تتمتع الفلبين، كدولة أرخبيلية، بموارد مائية وفيرة، لكنها تواجه أيضًا تحديات كبيرة في إدارة جودة المياه. تتناول هذه المقالة بالتفصيل حالات تطبيق مستشعر جودة المياه رباعي الوظائف (يرصد نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة) في مختلف القطاعات في الفلبين، بما في ذلك الري الزراعي، وإمدادات المياه البلدية، والاستجابة للكوارث الطارئة، وحماية البيئة. من خلال تحليل هذه السيناريوهات الواقعية، يمكننا فهم كيف تساعد تقنية المستشعرات المتكاملة هذه الفلبين على مواجهة تحديات إدارة جودة المياه، وتحسين كفاءة الرصد، وتوفير دعم البيانات في الوقت الفعلي لاتخاذ القرارات.
خلفية وتحديات مراقبة جودة المياه في الفلبين
باعتبارها دولة أرخبيلية تضم أكثر من 7000 جزيرة، تتميز الفلبين بتنوع مواردها المائية، بما في ذلك الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية والبيئات البحرية الشاسعة. ومع ذلك، تواجه البلاد تحديات فريدة في إدارة جودة المياه. فالتوسع العمراني السريع، والأنشطة الزراعية المكثفة، والتنمية الصناعية، والكوارث الطبيعية المتكررة (مثل الأعاصير والفيضانات) تُشكل تهديدات خطيرة لجودة موارد المياه. في ظل هذه الظروف، أصبحت أجهزة مراقبة جودة المياه المتكاملة، مثل جهاز استشعار 4 في 1 (الذي يقيس نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة) أدوات أساسية لإدارة جودة المياه في الفلبين.
تُظهِر مشاكل جودة المياه في الفلبين تباينًا إقليميًا. ففي المناطق الزراعية الكثيفة، مثل لوزون الوسطى وأجزاء من مينداناو، أدى الإفراط في استخدام الأسمدة إلى ارتفاع مستويات مركبات النيتروجين (وخاصةً نيتروجين الأمونيا ونترات النيتروجين) في المسطحات المائية. وتُشير الدراسات إلى أن خسائر تطاير الأمونيا الناتجة عن اليوريا المُستخدمة على السطح في حقول الأرز الفلبينية قد تصل إلى حوالي 10%، مما يُقلل من كفاءة الأسمدة ويُساهم في تلوث المياه. وفي المناطق الحضرية مثل مانيلا الكبرى، يُمثل تلوث المعادن الثقيلة (وخاصةً الرصاص) والتلوث الميكروبي مصدر قلق رئيسي في شبكات المياه البلدية. وفي المناطق المتضررة من الكوارث الطبيعية مثل إعصار هايان في مدينة تاكلوبان، أدى تلف شبكات إمدادات المياه إلى تلوث مصادر مياه الشرب بالبراز، مما تسبب في ارتفاع حاد في أمراض الإسهال.
تواجه أساليب مراقبة جودة المياه التقليدية قيودًا متعددة في الفلبين. يتطلب التحليل المخبري جمع العينات ونقلها إلى مختبرات مركزية، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلًا ويكلف الكثير، لا سيما في المناطق الجزرية النائية. إضافةً إلى ذلك، لا توفر أجهزة المراقبة أحادية المعلمة رؤية شاملة لجودة المياه، كما أن استخدام أجهزة متعددة في آن واحد يزيد من تعقيد النظام وتكاليف صيانته. لذا، تُعدّ أجهزة الاستشعار المتكاملة القادرة على مراقبة معايير رئيسية متعددة في آن واحد ذات قيمة خاصة للفلبين.
يُعدّ نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة (pH) مؤشراتٍ أساسيةً لتقييم صحة المياه. ينشأ نيتروجين الأمونيا أساسًا من الجريان السطحي الزراعي، ومياه الصرف الصحي المنزلية، ومياه الصرف الصناعي، وتُعدّ تركيزاته العالية سامةً مباشرةً للكائنات المائية. يُشكّل نيتروجين النترات، الناتج النهائي لأكسدة النيتروجين، مخاطر صحية، مثل متلازمة الطفل الأزرق عند تناوله بكميات زائدة. يعكس النيتروجين الكلي الحمل الكلي للنيتروجين في الماء، وهو مؤشرٌ رئيسيٌّ لتقييم مخاطر الإثراء الغذائي (التغذية المفرطة). في الوقت نفسه، يؤثر الرقم الهيدروجيني (pH) على تحوّل أنواع النيتروجين وذوبان المعادن الثقيلة. في ظلّ المناخ الاستوائي في الفلبين، تُسرّع درجات الحرارة المرتفعة عمليات التحلل العضوي وتحوّل النيتروجين، مما يجعل الرصد الفوري لهذه المعايير بالغ الأهمية.
تكمن المزايا التقنية لأجهزة الاستشعار الأربعة في تصميمها المتكامل وقدرتها على المراقبة اللحظية. بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار التقليدية أحادية المعلمة، توفر هذه الأجهزة بيانات متزامنة حول معلمات متعددة ذات صلة، مما يُحسّن كفاءة المراقبة ويكشف عن العلاقات المتبادلة بين المعلمات. على سبيل المثال، تؤثر تغيرات الرقم الهيدروجيني (pH) بشكل مباشر على التوازن بين أيونات الأمونيوم (NH₄⁺) والأمونيا الحرة (NH₃) في الماء، مما يُحدد بدوره خطر تطاير الأمونيا. من خلال مراقبة هذه المعلمات معًا، يُمكن إجراء تقييم أشمل لجودة المياه ومخاطر التلوث.
في ظل الظروف المناخية الفريدة للفلبين، يجب أن تُظهر أجهزة الاستشعار رباعية الأبعاد (4 في 1) قدرة عالية على التكيف مع البيئة. إذ تؤثر درجات الحرارة والرطوبة المرتفعة على استقرار جهاز الاستشعار وعمره الافتراضي، بينما قد يُسبب هطول الأمطار المتكرر تغيرات مفاجئة في عكارة الماء، مما يؤثر على دقة أجهزة الاستشعار البصرية. لذلك، تتطلب أجهزة الاستشعار رباعية الأبعاد (4 في 1) المُستخدمة في الفلبين عادةً تعويضًا حراريًا، وتصميمات مضادة للتراكم الحيوي، ومقاومة للصدمات وتسرب المياه، لتتحمل بيئة الجزر الاستوائية المعقدة في البلاد.
تطبيقات في مراقبة مياه الري الزراعي
نظراً لطبيعة الفلبين الزراعية، يُعدّ الأرز أهم محصول أساسي، ويُعد الاستخدام الفعال للأسمدة النيتروجينية بالغ الأهمية لإنتاج الأرز. يوفر استخدام أجهزة استشعار جودة المياه رباعية الأبعاد في أنظمة الري الفلبينية دعماً فنياً متيناً للتسميد الدقيق ومكافحة التلوث غير النقطي. من خلال مراقبة نيتروجين الأمونيا، ونيتروجين النترات، والنيتروجين الكلي، ودرجة الحموضة في مياه الري بشكل آني، يمكن للمزارعين والفنيين الزراعيين إدارة استخدام الأسمدة بطريقة علمية أكثر، وتقليل خسائر النيتروجين، ومنع الجريان الزراعي من تلويث المسطحات المائية المحيطة.
إدارة النيتروجين في حقول الأرز وتحسين كفاءة الأسمدة
في ظل مناخ الفلبين الاستوائي، تُعدّ اليوريا أكثر أنواع الأسمدة النيتروجينية استخدامًا في حقول الأرز. تُظهر الأبحاث أن فقدان الأمونيا المتطايرة من اليوريا المُستخدمة على سطح حقول الأرز الفلبينية قد يصل إلى حوالي 10%، وهو ما يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة حموضة مياه الري. عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني لمياه حقول الأرز عن 9 بسبب نشاط الطحالب، يُصبح تطاير الأمونيا سببًا رئيسيًا لفقدان النيتروجين، حتى في التربة الحمضية. يُساعد هذا المستشعر متعدد الاستخدامات المزارعين على تحديد التوقيت الأمثل للتسميد وطرقه من خلال مراقبة درجة الحموضة ومستويات نيتروجين الأمونيا في الوقت الفعلي.
استخدم باحثون زراعيون فلبينيون أجهزة استشعار رباعية الأبعاد لتطوير "تقنية وضع الأسمدة النيتروجينية عميقًا باستخدام الماء". تُحسّن هذه التقنية كفاءة استخدام النيتروجين بشكل ملحوظ من خلال التحكم العلمي في ظروف المياه في الحقل وطرق التسميد. تشمل الخطوات الرئيسية: إيقاف الري قبل أيام قليلة من التسميد للسماح للتربة بالجفاف قليلًا، ووضع اليوريا على السطح، ثم الري الخفيف لمساعدة النيتروجين على اختراق طبقة التربة. تُظهر بيانات المستشعر أن هذه التقنية قادرة على إيصال أكثر من 60% من نيتروجين اليوريا إلى طبقة التربة، مما يقلل من الفاقد الغازي والجريان السطحي، ويزيد من كفاءة استخدام النيتروجين بنسبة 15-20%.
أظهرت التجارب الحقلية في لوزون الوسطى باستخدام أجهزة استشعار رباعية الأبعاد (4 في 1) ديناميكيات النيتروجين تحت طرق تسميد مختلفة. في التسميد السطحي التقليدي، سجلت أجهزة الاستشعار ارتفاعًا حادًا في نيتروجين الأمونيا بعد 3-5 أيام من التسميد، أعقبه انخفاض سريع. في المقابل، أدى التسميد العميق إلى إطلاق تدريجي ومطول لنيتروجين الأمونيا. كما أظهرت بيانات الرقم الهيدروجيني (pH) تقلبات أقل في الرقم الهيدروجيني لطبقة الماء مع التسميد العميق، مما قلل من مخاطر تطاير الأمونيا. وقد وفرت هذه النتائج الآنية إرشادات علمية لتحسين تقنيات التسميد.
تقييم حمل تلوث مياه الري والصرف
تواجه المناطق الزراعية المكثفة في الفلبين تحديات كبيرة تتعلق بتلوث مصادر غير محددة، وخاصةً تلوث النيتروجين الناتج عن تصريف مياه حقول الأرز. وتُستخدم أجهزة استشعار رباعية الأبعاد، موزعة في قنوات الصرف ومياه الاستقبال، لمراقبة تغيرات النيتروجين باستمرار لتقييم الأثر البيئي لمختلف الممارسات الزراعية. وفي مشروع رصد في مقاطعة بولاكان، سجلت شبكات الاستشعار ارتفاعًا في أحمال النيتروجين الإجمالية بنسبة 40-60% في تصريف مياه الري خلال موسم الأمطار مقارنةً بموسم الجفاف. وقد أسهمت هذه النتائج في وضع استراتيجيات موسمية لإدارة المغذيات.
لعبت أجهزة الاستشعار رباعية الأبعاد دورًا محوريًا في مشاريع العلوم المدنية في المجتمعات الريفية الفلبينية. ففي دراسة أُجريت في باربازا، بمقاطعة أنتيك، تعاون باحثون مع مزارعين محليين لتقييم جودة المياه من مصادر مختلفة باستخدام أجهزة استشعار رباعية الأبعاد محمولة. وأظهرت النتائج أنه على الرغم من استيفاء مياه الآبار لمعايير الرقم الهيدروجيني (pH) وإجمالي المواد الصلبة الذائبة، فقد تم رصد تلوث بالنيتروجين (وخاصةً نترات النيتروجين)، مرتبطًا بممارسات التسميد القريبة. دفعت هذه النتائج المجتمع المحلي إلى تعديل توقيت ومعدلات التسميد، مما قلل من مخاطر تلوث المياه الجوفية.
*الجدول: مقارنة بين تطبيقات أجهزة الاستشعار الأربعة في واحد في الأنظمة الزراعية الفلبينية المختلفة
| سيناريو التطبيق | المعلمات التي تمت مراقبتها | النتائج الرئيسية | تحسينات الإدارة |
|---|---|---|---|
| أنظمة ري الأرز | نيتروجين الأمونيا، الرقم الهيدروجيني | أدى تطبيق اليوريا على السطح إلى ارتفاع الرقم الهيدروجيني وفقدان 10٪ من تطاير الأمونيا | تم تعزيز وضع المياه العميق |
| تصريف مياه الزراعة النباتية | نترات النيتروجين، النيتروجين الكلي | فقدان النيتروجين بنسبة 40-60% أعلى في موسم الأمطار | تعديل توقيت التسميد، وإضافة محاصيل التغطية |
| آبار المجتمع الريفي | نترات النيتروجين، الرقم الهيدروجيني | تم اكتشاف تلوث النيتروجين في مياه الآبار، درجة الحموضة القلوية | الاستخدام الأمثل للأسمدة، وتحسين حماية الآبار |
| أنظمة تربية الأحياء المائية والزراعة | نيتروجين الأمونيا، النيتروجين الكلي | الري بمياه الصرف الصحي تسبب في تراكم النيتروجين | بناء برك معالجة، والتحكم في حجم الري |
يمكننا أيضًا تقديم مجموعة متنوعة من الحلول لـ
1. عداد محمول لجودة المياه متعدد المعايير
2. نظام العوامات العائمة لجودة المياه متعددة المعايير
3. فرشاة التنظيف التلقائية لمستشعر المياه متعدد المعلمات
4. مجموعة كاملة من الخوادم ووحدة البرامج اللاسلكية، تدعم RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
لمزيد من المعلومات حول مستشعر المياه،
يرجى الاتصال بشركة Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
موقع الشركة: www.hondetechco.com
هاتف: +86-15210548582
وقت النشر: ٢٧ يونيو ٢٠٢٥