مجسات التربة: التعريف والأنواع والفوائد

تعد 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؟

تقوم أجهزة الاستشعار بتتبع ظروف التربة، مما يتيح جمع البيانات وتحليلها في الوقت الفعلي.يمكن لأجهزة الاستشعار تتبع أي خاصية للتربة تقريبًا، مثل الحمض النووي للكائنات الحية الدقيقة المقيمة، لتحويل التوازن نحو ميكروبيوم تربة أكثر صحة، وزيادة الإنتاجية، وتقليل استخدام الموارد.

تستخدم الأنواع المختلفة من أجهزة الاستشعار في الزراعة أساليب متنوعة، مثل الإشارات الكهربائية وقياس انعكاس موجات الضوء، للتأكد من 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 ودرجة الحموضة والملوحة والرطوبة والإشعاع الضوئي وتوازن العناصر الغذائية—بشكل رئيسي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم (NPK).

بالإضافة إلى فوائدها في إدارة المحاصيل، مثل تحسين جودة الحبوب وتقليل رشح المغذيات، يمكن لأجهزة استشعار التربة أن توجه التنبؤات حول موارد المياه، واستقرار الأراضي، وتغير المناخ.

وتشمل حالات الاستخدام الأخرى جدولة الري، وتقييمات مستجمعات المياه، والتنميط البيئي الميكروبي، والوقاية من أمراض النبات.

فوائد استخدام مجسات التربة

يوفر تتبع حالة التربة العديد من الفوائد للمزارعين والبستانيين، بما في ذلك زيادة إنتاجية المحاصيل وتعزيز كفاءة الموارد.يتيح إنترنت الأشياء والخدمات السحابية وتكامل الذكاء الاصطناعي للمزارعين اتخاذ قرارات تعتمد على البيانات.

تعمل المستشعرات على تحسين استخدام الأسمدة، والحفاظ على صحة النباتات، وزيادة الموارد، وتقليل الجريان السطحي وإطلاق الغازات التي تهاجم البيئة.كما تمنع المراقبة المستمرة حدوث مشكلات، مثل تفشي مسببات الأمراض أو ضغط التربة.

يمكن أن تؤدي مراقبة حالة التربة باستخدام مستشعرات التربة أيضًا إلى تحسين استخدام الأسمدة والمياه.هو - هي'ويقدر أن ما يقرب من 30% من سماد النترات المستخدم في الولايات المتحدة يغسل مصادر المياه ويلوثها.وحتى أنظمة الري الماهرة يمكن أن تصل إلى 50% من هدر المياه، والزراعة مسؤولة عن 70% من استخدام المياه العذبة على مستوى العالم.يمكن أن يكون للقدرة على تجديد رطوبة التربة بكفاءة وفعالية تأثير كبير.

تركيب ومعايرة أجهزة استشعار التربة

سيكون لكل مستشعر دليل التثبيت الخاص به، لكن التثبيت يتطلب عادةً حفر حفرة أو خندق داخل صف المحاصيل ووضع المستشعرات على أعماق متعددة، بما في ذلك بالقرب من جذور النباتات.

على مساحة كبيرة، تملي أفضل الممارسات الوضع في المواقع التي تشير إلى بقية الحقل أو نوع التربة المراد إدارتها، بالقرب من بواعث المياه، وعلى اتصال مباشر بالتربة (أي لا توجد جيوب هوائية).يجب أيضًا وضع علامة على مواقع الاستشعار أو وضع علامة عليها على السطح لتجنب حدوث أضرار عرضية.

بالإضافة إلى التثبيت الصحيح، تعد معايرة المستشعر أمرًا أساسيًا.تسجل أجهزة استشعار التربة بيانات رطوبة التربة كمحتوى مائي حجمي (VWC)، ولكل نوع من التربة حجم VWC خاص به.غالبًا ما تكون لأجهزة استشعار رطوبة التربة حساسيات مختلفة، وقد تحتاج إلى معايرتها بشكل فردي.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها

قد تحدث أعطال في المعدات بسبب مشاكل كهربائية، أو تداخل من الحياة البرية، أو توصيل الأسلاك بشكل خاطئ.أي تسرب للهواء إلى مقياس التوتر سيجعله غير موثوق به.يمكن أن يساعد ضمان عمق التثبيت الصحيح وطرق العزل المائي في تجنب المشكلات المستقبلية.

تتضمن تقنيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها الشائعة ما يلي:

التحقق من إمدادات الطاقة والدوائر

تنظيف الحساسات بدون استخدام المواد الكيميائية

إجراء الصيانة الدورية لاستبدال الأجزاء التالفة حسب تعليمات الشركة المصنعة'دليل الإصلاح

مراقبة صحة التربة

توفر أجهزة استشعار التربة استراتيجية أكثر دقة وانسيابية لتقييم صحة التربة.التقييمات التقليدية للتربة تعادل الخزعة، والتي يمكن أن تستغرق أسابيع أو أشهر، اعتمادًا على خصائص التربة.

تعد قياسات المستشعر أسرع بكثير، حيث تستغرق ساعة أو ساعتين لكل 50 فدانًا.تعرض المستشعرات كل ما هو ضروري لإدارة المحاصيل بكفاءة، بما في ذلك محتوى الماء، وتوتر الماء، ووجود المواد العضوية—مؤشر كبير على صحة التربة بشكل عام—دون الحاجة إلى إزالة عينات التربة فعلياً.

التكامل مع أنظمة إدارة المزرعة

وفقًا لتقرير StartUS Insights، تعد مستشعرات التربة أكثر تقنيات مراقبة التربة تأثيرًا نظرًا لقابليتها للتوسع وكفاءتها وفائدتها.إن الجمع بين أجهزة استشعار التربة وغيرها من تقنيات الزراعة المزدهرة، بما في ذلك رسم خرائط التربة التي تعمل بالذكاء الاصطناعي، والتصوير الجوي، والروبوتات الآلية لرصد التربة، وتتبع الانبعاثات، وتحليل التربة الواقع المعزز، وتكنولوجيا النانو، وتكامل blockchain، يمكن أن يؤدي إلى تحسين إدارة المزرعة.

التحديات والحلول في تكنولوجيا استشعار التربة

استنادًا إلى تقرير جامعة نبراسكا لعام 2020، تستخدم 12% فقط من المزارع الأمريكية أجهزة استشعار رطوبة التربة لتحديد جداول الري.أصبحت أجهزة استشعار التربة أكثر قابلية للتطبيق بسبب التحسينات الكبيرة في إمكانية الوصول وسهولة الاستخدام وقدرات معالجة البيانات وعرضها، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التقدم.

ويجب أن تصبح أجهزة استشعار التربة أكثر فعالية من حيث التكلفة وقابلة للتشغيل البيني من أجل اعتمادها على مستوى العالم.توجد أنواع عديدة من أجهزة الاستشعار، مما يؤدي إلى عدم التقييس والتوافق.

تعتمد العديد من التقنيات الحالية على أجهزة استشعار خاصة بها، مما قد يجعل التخصيص أمرًا صعبًا.تعمل التطورات في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار، مثل تلك التي طورتها جامعة كاليفورنيا في بيركلي، على تبسيط عملية الإعداد لتوفير مراقبة حية للبيانات وتعزيز اتخاذ القرارات السريعة عبر المجالات والأسواق.

دراسات الحالة: التنفيذ الناجح لأجهزة استشعار التربة

أجهزة استشعار التربة تساعد المزارعين على توفير المياه والمال

وجدت دراسة أجرتها جامعة كليمسون أن أجهزة استشعار رطوبة التربة يمكن أن تزيد من عدد المزارعين'متوسط ​​صافي الدخل بنسبة 20% عن طريق زيادة كفاءة الري في الحقول المختبرة التي تزرع الفول السوداني أو فول الصويا أو القطن.

مجالات رياضية أكثر استدامة

وتعتمد الأماكن الرياضية أيضًا أجهزة استشعار للتربة.يعد ملعب ويمبلي ومتنزه سيتيزنز بانك (موطن فريق فيلادلفيا فيليز) من بين الأماكن الرياضية التي تستخدم أجهزة استشعار التربة للحفاظ على أسطح اللعب الخصبة مع زيادة استخدام المياه والطاقة إلى أقصى حد، وفقًا لشركة Soil Scout التي تصنع مستشعرات التربة.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا استشعار التربة

وتشمل الاتجاهات الناشئة تكنولوجيا النانو، مع جزيئات النانو القائمة على الذهب أو الفضة والتي تزيد من حساسية أجهزة الاستشعار للكشف عن ملوثات التربة مثل المعادن الثقيلة.

يمكن لأجهزة الاستشعار المغطاة بمركبات نانوية تتبع خصائص التربة ومن ثم إطلاق العناصر الغذائية، مثل الأكسجين، استجابة لتقلبات جودة التربة.ويحسب آخرون المؤشرات الحيوية، مثل أعداد ديدان الأرض، أو تنوع الكائنات الحية الدقيقة، من خلال تحليل الحمض النووي، لتحسين ميكروبيوم التربة.