال ما بإنشاء خرائط للتغير المكاني لأكبر عدد
ممكن من المتغيرات التي يمكن قياسها مثل محصول المحاصيل وخصائص التضاريس
التضاريس ومحتوى المواد العضوية ومستويات الرطوبة ، مستويات النيتروجين ،
ودرجة الحموضة ، EC ، ملغ ، ك ، وغيرها.
يتم جمع بيانات مماثلة عن طريق صفائف أجهزة الاستشعار المثبتة على حصادات
الجمع مجهزة بنظام تحديد المواقع العالمي. تتكون هذه المصفوفات من أجهزة استشعار
في الوقت الحقيقي تقيس كل شيء من مستويات الكلوروفيل إلى حالة مياه النبات ، إلى
جانب الصور المتعددة الأطياف.
يتم استخدام هذه البيانات جنبًا إلى جنب مع صور الأقمار الصناعية بواسطة تقنية
معدل متغير (VRT) بما في ذلك البذارات والرشاشات وما إلى ذلك لتوزيع الموارد
على النحو الأمثل.
ومع ذلك ، فقد مكنت التطورات التكنولوجية الحديثة من استخدام أجهزة الاستشعار في
الوقت الحقيقي مباشرة في التربة ، والتي يمكن أن تنقل البيانات لاسلكيًا دون الحاجة
إلى الوجود البشري.
تم تمكين الزراعة الدقيقة أيضًا بواسطة المركبات الجوية بدون طيار مثل DJI Phantom وهي غير مكلفة نسبيًا ويمكن تشغيلها بواسطة طيارين مبتدئين.
يمكن تجهيز هذه الطائرات بدون طيار الزراعية بكاميرات متعددة الأطياف أو
كاميرات RGB لالتقاط العديد من الصور لحقل يمكن معالجته باستخدام طرق التصوير
الفوتوغرافي لإنشاء خرائط orthophotos و NDVI.
هذه الطائرات بدون طيار قادرة على التقاط الصور لمجموعة متنوعة من الأغراض
ومع العديد من المقاييس مثل الارتفاع والفهرس النباتي (مع NDVI كمثال).
ثم يتم تحويل هذه الصور إلى خرائط يمكن استخدامها لتحسين مدخلات المحاصيل مثل
الماء أو الأسمدة أو المواد الكيميائية مثل مبيدات الأعشاب ومنظمات النمو من خلال
تطبيقات ذات معدلات متغيرة.
تاريخ الزراعة الدقيقة
الزراعة الدقيقة هي عنصر رئيسي في الموجة الثالثة من الثورات الزراعية الحديثة. كانت الثورة الزراعية الأولى هي زيادة الزراعة الآلية ، من عام 1900 إلى عام 1930.
وكان كل مزارع ينتج ما يكفي من الغذاء لإطعام نحو 26 شخصًا خلال هذا الوقت.
دفعت الستينات الثورة الخضراء بأساليب جديدة للتعديل الوراثي ، مما أدى إلى إطعام كل مزارع حوالي 155 شخصًا.
من المتوقع أنه بحلول عام 2050 ، سيصل عدد سكان العالم إلى حوالي 9.6 مليار
نسمة ، ويجب أن يتضاعف إنتاج الغذاء بشكل فعال عن المستويات الحالية من أجل
إطعام كل فم.
مع التطورات التكنولوجية الجديدة في الثورة الزراعية للزراعة الدقيقة ، سيتمكن كل
مزارع من إطعام 265 شخصًا على نفس المساحة.
فوائد الزراعة الدقيقة
تهدف الزراعة الدقيقة إلى تحسين الإدارة على المستوى الميداني فيما يتعلق بما يلي:
· علم المحاصيل: من خلال مطابقة الممارسات الزراعية بشكل أوثق مع
احتياجات المحاصيل (مثل مدخلات الأسمدة) .
· حماية البيئة: عن طريق الحد من المخاطر البيئية وبصمة الزراعة (مثل الحد
من ارتشاح النيتروجين)
· الاقتصاد: من خلال تعزيز القدرة التنافسية من خلال ممارسات أكثر كفاءة (مثل
تحسين إدارة استخدام الأسمدة والمدخلات الأخرى).
كما توفر الزراعة الدقيقة للمزارعين ثروة من المعلومات من أجل:
- بناء سجل لمزرعتهم
- تحسين عملية صنع القرار
- تعزيز تتبع أكبر
- تعزيز تسويق المنتجات الزراعية
- تحسين ترتيبات الإيجار والعلاقة مع الملاك
- تحسين الجودة الكامنة في المنتجات الزراعية (على سبيل المثال مستوى
البروتين في قمح طحين الخبز)
الزراعة الإلزامية
الزراعة الإلزامية هي نوع من أنظمة الزراعة التي تقدم نصائح في الزراعة تعتمد
على البيانات والتي يمكن أن تحدد معدلات الزراعة المتغيرة لاستيعاب الظروف
المختلفة عبر حقل واحد ، من أجل زيادة الغلة. وقد وصفت بأنها "بيانات كبيرة في
المزرعة".
تطلق مونسانتو ودوبونت وآخرون هذه التكنولوجيا في الولايات المتحدة.
متطلبات الزراعة الدقيقة
عادة ما تتم الزراعة الدقيقة كعملية من أربع مراحل لمراقبة التباين المكاني: تستخدم
الزراعة الدقيقة العديد من الأدوات ولكن فيما يلي بعض الأساسيات: الجرارات
والحصادات والرشاشات والمزارعون والحفارات ، والتي تعتبر جميعها أنظمة التوجيه
التلقائي.
الأجهزة الصغيرة على المعدات التي تستخدم GIS (نظام المعلومات الجغرافية) هي
التي تجعل الدقة عالية .
يمكنك التفكير في نظام المعلومات الجغرافية على أنه "الدماغ". لتتمكن من استخدام
الزراعة الدقيقة ، يجب توصيل المعدات بالتكنولوجيا ونظم البيانات الصحيحة.
تشتمل المزيد من الأدوات على تقنية المعدل المتغير (VRT) ، ونظام تحديد المواقع
العالمي ونظام المعلومات الجغرافية ، وأخذ عينات الشبكة ، وأجهزة الاستشعار عن بُعد.
جمع البيانات
· تحديد الموقع الجغرافي
يتيح تحديد الموقع الجغرافي للحقل للمزارع تراكب المعلومات التي تم جمعها من
تحليل التربة والنيتروجين المتبقي ، ومعلومات عن المحاصيل السابقة ومقاومة التربة.
يتم تحديد الموقع الجغرافي بطريقتين:.
- يتم تحديد الحقل باستخدام جهاز استقبال GPS داخل السيارة حيث يقوم المزارع
بقيادة جرار حول الحقل.
- يتم تحديد الحقل على خريطة أساس مشتقة من الصور الجوية أو الفضائية.
يجب أن تحتوي الصور الأساسية على المستوى المناسب من الدقة والجودة الهندسية
لضمان دقة تحديد الموقع الجغرافي بما فيه الكفاية.
· المتغيرات
قد ينتج التباين داخل وبين الحقول من عدد من العوامل. وتشمل هذه الظروف المناخية
(البرد والجفاف والمطر ، وما إلى ذلك) ، والتربة (الملمس ، والعمق ، ومستويات
النيتروجين) ، وممارسات المحاصيل (الزراعة بدون حرث) ، والأعشاب الضارة
والمرض.
توفر المؤشرات الدائمة - وبشكل رئيسي مؤشرات التربة - للمزارعين معلومات حول
الثوابت البيئية الرئيسية.
تسمح لهم مؤشرات النقاط بتتبع حالة المحصول ، أي لمعرفة ما إذا كانت الأمراض
تتطور ، إذا كان المحصول يعاني من الإجهاد المائي ، أو إجهاد النيتروجين ، أو السكن
، سواء كان قد تضرر من الجليد وما إلى ذلك.
قد تأتي هذه المعلومات من محطات الطقس وأجهزة الاستشعار الأخرى (المقاومة
الكهربائية للتربة ، الكشف بالعين المجردة ، صور الأقمار الصناعية ، وما إلى ذلك).
تتيح قياسات مقاومة التربة مع تحليل التربة قياس محتوى الرطوبة، مقاومة التربة هي
أيضًا قياس بسيط ورخيص نسبيًا.
أساليب تعديل البيانات المدخلة للنظام
باستخدام خرائط التربة ، يمكن للمزارعين اتباع استراتيجيتين لتعديل المدخلات
الميدانية:
· النهج التنبئي
بناءً على تحليل المؤشرات الثابتة (التربة ، المقاومة ، التاريخ الميداني ، إلخ) خلال
دورة المحاصيل.
· نهج التحكم
يتم تحديث المعلومات من المؤشرات الثابتة بانتظام خلال دورة المحاصيل عن طريق:
· أخذ العينات
وزن الكتلة الحيوية ، قياس محتوى ورقة الكلوروفيل ، وزن الفاكهة ، إلخ.
· الاستشعار عن بعد
يمكن قياس المعلمات مثل درجة الحرارة (الهواء / التربة) والرطوبة (الهواء / التربة / الورقة) وقطر الرياح أو الجذع بفضل شبكات الاستشعار اللاسلكية وإنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء)
· الكشف عن البروكسي
أجهزة الاستشعار في السيارة تقيس حالة الأوراق ؛ وهذا يتطلب من المزارع القيادة
حول الحقل بأكمله.
· الاستشعار عن بعد الجوي أو عبر الأقمار الصناعية
يتم الحصول على الصور المتعددة الأطياف ومعالجتها لاشتقاق خرائط المعلمات
البيوفيزيائية للمحاصيل ، بما في ذلك مؤشرات المرض.
يمكن للأجهزة المحمولة جواً قياس كمية الغطاء النباتي والتمييز بين المحاصيل
والأعشاب الضارة.
يمكن أن تستند القرارات إلى نماذج دعم القرار (نماذج محاكاة المحاصيل ونماذج
التوصيات) بناءً على البيانات الضخمة ، ولكن في التحليل النهائي يعود للمزارع أن
يقرر من حيث قيمة الأعمال والتأثيرات على البيئة - دور يتم توليه بواسطة أنظمة
الذكاء الاصطناعي (AI) القائمة على التعلم الآلي والشبكات العصبية الاصطناعية.
من المهم أن ندرك سبب اعتماد أو عدم اعتماد تقنية PA ، "لكي يحدث تبني تكنولوجيا
PA ، يجب على المزارع أن ينظر إلى التكنولوجيا على أنها مفيدة وسهلة الاستخدام.
تطبيقات الزراعة الدقيقة
تجعل تكنولوجيات المعلومات والاتصالات الجديدة إدارة المحاصيل على المستوى
الميداني أكثر عملية وأسهل في تحقيقها للمزارعين.
يتطلب تطبيق قرارات إدارة المحاصيل المعدات الزراعية التي تدعم التكنولوجيا ذات
المعدلات المتغيرة (VRT) ، على سبيل المثال ، كثافة البذور المتغيرة إلى جانب
الاستخدام المتغير (VRA) لمنتجات النيتروجين والصحة النباتية .
تستخدم الزراعة الدقيقة التكنولوجيا في المعدات الزراعية (مثل الجرارات والرشاشات
والحصادات وما إلى ذلك)
نظام تحديد المواقع (مثل أجهزة استقبال GPS التي تستخدم إشارات الأقمار الصناعية
لتحديد الموقع بدقة على الكرة الأرضية)
نظم المعلومات الجغرافية (GIS) ، أي البرمجيات المنطقية لجميع البيانات المتاحة ؛
معدات زراعية ذات معدلات متغيرة (بذارة ، مفرشة).
الآثار الاقتصادية والبيئية
الزراعة الدقيقة ، كما يوحي الاسم ، تعني تطبيق كمية دقيقة وصحيحة من المدخلات
مثل الماء والأسمدة والمبيدات الحشرية وما إلى ذلك في الوقت المناسب للمحصول
لزيادة إنتاجيته وزيادة غلاته إلى أقصى حد. يمكن لممارسات إدارة الزراعة الدقيقة أن
تقلل إلى حد كبير من كمية المغذيات ومدخلات المحاصيل الأخرى المستخدمة مع
زيادة الغلة.
وهكذا يحصل المزارعون على عائد على استثماراتهم من خلال التوفير في تكاليف
المياه ومبيدات الآفات والأسمدة.
والفائدة الثانية الأكبر من استهداف المدخلات تتعلق بالآثار البيئية.
تطبيق الكمية المناسبة من المواد الكيميائية في المكان المناسب وفي الوقت المناسب
يفيد المحاصيل والتربة والمياه الجوفية ، وبالتالي دورة المحاصيل بأكملها.
ونتيجة لذلك ، أصبحت الزراعة الدقيقة حجر الزاوية في الزراعة المستدامة ، لأنها
تحترم المحاصيل والتربة والمزارعين.
تسعى الزراعة المستدامة إلى ضمان استمرار الإمداد بالغذاء ضمن الحدود البيئية
والاقتصادية والاجتماعية المطلوبة للحفاظ على الإنتاج على المدى الطويل.
حاول مقال عام 2013 إظهار أن الزراعة الدقيقة يمكن أن تساعد المزارعين في
البلدان النامية مثل الهند.
تقلل الزراعة الدقيقة من الضغط على الزراعة من أجل البيئة من خلال زيادة كفاءة
الآلات ووضعها قيد الاستخدام. على سبيل المثال ، يقلل استخدام أجهزة الإدارة عن بُعد
مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من استهلاك الوقود لأغراض الزراعة ، في
حين أن الاستخدام المتغير للمغذيات أو مبيدات الآفات يمكن أن يقلل من استخدام هذه
المدخلات ، وبالتالي توفير التكاليف وتقليل جريان المياه الضار في المجاري المائية.
التقنيات الناشئة المستخدمة
الزراعة الدقيقة هي تطبيق لتقنيات الزراعة الرقمية المتقدمة. تم استثمار أكثر من 4.6
مليار دولار في شركات التكنولوجيا الزراعية .
· الروبوتات
توجد الجرارات ذاتية التوجيه لبعض الوقت الآن ، حيث تعمل معدات مثل الطائرة في
الطيار الآلي.
يقوم الجرار بمعظم العمل ، مع تدخل الفلاح في حالات الطوارئ.
تتقدم التكنولوجيا نحو الآلات بدون سائق المبرمجة بواسطة نظام تحديد المواقع
العالمي (GPS) لنشر الأسمدة أو المحراث.
وتشمل الابتكارات الأخرى آلة تعمل بالطاقة الشمسية تحدد الأعشاب وتقتلها بدقة
بجرعة من مبيدات الأعشاب أو أشعة الليزر.
الروبوتات الزراعية ، والمعروفة أيضًا باسم AgBots ، موجودة بالفعل ، ولكن يتم
تطوير روبوتات الحصاد المتقدمة لتحديد الثمار الناضجة ، والتكيف مع شكلها وحجمها ، ونزعها بعناية من الفروع.
· صور الطائرات بدون طيار وصور الأقمار الصناعية
تُستخدم تكنولوجيا الطائرات بدون طيار والأقمار الصناعية في الزراعة الدقيقة.
يحدث هذا غالبًا عندما تلتقط الطائرات بدون طيار صورًا عالية الجودة بينما تلتقط
الأقمار الصناعية الصورة الأكبر.
يمكن لطياري الطائرات الخفيفة الجمع بين التصوير الجوي وبيانات من سجلات
الأقمار الصناعية للتنبؤ بالمردود المستقبلي بناءً على المستوى الحالي للكتلة الحيوية
الميدانية.
يمكن أن تقوم الصور المجمعة بإنشاء خرائط كفافية لتتبع مكان تدفق المياه ، وتحديد
البذر المتغير المعدل ، وإنشاء خرائط غلة للمناطق التي كانت أكثر أو أقل إنتاجية.
· إنترنت الأشياء
إنترنت الأشياء هو شبكة من الأشياء المادية المجهزة بالإلكترونيات التي تمكن من جمع
البيانات وتجميعها.
تلعب إنترنت الأشياء دورًا في تطوير أجهزة الاستشعار وبرامج إدارة المزرعة.
على سبيل المثال ، يمكن للمزارعين قياس النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم بشكل
طيفى في السماد السائل ، وهو أمر غير متسق. يمكنهم بعد ذلك مسح الأرض لمعرفة
مكان تبول الأبقار وتطبيق السماد على البقع التي تحتاج إليه فقط.
وهذا يخفض استخدام الأسمدة بنسبة تصل إلى 30٪.
تحدد أجهزة استشعار الرطوبة في التربة أفضل الأوقات لنباتات المياه عن بعد.
يمكن برمجة أنظمة الري لتبديل أي جانب من جذع الشجرة الذي يسقيه بناءً على حاجة
النبات وهطول الأمطار.
لا تقتصر الابتكارات على النباتات فحسب ، بل يمكن استخدامها لرعاية الحيوانات.
يمكن تجهيز الماشية بأجهزة استشعار داخلية لتتبع حموضة المعدة ومشاكل الجهاز
الهضمي.
تتبع أجهزة الاستشعار الخارجية أنماط الحركة لتحديد صحة البقرة ولياقتها ،
والإحساس بالإصابات الجسدية ، وتحديد الأوقات المثلى للتكاثر.
يمكن تجميع كل هذه البيانات من أجهزة الاستشعار وتحليلها للكشف عن الاتجاهات
والأنماط.
كمثال آخر ، يمكن استخدام تكنولوجيا المراقبة لجعل تربية النحل أكثر كفاءة. نحل العسل
ذو قيمة اقتصادية كبيرة ويوفر خدمة حيوية للزراعة عن طريق تلقيح مجموعة متنوعة
من المحاصيل.
تساعد مراقبة صحة مستعمرة نحل العسل عن طريق درجة الحرارة اللاسلكية والرطوبة
وأجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون على تحسين إنتاجية النحل وقراءة التحذيرات
المبكرة في البيانات التي قد تهدد بقاء خلية بأكملها.
· تطبيقات الهواتف الذكية
أصبحت تطبيقات الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية شائعة بشكل متزايد في الزراعة
الدقيقة.
تأتي الهواتف الذكية مع العديد من التطبيقات المفيدة المثبتة بالفعل ، بما في ذلك
الكاميرا والميكروفون ونظام تحديد المواقع ومقياس التسارع.
هناك أيضًا تطبيقات مخصصة لتطبيقات الزراعة المختلفة مثل رسم الخرائط الميدانية
، وتتبع الحيوانات ، والحصول على معلومات الطقس والمحاصيل ، والمزيد ، فهي
سهلة الحمل ، وبأسعار معقولة ، ولديها قوة حوسبة عالية.
· التعلم الالي
يشيع استخدام التعلم الآلي مع الطائرات بدون طيار ، والروبوتات ، وإنترنت الأشياء.
يسمح بإدخال البيانات من كل من هذه المصادر، ثم يعالج الكمبيوتر هذه المعلومات
ويرسل الإجراءات المناسبة إلى هذه الأجهزة.
وهذا يسمح للروبوتات بتسليم الكمية المثالية من الأسمدة أو لأجهزة إنترنت الأشياء لتوفير
الكمية المثالية من الماء مباشرة إلى التربة.
يتحرك مستقبل الزراعة بشكل أكبر نحو هندسة التعلم الآلي كل عام. وقد سمحت بزراعة
أكثر كفاءة ودقة مع عدد أقل من القوى البشرية البشرية.
لمواكبة التطور والتكنولوجيا الحديثة وتسخيرها لخدمة قطاعات المجتمع المختلفة كان
لابد من اشراك التكنولوجية الرقمية الحديثة في مجال الزراعة لزيادة الاداء وتحسين
الجودة والمخرجات وهذا ما تم تتداوله من مفهوم و تعريف للزراعة الدقيقة في هذا
التقرير وركائزها واساليبها والادوات التي تعتمد عليها ايضا .
الــــمــــراجـــــع