الطماطم (Solanum lycopersicum L.) من المحاصيل عالية القيمة في السوق العالمية، وتُزرع غالبًا تحت الري. وكثيرًا ما يُعيق إنتاج الطماطم ظروفٌ غير مواتية، مثل المناخ والتربة وموارد المياه. وقد طُوّرت تقنيات الاستشعار ورُكّبت حول العالم لمساعدة المزارعين على تقييم ظروف النمو، مثل توافر المياه والمغذيات، ودرجة حموضة التربة، ودرجة حرارتها، وتضاريسها.
العوامل المرتبطة بانخفاض إنتاجية الطماطم. الطلب على الطماطم مرتفع، سواءً في أسواق الاستهلاك الطازج أو في أسواق الإنتاج الصناعي (المعالجة). يُلاحظ انخفاض إنتاج الطماطم في العديد من القطاعات الزراعية، كما هو الحال في إندونيسيا، التي تعتمد بشكل كبير على أنظمة الزراعة التقليدية. وقد أدى إدخال تقنيات مثل تطبيقات وأجهزة الاستشعار القائمة على إنترنت الأشياء (IoT) إلى زيادة إنتاجية العديد من المحاصيل، بما في ذلك الطماطم، بشكل ملحوظ.
يؤدي نقص استخدام أجهزة الاستشعار الحديثة والمتنوعة، نتيجةً لنقص المعلومات، إلى انخفاض إنتاجية الزراعة. وتلعب الإدارة الرشيدة للمياه دورًا هامًا في تجنب فشل المحاصيل، وخاصةً في مزارع الطماطم.
رطوبة التربة عاملٌ آخر يُحدد إنتاجية الطماطم، إذ تُعدّ أساسيةً لنقل العناصر الغذائية والمركبات الأخرى من التربة إلى النبات. كما يُعدّ الحفاظ على درجة حرارة النبات أمرًا بالغ الأهمية، إذ يؤثر على نضج الأوراق والثمار.
تتراوح الرطوبة المثلى للتربة لنباتات الطماطم بين 60% و80%. أما درجة الحرارة المثالية لتحقيق أقصى إنتاج للطماطم فتتراوح بين 24 و28 درجة مئوية. وفوق هذا النطاق، يكون نمو النبات وتطور الأزهار والثمار دون المستوى الأمثل. وإذا تذبذبت ظروف التربة ودرجات الحرارة بشكل كبير، فسيكون نمو النبات بطيئًا ومتقزمًا، وستنضج الطماطم بشكل غير متساوٍ.
أجهزة الاستشعار المستخدمة في زراعة الطماطم. طُوّرت تقنيات عديدة لإدارة موارد المياه بدقة، تعتمد بشكل رئيسي على تقنيات الاستشعار القريب والاستشعار عن بُعد. لتحديد محتوى الماء في النباتات، تُستخدم أجهزة استشعار لتقييم الحالة الفسيولوجية للنباتات وبيئتها. على سبيل المثال، يمكن لأجهزة الاستشعار القائمة على إشعاع تيراهرتز، إلى جانب قياسات الرطوبة، تحديد مقدار الضغط على الشفرة.
تعتمد المستشعرات المستخدمة لتحديد محتوى الماء في النباتات على مجموعة متنوعة من الأدوات والتقنيات، بما في ذلك مطيافية المعاوقة الكهربائية، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، وتقنية الموجات فوق الصوتية، وتقنية تثبيت الأوراق. وتُستخدم مستشعرات رطوبة التربة ومستشعرات التوصيل لتحديد بنية التربة وملوحتها وتوصيلها.
أجهزة استشعار رطوبة التربة وحرارتها، بالإضافة إلى نظام ري آلي. للحصول على محصول مثالي، تحتاج الطماطم إلى نظام ري مناسب. يُهدد نقص المياه المتزايد الإنتاج الزراعي والأمن الغذائي. يضمن استخدام أجهزة استشعار فعّالة الاستخدام الأمثل لموارد المياه وزيادة إنتاجية المحاصيل إلى أقصى حد.
تُقدّر مستشعرات رطوبة التربة رطوبة التربة. تتضمن هذه المستشعرات المُطوّرة حديثًا لوحين موصلين. عند تعرض هاتين اللوحين لوسط موصل (مثل الماء)، تنتقل الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود. تُولّد هذه الحركة تيارًا كهربائيًا يُمكن رصده باستخدام الفولتميتر. يكشف هذا المستشعر عن وجود الماء في التربة.
في بعض الحالات، تُدمج مستشعرات التربة مع الثرمستورات لقياس درجة الحرارة والرطوبة. تُعالج البيانات من هذه المستشعرات وتُولّد خرجًا ثنائي الاتجاه أحادي الخط يُرسل إلى نظام التنظيف الآلي. عندما تصل بيانات درجة الحرارة والرطوبة إلى عتبات معينة، يُشغّل مفتاح مضخة المياه أو يُطفأ تلقائيًا.
بيورستور هو مستشعر إلكتروني حيوي. تُستخدم الإلكترونيات الحيوية للتحكم في العمليات الفسيولوجية للنباتات وخصائصها المورفولوجية. وقد طُوّر مؤخرًا مستشعر حيوي قائم على ترانزستورات كهروكيميائية عضوية (OECTs)، تُعرف عادةً بالمقاومات الحيوية. استُخدم هذا المستشعر في زراعة الطماطم لتقييم التغيرات في تركيب عصارة النبات المتدفقة في نسيجي الخشب واللحاء في نباتات الطماطم النامية. يعمل المستشعر آنيًا داخل الجسم دون التأثير على وظائف النبات.
بفضل إمكانية زرع المقاوم الحيوي مباشرةً في سيقان النباتات، فإنه يتيح مراقبة الآليات الفسيولوجية المرتبطة بحركة الأيونات في النباتات في ظروف الإجهاد الحيوي، كالجفاف والملوحة وانخفاض ضغط البخار وارتفاع الرطوبة النسبية. كما يُستخدم المقاوم الحيوي للكشف عن مسببات الأمراض ومكافحة الآفات، بالإضافة إلى مراقبة حالة المياه في النباتات.
وقت النشر: ١ أغسطس ٢٠٢٤