تطبيقات مستشعر النيتروجين الأمونياكي، والنيتروجين النتراتي، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة (pH) في الفلبين

تتمتع الفلبين، كدولة أرخبيلية، بموارد مائية وفيرة، إلا أنها تواجه تحديات كبيرة في إدارة جودة المياه. تتناول هذه المقالة بالتفصيل حالات تطبيق مستشعر جودة المياه رباعي الوظائف (الذي يرصد نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة) في قطاعات مختلفة في الفلبين، بما في ذلك الري الزراعي، وإمدادات المياه البلدية، والاستجابة الطارئة للكوارث، وحماية البيئة. ومن خلال تحليل هذه السيناريوهات الواقعية، يمكننا فهم كيف تساعد هذه التقنية المتكاملة للمستشعرات الفلبين على مواجهة تحديات إدارة جودة المياه، وتحسين كفاءة الرصد، وتوفير بيانات آنية لدعم عملية صنع القرار.

خلفية وتحديات رصد جودة المياه في الفلبين

تتمتع الفلبين، كدولة أرخبيلية تضم أكثر من 7000 جزيرة، بموارد مائية متنوعة، تشمل الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية والبيئات البحرية الشاسعة. ومع ذلك، تواجه البلاد تحديات فريدة في إدارة جودة المياه. فالتوسع الحضري السريع، والأنشطة الزراعية المكثفة، والتنمية الصناعية، والكوارث الطبيعية المتكررة (مثل الأعاصير والفيضانات) تشكل تهديدات خطيرة لجودة مواردها المائية. وفي هذا السياق، أصبحت أجهزة مراقبة جودة المياه المتكاملة، مثل جهاز الاستشعار رباعي الوظائف (الذي يقيس نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة)، أدوات أساسية لإدارة جودة المياه في الفلبين.

تتباين مشاكل جودة المياه في الفلبين باختلاف المناطق. ففي المناطق الزراعية الكثيفة، مثل لوزون الوسطى وأجزاء من مينداناو، أدى الإفراط في استخدام الأسمدة إلى ارتفاع مستويات مركبات النيتروجين (وخاصة نيتروجين الأمونيا ونيتروجين النترات) في المسطحات المائية. وتشير الدراسات إلى أن فقدان الأمونيا نتيجة تطايرها من اليوريا المستخدمة في تسميد حقول الأرز الفلبينية قد يصل إلى حوالي 10%، مما يقلل من كفاءة الأسمدة ويساهم في تلوث المياه. أما في المناطق الحضرية مثل مانيلا الكبرى، فيُعدّ التلوث بالمعادن الثقيلة (وخاصة الرصاص) والتلوث الميكروبي من أبرز المشاكل في شبكات المياه البلدية. وفي المناطق المتضررة من الكوارث الطبيعية، مثل إعصار هايان في مدينة تاكلوبان، أدى تضرر شبكات إمداد المياه إلى تلوث مصادر مياه الشرب بالبراز، مما تسبب في ارتفاع حاد في حالات أمراض الإسهال.

تواجه أساليب رصد جودة المياه التقليدية في الفلبين العديد من القيود. فالتحليل المختبري يتطلب جمع العينات ونقلها إلى مختبرات مركزية، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا، لا سيما في المناطق الجزرية النائية. إضافةً إلى ذلك، لا تستطيع أجهزة الرصد أحادية المعيار توفير رؤية شاملة لجودة المياه، بينما يزيد استخدام أجهزة متعددة في آنٍ واحد من تعقيد النظام وتكاليف صيانته. لذا، تُعدّ أجهزة الاستشعار المتكاملة القادرة على رصد معايير رئيسية متعددة في وقت واحد ذات قيمة خاصة للفلبين.

يُعدّ كلٌّ من نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة (pH) مؤشراتٍ بالغة الأهمية لتقييم صحة المياه. ينشأ نيتروجين الأمونيا بشكلٍ أساسي من مياه الصرف الزراعي، ومياه الصرف الصحي المنزلية، ومياه الصرف الصناعي، وتُشكّل تركيزاته العالية سميةً مباشرةً للحياة المائية. أما نيتروجين النترات، وهو الناتج النهائي لأكسدة النيتروجين، فيُشكّل مخاطر صحية، مثل متلازمة الطفل الأزرق، عند تناوله بكمياتٍ زائدة. ويعكس النيتروجين الكلي إجمالي حمولة النيتروجين في الماء، وهو مؤشرٌ رئيسي لتقييم مخاطر التخثّر الغذائي. في الوقت نفسه، تؤثر درجة الحموضة (pH) على تحوّل أنواع النيتروجين وذوبان المعادن الثقيلة. في ظلّ المناخ الاستوائي للفلبين، تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة عمليات تحلّل المواد العضوية وتحوّل النيتروجين، مما يجعل الرصد الفوري لهذه المعايير ذا أهميةٍ بالغة.

تكمن المزايا التقنية لأجهزة الاستشعار رباعية الوظائف في تصميمها المتكامل وقدراتها على المراقبة الآنية. فمقارنةً بأجهزة الاستشعار التقليدية أحادية المعلمة، توفر هذه الأجهزة بيانات متزامنة عن عدة معلمات مترابطة، مما يُحسّن كفاءة المراقبة ويكشف عن العلاقات المتبادلة بين هذه المعلمات. على سبيل المثال، تؤثر تغيرات الرقم الهيدروجيني (pH) بشكل مباشر على التوازن بين أيونات الأمونيوم (NH₄⁺) والأمونيا الحرة (NH₃) في الماء، وهو ما يُحدد بدوره خطر تطاير الأمونيا. ومن خلال مراقبة هذه المعلمات معًا، يُمكن تحقيق تقييم أشمل لجودة المياه ومخاطر التلوث.

في ظل الظروف المناخية الفريدة للفلبين، يجب أن تتمتع أجهزة الاستشعار متعددة الوظائف بقدرة عالية على التكيف مع البيئة. فارتفاع درجات الحرارة والرطوبة قد يؤثر على استقرارها وعمرها الافتراضي، بينما قد يتسبب هطول الأمطار المتكرر في تغيرات مفاجئة في عكارة المياه، مما يؤثر على دقة أجهزة الاستشعار البصرية. لذلك، تتطلب أجهزة الاستشعار متعددة الوظائف المستخدمة في الفلبين عادةً تعويضًا لدرجة الحرارة، وتصاميم مقاومة للتلوث البيولوجي، ومقاومة للصدمات وتسرب المياه لتحمل بيئة الجزر الاستوائية المعقدة في البلاد.

تطبيقات في مراقبة مياه الري الزراعي

باعتبارها دولة زراعية، يُعدّ الأرز المحصول الغذائي الأساسي الأهم في الفلبين، ويُعتبر الاستخدام الأمثل للأسمدة النيتروجينية أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج الأرز. يوفر تطبيق أجهزة استشعار جودة المياه رباعية الوظائف في أنظمة الري الفلبينية دعمًا تقنيًا قويًا للتسميد الدقيق ومكافحة التلوث من مصادر غير محددة. من خلال مراقبة نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة في مياه الري في الوقت الفعلي، يستطيع المزارعون والفنيون الزراعيون إدارة استخدام الأسمدة بطريقة أكثر علمية، والحد من فقدان النيتروجين، ومنع جريان المياه الزراعية من تلويث المسطحات المائية المحيطة.

إدارة النيتروجين في حقول الأرز وتحسين كفاءة استخدام الأسمدة

في ظل المناخ الاستوائي للفلبين، يُعدّ اليوريا أكثر أنواع الأسمدة النيتروجينية استخدامًا في حقول الأرز. تُشير الأبحاث إلى أن فقدان الأمونيا عن طريق التطاير من اليوريا المُطبقة على سطح التربة في حقول الأرز الفلبينية قد يصل إلى حوالي 10%، وهو ما يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة حموضة مياه الري. عندما ترتفع درجة حموضة مياه حقول الأرز فوق 9 نتيجةً لنشاط الطحالب، يُصبح تطاير الأمونيا مسارًا رئيسيًا لفقدان النيتروجين، حتى في التربة الحمضية. يُساعد جهاز الاستشعار رباعي الوظائف المزارعين على تحديد التوقيت الأمثل وطرق التسميد من خلال مراقبة درجة الحموضة ومستويات نيتروجين الأمونيا في الوقت الفعلي.

استخدم باحثون زراعيون فلبينيون أجهزة استشعار متعددة الوظائف (4 في 1) لتطوير تقنية التسميد العميق المعتمدة على الماء للأسمدة النيتروجينية. تُحسّن هذه التقنية بشكل ملحوظ كفاءة استخدام النيتروجين من خلال التحكم العلمي في ظروف المياه في الحقل وطرق التسميد. تشمل الخطوات الرئيسية: إيقاف الري قبل التسميد ببضعة أيام للسماح للتربة بالجفاف قليلاً، ووضع اليوريا على السطح، ثم الري الخفيف للمساعدة في اختراق النيتروجين لطبقة التربة. تُظهر بيانات أجهزة الاستشعار أن هذه التقنية قادرة على توصيل أكثر من 60% من نيتروجين اليوريا إلى طبقة التربة، مما يقلل من الفاقد الغازي والجريان السطحي، ويزيد من كفاءة استخدام النيتروجين بنسبة 15-20%.

كشفت التجارب الميدانية في لوزون الوسطى، باستخدام أجهزة استشعار رباعية الوظائف، عن ديناميكيات النيتروجين في ظل طرق التسميد المختلفة. ففي التسميد السطحي التقليدي، سجلت أجهزة الاستشعار ارتفاعًا حادًا في نيتروجين الأمونيا بعد 3-5 أيام من التسميد، تلاه انخفاض سريع. في المقابل، أدى التسميد العميق إلى إطلاق نيتروجين الأمونيا بشكل تدريجي وممتد. كما أظهرت بيانات الرقم الهيدروجيني تقلبات أقل في درجة حموضة طبقة الماء مع التسميد العميق، مما يقلل من مخاطر تطاير الأمونيا. وقد وفرت هذه النتائج الآنية إرشادات علمية لتحسين تقنيات التسميد.

تقييم حمولة التلوث في أنظمة الري والصرف

تواجه المناطق الزراعية المكثفة في الفلبين تحديات كبيرة تتعلق بتلوث المصادر غير المحددة، ولا سيما تلوث النيتروجين الناتج عن تصريف مياه حقول الأرز. وتقوم أجهزة استشعار متعددة الوظائف (4 في 1) موزعة في قنوات الصرف ومياه الاستقبال برصد تغيرات النيتروجين باستمرار لتقييم الأثر البيئي لمختلف الممارسات الزراعية. وفي مشروع رصد في مقاطعة بولاكان، سجلت شبكات الاستشعار زيادة في إجمالي أحمال النيتروجين في مياه الصرف الزراعي بنسبة تتراوح بين 40 و60% خلال موسم الأمطار مقارنةً بموسم الجفاف. وقد ساهمت هذه النتائج في وضع استراتيجيات لإدارة المغذيات الموسمية.

لعبت أجهزة الاستشعار متعددة الوظائف دورًا محوريًا في مشاريع العلوم المدنية في المجتمعات الريفية الفلبينية. ففي دراسة أُجريت في باربازا، بمقاطعة أنتيك، تعاون الباحثون مع المزارعين المحليين لتقييم جودة المياه من مصادر مختلفة باستخدام أجهزة استشعار محمولة متعددة الوظائف. وأظهرت النتائج أن مياه الآبار استوفت معايير الرقم الهيدروجيني وإجمالي المواد الصلبة الذائبة، إلا أنه تم رصد تلوث بالنيتروجين (وخاصة نترات النيتروجين)، والذي ارتبط بممارسات التسميد في المناطق المجاورة. وقد دفعت هذه النتائج المجتمع إلى تعديل توقيت ومعدلات التسميد، مما قلل من مخاطر تلوث المياه الجوفية.

*جدول: مقارنة تطبيقات أجهزة الاستشعار 4 في 1 في أنظمة زراعية فلبينية مختلفة

كما يمكننا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ
1. جهاز قياس محمول باليد لقياس جودة المياه متعددة المعايير
2. نظام العوامات العائمة لقياس جودة المياه متعددة المعايير
3. فرشاة تنظيف تلقائية لمستشعر المياه متعدد المعايير
4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 وGPRS و4G وWIFI وLORA وLORAWAN

للحصول على مزيد من المعلومات حول مستشعرات المياه،
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة الإلكتروني: www.hondetechco.com
الهاتف: +86-15210548582