وتعد أجهزة استشعار التربة أحد الحلول التي أثبتت جدارتها على نطاقات أصغر ويمكن أن تصبح ذات قيمة لا تقدر بثمن للأغراض الزراعية.
ما هي أجهزة استشعار التربة؟
تتتبع المستشعرات حالة التربة، مما يتيح جمع البيانات وتحليلها آنيًا. تستطيع المستشعرات تتبع أي سمة من سمات التربة تقريبًا، مثل الحمض النووي للكائنات الحية الدقيقة المقيمة، مما يُحسّن من جودة ميكروبيوم التربة، ويزيد من الغلة، ويقلل من استهلاك الموارد.
وتستخدم أنواع أجهزة الاستشعار المختلفة في الزراعة أساليب متنوعة، مثل الإشارات الكهربائية وقياس انعكاس الموجات الضوئية، لتحديد الخصائص الميدانية الأساسية التي يمكن أن تحول العمليات الزراعية.
أنواع أجهزة استشعار التربة
يمكن لأجهزة استشعار التربة قياس خصائص التربة مثل محتوى الرطوبة ودرجة الحرارة والرقم الهيدروجيني والملوحة والرطوبة والإشعاع الضوئي وتوازن العناصر الغذائية—وخاصة العناصر الحيوية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم (NPK).
بالإضافة إلى فوائدها في إدارة المحاصيل، مثل تحسين جودة الحبوب وتقليل تسرب العناصر الغذائية، يمكن لأجهزة استشعار التربة أن تقدم معلومات عن التوقعات حول موارد المياه واستقرار الأراضي وتغير المناخ.
وتشمل حالات الاستخدام الأخرى جدولة الري، وتقييمات مستجمعات المياه، ووضع ملف تعريف للبيئة الميكروبية، والوقاية من أمراض النبات.
فوائد استخدام أجهزة استشعار التربة
يوفر تتبع حالة التربة فوائد عديدة للمزارعين والبستانيين، بما في ذلك زيادة إنتاجية المحاصيل وتحسين كفاءة الموارد. يتيح إنترنت الأشياء والخدمات السحابية وتكامل الذكاء الاصطناعي للمزارعين اتخاذ قرارات مبنية على البيانات.
تُحسّن المستشعرات استخدام الأسمدة، وتحافظ على صحة النباتات، وتُحسّن الموارد، وتُقلّل من الجريان السطحي وانبعاث الغازات التي تُضرّ بالبيئة. كما أن المراقبة المستمرة تمنع حدوث مشاكل، مثل تفشي مسببات الأمراض أو ضغط التربة.
إن مراقبة حالة التربة باستخدام أجهزة استشعار التربة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تحسين استخدام الأسمدة والمياه.'تشير التقديرات إلى أن حوالي 30% من سماد النترات المستخدم في الولايات المتحدة يُجرف ويُلوث مصادر المياه. حتى أنظمة الري المُتقنة قد تُهدر ما يصل إلى 50% من المياه، والزراعة مسؤولة عن 70% من استهلاك المياه العذبة عالميًا. لذا، فإن القدرة على تجديد رطوبة التربة بكفاءة وفعالية قد يكون لها تأثير كبير.
تركيب ومعايرة أجهزة استشعار التربة
سيكون لكل مستشعر دليل التثبيت الخاص به، ولكن التثبيت يتطلب عادةً حفر حفرة أو خندق داخل صف المحاصيل ووضع المستشعرات على أعماق متعددة، بما في ذلك بالقرب من جذور النبات.
على مساحة واسعة، تُملي أفضل الممارسات وضع أجهزة الاستشعار في مواقع تُشير إلى بقية الحقل أو نوع التربة المراد إدارتها، بالقرب من مصادر المياه، وعلى تماس مباشر مع التربة (أي بدون جيوب هوائية). كما يجب وضع علامات على مواقع أجهزة الاستشعار أو وضع علامات عليها على السطح لتجنب أي أضرار عرضية.
بالإضافة إلى التركيب السليم، تُعدّ معايرة المستشعر أمرًا بالغ الأهمية. تُسجّل مستشعرات التربة بيانات رطوبة التربة كمحتوى مائي حجمي (VWC)، ولكل نوع من التربة محتوى مائي حجمي خاص به. غالبًا ما تختلف حساسيات مستشعرات رطوبة التربة، وقد تحتاج إلى معايرة فردية.
استكشاف الأخطاء وإصلاحها
قد تحدث أعطال في المعدات نتيجةً لمشاكل كهربائية، أو تداخل من الحيوانات البرية، أو سوء توصيل الأسلاك. أي تسرب للهواء داخل مقياس التوتر السطحي سيجعله غير موثوق. إن التأكد من عمق التركيب الصحيح وطرق العزل المائي المناسبة يمكن أن يساعد في تجنب المشاكل المستقبلية.
تتضمن تقنيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الشائعة ما يلي:
فحص مصدر الطاقة والدوائر الكهربائية
تنظيف المستشعرات دون استخدام المواد الكيميائية
إجراء الصيانة الدورية لاستبدال الأجزاء التالفة حسب تعليمات الشركة المصنعة'دليل إصلاح s
مراقبة صحة التربة
تُقدم مستشعرات التربة استراتيجيةً أكثر دقةً وفعاليةً لتقييم صحة التربة. تُعادل تقييمات التربة التقليدية خزعةً، قد تستغرق أسابيع أو أشهرًا، حسب خصائص التربة.
قياسات المستشعرات أسرع بكثير، إذ تستغرق ساعة أو ساعتين لكل 50 فدانًا. تعرض المستشعرات كل ما يلزم لإدارة المحاصيل بكفاءة، بما في ذلك محتوى الماء، وتوتر الماء، ووجود المواد العضوية.—مؤشر رائع لصحة التربة بشكل عام—دون الحاجة إلى إزالة عينات التربة فعليًا.
التكامل مع أنظمة إدارة المزرعة
وفقًا لتقرير صادر عن StartUS Insights، تُعدّ مستشعرات التربة أكثر تقنيات مراقبة التربة تأثيرًا نظرًا لقابليتها للتوسع وكفاءتها وفائدتها. ويمكن تحسين إدارة المزارع من خلال دمج مستشعرات التربة مع تقنيات زراعية ناشئة أخرى، بما في ذلك رسم خرائط التربة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، والتصوير الجوي، وروبوتات مراقبة التربة الآلية، وأجهزة تتبع الانبعاثات، وتحليل التربة بتقنية الواقع المعزز، وتكنولوجيا النانو، وتكامل تقنية البلوك تشين.
التحديات والحلول في تكنولوجيا استشعار التربة
وفقًا لتقرير صادر عن جامعة نبراسكا عام ٢٠٢٠، تستخدم ١٢٪ فقط من المزارع الأمريكية مستشعرات رطوبة التربة لتحديد جداول الري. وقد أصبحت مستشعرات التربة أكثر فعالية بفضل التحسينات الكبيرة في إمكانية الوصول إليها، وسهولة استخدامها، وقدرات معالجة البيانات وعرضها، ولكن لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من التقدم.
يجب أن تصبح أجهزة استشعار التربة أكثر فعالية من حيث التكلفة وقابلة للتشغيل البيني لتتبناها عالميًا. توجد أنواع عديدة من أجهزة الاستشعار، مما يؤدي إلى نقص في التوحيد القياسي والتوافق.
تعتمد العديد من التقنيات الحالية على أجهزة استشعار خاصة، مما قد يُصعّب عملية التخصيص. تُبسّط التطورات في تكنولوجيا الاستشعار، مثل تلك التي طورتها جامعة كاليفورنيا في بيركلي، عملية الدمج لتوفير مراقبة مباشرة للبيانات وتعزيز اتخاذ القرارات السريعة في مختلف المجالات والأسواق.
دراسات الحالة: التنفيذ الناجح لأجهزة استشعار التربة
أجهزة استشعار التربة تساعد المزارعين على توفير المياه والمال
توصلت دراسة أجرتها جامعة كليمسون إلى أن أجهزة استشعار رطوبة التربة يمكن أن تزيد من إنتاجية المزارعين'يمكن زيادة متوسط الدخل الصافي بنسبة 20% عن طريق زيادة كفاءة الري في الحقول المختبرة التي زرعت الفول السوداني أو فول الصويا أو القطن.
ملاعب رياضية أكثر استدامة
تعتمد الملاعب الرياضية أيضًا على مستشعرات التربة. يُعد ملعب ويمبلي وحديقة سيتيزنز بانك (ملعب فريق فيلادلفيا فيليز) من بين الملاعب الرياضية التي تستخدم مستشعرات التربة للحفاظ على خصوبة أسطح اللعب مع تعظيم استخدام المياه والطاقة، وفقًا لشركة سويل سكوت، الشركة المصنعة لمستشعرات التربة.
الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا استشعار التربة
وتشمل الاتجاهات الناشئة تكنولوجيا النانو، مع جزيئات نانوية تعتمد على الذهب أو الفضة والتي تعمل على زيادة حساسية أجهزة الاستشعار للكشف عن ملوثات التربة مثل المعادن الثقيلة.
تستطيع أجهزة الاستشعار المُغطاة بمركبات نانوية تتبع خصائص التربة، ثم إطلاق العناصر الغذائية، مثل الأكسجين، استجابةً لتقلبات جودتها. وتُحسب مؤشرات حيوية أخرى، مثل أعداد ديدان الأرض، أو تنوع الكائنات الحية الدقيقة، من خلال تحليل الحمض النووي، لتحسين ميكروبيوم التربة.
وقت النشر: 9 أبريل 2024