samacontrolدر نوشتار قبلی کنترل آبیاری هوشمند مورد بررسی قرار گرفت و دیدیم که با رویکرد مهندسی کنترل سه چالش اصلی در مدیریت آبیاری دقیق و تعیین نیاز آبیاری و اعمال آن به مزرعه وجود دارد. این سه چالش عبارت اند از:
- تصمیم‌گیری در خصوص مقدار آب موردنیاز گیاه با توجه به مراحل رشد و نمو، شرایط اقلیمی و بافت خاک
- چگونگی اعمال تصمیمات گرفته‌شده در خصوص مقدار آبیاری
- بازخورد گیری از وضعیت آبیاری صورت گرفته در مزرعه
در این مقاله به بخش اول، یعنی تصمیم گیری در خصوص نیاز آبیاری در آبیاری هوشمند می پردازیم. با ما همراه باشید:
روش های سنجش رطوبت خاک برای تعیین آبیاری دقیق
سنجش میزان رطوبت خاک از ارکان ضروری برای تعیین حجم آب موردنیاز برای آبیاری یا همان نیاز آبیاری است. به‌طورکلی راهکارهای سنجش رطوبت خاک شامل دو دسته کلی روش‌های مستقیم و غیرمستقیم می‌شوند. روش مستقیم شامل نمونه‌برداری میدانی از مزرعه و انجام فرآیند‌های زمان‌بر و پرهزینه برای تعیین آب موردنیاز گیاه هست که معمولاً در مراکز تحقیقاتی نیز این روش‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. از طرف دیگر روش‌های غیرمستقیم نیز به‌منظور انجام ساده‌تر این فرآیندها وجود دارد که شامل استفاده از راهکارها و الگوریتم‌ها و روش‌هایی برای محاسبه پارامترهای واسط و سپس تبدیل آن به میزان رطوبت است.
انواع روش های غیر مستقیم در اندازه گیری و سنجش رطوبت خاک
روش‌های غیرمستقیم را در یک تقسیم‌بندی دقیق‌تر می‌توان به حسگرهای سخت و حسگرهای نرم تقسیم‌بندی نمود. روش‌های بلوک گچی، تانسیومتر، نوترون متر، TDR و پرتوگاما جزء دسته حسگرهای سخت برای تعیین نیاز آبیاری هستند. در حسگرهای نرم از روش‌های محاسباتی برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود و معمولاً ارتباط سخت و فیزیکی با محیط ندارند. استفاده از روش‌های محاسباتی تبخیر و تعرق با استفاده از داده‌های هواشناسی برخط، سنجش و تحلیل تصاویر ماهواره‌ای، استفاده از روش‌ها و مدل‌سازی‌های محاسباتی و همچنین به‌کارگیری الگوریتم‌ها و روش‌های هوش محاسباتی برای به دست آوردن پارامترهای موردنیاز در مزرعه در دسته حسگرهای نرم قرار می‌گیرند. در جدول 1 مقایسه حسگرهای نرم و سخت آورده شده است.
مقایسه سنسورهای نرم و سخت در اندازه گیری های کشاورزی
| ردیف | عنوان معیار | ایستگاه هواشناسی محلی و حسگرهای فیزیکی محیطی (حسگرهای سخت) | خدمات هواشناسی برخط و سنجش‌ازدور ماهواره‌ای (حسگرهای نرم) | توضیحات بیشتر |
| ۱ | سطح کاربری | خرد و محلی | خرد یا کلان | هنگام استفاده از حسگرهای سخت، هزینه‌ها با افزایش مساحت تا حد زیادی افزایش می‌یابد؛ بنابراین، یا در فضاهای بسته یا در کارهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی از آن‌ها استفاده می‌شود. |
| ۲ | نیاز به فضای باز | ندارد | دارد | استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در فضاهای باز و بدون ابر قابل‌استفاده است؛ البته فقط درون فضاهای بسته مانند گلخانه‌ها یا دامداری‌ها، چاره‌ای جز استفاده از حسگرهای فیزیکی وجود ندارد، اما شاخص‌های بیرونی آن‌ها از طریق خدمات هواشناسی قابل دریافت است. |
| ۳ | هزینه تمام‌شده در هکتار | بالا | پایین | در صورت استفاده از تجهیزات معتبر، استاندارد، باکیفیت و کالیبره و همچنین بسته به تعداد و انواع حسگرهای سخت، هزینه بسیار بالا می‌رود؛ درحالی‌که در حسگرهای نرم، با افزایش مساحت، هزینه‌ها تا حد زیادی کاهش می‌یابد. |
| ۴ | هزینه تأمین انرژی و انتقال اطلاعات | بالا | ندارد | در حسگرهای سخت، هزینه‌ها و مسائل فراوان سیم‌کشی برای برق‌رسانی یا استفاده از سلول‌های خورشیدی و باطری و همچنین استفاده از تجهیزات و پروتکل‌های باسیم و یا بی‌سیم برای دریافت و انتقال داده وجود دارد. |
| ۵ | زمان و هزینه نصب و کالیبراسیون در محیط | بالا | ندارد | در حسگرهای سخت، نیاز به آزمایش جنس و ترکیب خاک و در شرایط هر اقلیم نیاز به کالیبره کردن دوره‌ای وجود دارد. |
| ۶ | نیاز به نگهداری و تعویض قطعات | دارد | ندارد | بسته به کیفیت حسگرهای سخت و تجهیزات استفاده‌شده، باطری‌ها و سلول‌های خورشیدی احتمالی، عمر مفید متوسط بسیاری از قطعات، غالباً از حدود ۲ تا ۷ سال است. |
| ۷ | هزینه و دغدغه محافظت و امنیت (امکان دزدی) | بالا | ندارد | در استفاده از حسگرهای سخت در فضای باز، نیاز به ساخت محفظه، دریچه، قفل و مانند آن یا وجود دیوار و نگهبان و… وجود دارد. |
| ۸ | پیش‌بینی انواع شاخص‌ها و رخدادهای هواشناسی آینده | ندارد | دارد | در سامانه‌های هواشناسی برخط، انواع پیش‌بینی‌ها به‌صورت محلی از حدود چند ساعت تا دو هفته و بیشتر ارائه می‌شود که قابلیت پیشنهاد تغییرات برنامه و همچنین هشدار دهی نسبت به خطرات را امکان‌پذیر می‌کند. |
| ۹ | داده‌های هواشناسی و تصاویر و شاخص‌های سال‌های گذشته | ندارد | دارد | در سامانه‌های برخط، داده‌ها تا چندین سال گذشته قابل دریافت، تحلیل و مقایسه است و می‌توان مسائل و مشکلات قبلی را از ابتدا شناسایی و اصلاح کرد. |
| ۱۰ | تصاویر و شاخص‌های پایش سلامتی مرئی و غیرمرئی ماهواره‌ای | ندارد | دارد | در سامانه‌های ماهواره‌ای، هرچند روز یک‌بار تصاویر جدید دریافت، تحلیل و پایش می‌شود تا بازخورد آبیاری و دیگر اعمال انجام‌شده در زمین گرفته شود (در حال حاضر، برای اکثر زمین‌ها معمولاً هر ۵ روز یک‌بار است که این بسامد در حال کاهش بوده و با رقابت‌های جاری، کمیت و همچنین کیفیت تصاویر در حال افزایش است). |
| ۱۱ | تعداد شاخص‌های ارائه‌شده | بسته به انواع حسگرهای استفاده‌شده | حدود ۲۰ شاخص گوناگون | با افزایش تعداد شاخص‌ها در حسگرهای سخت، هزینه‌ها مستقیماً افزایش می‌یابد. |
| ۱۲ | محاسبه تبخیر و تعرق مرجع | نیاز به حداقل ۵ حسگر مختلف | آماده | در سامانه‌های هواشناسی برخط، همه شاخص‌های لازم برای محاسبه تبخیر و تعرق آماده است. |
| ۱۳ | دقت نقطه‌ای شاخص‌ها | احتمالاً مقداری بالاتر | مناسب | در صورت استفاده از تعداد کافی تجهیزات معتبر، استاندارد، باکیفیت و کالیبره، دقت موردی داده‌ها در حسگرهای سخت تا حدودی بالاتر خواهد بود. |
| ۱۴ | دقت در کل سطح | جزئی | یکنواخت | در حسگرهای سخت، دقت به‌صورت نقطه‌ای امکان‌پذیر است و لزوماً قابل‌تعمیم به‌کل زمین نیست؛ اما در حسگرهای نرم، دقت در کل زمین به‌صورت یکنواخت وجود دارد. |
بر اساس آنچه در جدول مقایسه حسگرهای نرم و سخت آمده است و با توجه به محدودیت‌هایی که در مزارع و باغات وجود دارد استفاده از حسگرهای نرم برای تعیین نیاز آبیاری مناسب‌تر به نظر می‌رسد و علاوه بر کاهش هزینه‌ها دقت لازم برای مدیریت آبیاری دقیق را نیز فراهم خواهد کرد. برخی محدودیت‌های که در مزارع و باغات تجاری وجود دارد که وجود یک یا چند محدودیت زیر استفاده از حسگرهای سخت را مشکل می‌سازد.
- سرقت حس‌گرها
- هزینه‌های تأمین برق
- تعمیر و نگهداری گران
- نیاز به افراد خبره و متخصص برای بهره‌برداری و تعمیر و نگهداری
- مشکل در تأمین حس‌گرها
- عدم سهولت در کالیبراسیون دوره‌ای
- هزینه بالای حسگرهای سخت
- عدم‌جامعیت و پایش جزء کوچکی از باغ یا مزرعه
- هزینه‌های زیرساخت ارتباطاتی گران
روش محاسبه نیاز آبیاری گیاهان
بنابراین راه‌حل مناسب استفاده از حسگرهای نرم برای اندازه‌گیری و برآورد نیاز آبی دقیق است. برای این کار داده‌های هواشناسی از نزدیک‌ترین ایستگاه هواشناسی سازمان هواشناسی یا جهاد کشاورزی و یا داده‌های برخط خدمات دهندگان معتبر هواشناسی بین‌المللی دریافت شده و بر اساس روش پنمن-مانتیث فائو نیاز آبی محاسبه می‌گردد. مقدار ضریب Kc نیز بر اساس جداول ارائه‌شده در منابع معتبر و تصحیح لازم بر اساس روش‌های محاسباتی ارائه‌شده در منابع معتبر نظیر نشریه FAO56 استخراج می‌گردد. بعد از محاسبه نیاز آبی گیاه بر اساس ویژگی‌های بافت خاک و خروجی قطره‌چکان‌ها و شرایط گیاه نیاز آبیاری برای مدیریت آبیاری دقیق محاسبه می‌گردد.
کم آبیاری تنظیم شده آینده آبیاری دقیق
همچنین یک فناوری منحصربه‌فرد برای تعیین نیاز آبیاری به روش «کم آبیاری تنظیم شده» نیز وجود داردکه در این روش بر اساس مراحل رشد و نموی که گیاه در آن قرار دارد شاخص تحمل تنش کم‌آبی گیاه اندازه‌گیری شده و مقدار مجاز اعمال کم آبیاری تنظیم شده تعیین می‌گردد. لازم به ذکر است که استفاده از این روش مستلزم مطالعات اولیه در خصوص گیاهان موردنظر است.
درنتیجه می‌توان گفت که «سما» از حسگرهای نرم برای اندازه‌گیری داده‌های لازم و از روش پنمن-مونتیث فائو، برای تعیین نیاز آبی استفاده می‌کند و بر اساس پارامترهای بافت خاک و دیگر پارامترهای سیستم آب‌رسانی و در نظر گرفتن راندمان سیستم آب‌رسانی و فاکتورهای بهره‌برداری مدیریت آبیاری دقیق را انجام می دهد.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.