دنیای مکانیزاسیون کشاورزی
بنده دانشجوی دکتری مکانیزاسیون کشاورزی(گرایش انرژی) هستم
مقدمه
بی شک اهمیت غذا و امنیت غذایی به عنوان یکی از چالش های عصر حاضر و آینده از کسی پوشیده نیست. افزایش روزافزون جمعیت از یک سو و کمبود زمین های قابل کشت از سوی دیگر ، بشر را به سمت افزایش عملکرد در واحد سطح سوق داده است. از طرف دیگر کمبود آب و حساسیت دانشمندان در قبال حفظ محیط زیست و حفظ منابع انرژی ، متخصصین علوم کشاورزی را بر آن داشت تا با ایجاد شیوه های نوین در مدیریت مزرعه ،علاوه بر بهینه سازی مصرف نهاده ها، عملکرد را نیز افزایش داده و در نهایت بازده ی اقتصادی را بالا ببرند. درراستای چنین اهدافی بود که کشاورزی دقیق به عنوان یکی از نوین ترین راهکارها جهت کاربرد ابزار و ماشین در عملیات کشاورزی پا به عرصه ی دنیای تکنولوژی جدید نهاد.
کشاورزی دقیق، چشم اندازی از کشاورزی آینده است که ماهواره ها، حسگرها sensors))، نقشه ها و داده ها ی حاصل از دور سنجی(Remote sensing) را به کمک کشاورز آورده و دقت عمل او را بالا تر می برد. البته ایده اصلی کشاورزی دقیق در سال 1920 قوت گرفت ولی در حدود سال 1990 جنبه ی واقعی بیشتری پیدا کرد.
فرق اساسی بین کشاورزی مرسوم و کشاورزی دقیق، سوای بکارگیری تکنولوژی فضایی، سیستم های جانبی در کنار تجهیزات معمول در کشاورزی مرسوم در اندازه ی کوچکترین سطح ممکن به عنوان واحد مدیریتی است. بدیهی است که در سطح یک مزرعه هر چند کوچک، با متغیر های مختلفی روبرو هستیم .تفاوت ویژگی خاک قسمت های مختلف از یک سو و نیازهای گیاهان بخشهای مختلف از دیگرسو و نیز سایر عوامل متغیر در سطح مزرعه نیازمند اعمال مدیریت متغیر و متناسب با هر قسمت از مزرعه می باشد که نیاز به چنین مدیریت متغیری، فلسفه ی اصلی پیدایش سیستم کشاورزی دقیق بوده است. در این سیستم که گاهی آنرا کشاورزی "خاص مکانی " هم می نامند، بعد از برآورد مقدار اختلافات بین واحدهای مدیریتی مزرعه، میزان ورودی های(Inputs ) مختلف مانند بذر، سم، کود و عمق کاشت به تناسب اختلافات (نیازها) اعمال می شود . با این کار نهاده ها ی کشاورزی و مواد شیمیایی مصرفی همچون کود های شیمیایی، آفت کش ها و علف کشها دقیقاً به همان میزان مورد نیاز هر بخش کوچک از مزرعه، بکار برده می شود، نه بیشتر و نه کمتر.
یکی از موارد مهم در این تکنولوژی، نقشه های الکترونیکی (Electronic maps) هستند که توسط سیستم سنجش از راه دور (ماهواره ها و رادارها) از مزارع مختلف تهیه می شوند. این نقشه ها که مقدار اختلافات را در نقاط مختلف مزرعه نشان می دهند به حافظه ماشین های جدید که با تکنولوژی دقیق کار می کنند و تحت عنوان ماشین های پخش متغیر (Variable Rate Applications) می باشند سپرده می شوند تا این ماشین ها مقدار ورودی ها را براساس اطلاعات نقشه، به تناسب مقدار مورد نیاز اعمال کنند. علاوه بر نقشه های الکترونیکی، حسگرها نیز برای نشان دادن اختلافات درون مزرعه ای در نقاط مختلف آن، کاربرد بسزایی دارند.
علی رغم اینکه در نگاه اول کاربرد کشاورزی دقیق مدیریت پیچیده ای را می طلبد و از طرفی توجیه اقتصادی چنین سیستمی با تردید هایی مواجه است امّا بنظر می رسد با چالشهای موجود در جهان امروز، نسلهای آینده ناگزیر به روی آوردن، به چنین شیوه هایی خواهندبود. هرچند که در حال حاضر نیز این نوع سیستم مدیریت مزرعه درکشورهای پیشرفته بویژه امریکا در حال تبدیل به سیستم رایج کشاورزی می باشد. سهولت دسترسی به ابزارها و تکنولوژی پیشرفته در این کشورها و همچنین سطح وسیع اغلب مزارع، از دیگر عوامل روی آوردن این کشورها به این نوع سیستم کشاورزی است.
از جمله محدودیت های حاکم بر تکنولوژی دقیق در کشاورزی; هزینه ی نسبتاً بالای آن، لزوم تصحیح اولیه ی داده ها و نقشه های آن با واقعیت ها، عدم بیان علت ها (بلکه فقط معلولها و واقعیت های موجود را نشان می دهد) می باشد. بخاطر این محدودیت ها، کشاورز باید ابتدا به ارزیابی اقتصادی بکارگیری آن بپردازد و از همه مهمتر توصیه شده است که کشاورز باید به محاسبه و برآورد اختلاف داخل مزرعه ای خود اقدام کند و سپس اگر اختلاف درون مزرعه ای خود، از حدی بالاتر بود، از تکنولوژی دقیق استفاده کند. لازم است این نکته را متذکر شویم که اختلاف درون مزرعه ای می تواند اختلاف در پستی و بلندی، مقدار عنصر خاصی در خاک، حاصلخیزی خاک، عمق خاک زراعی و غیره باشد.

اهمیت کشاورزی دقیق و تکنولوژی آن با توجه به محدودیت منابع و افزایش روزافزون جمعیت، بسیار روشن است امّا آنچه باید مورد بحث قرار گیرد و در مورد آن تحقیق و بررسی جدی صورت گیرد؛ سیاست های کلان و برنامه ریزی های بلند مدّت و کوتاه مدّت کشور در ارتباط با این تکنولوژی است. انتقال بطنی وتدریجی این تکنولوژی، تناسب سازی بکارگیری ‌آن با وضعیت خاص کشور ، اعمال برنامه هایی جهت بکارگیری ‌آن در مناطق خاص کشور به صورت ‌آزمایشی و احداث مراکز تحقیقاتی در کنار این مناطق، تلاش درجهت تطبیق تکنولوژی موجود در کشور چه داخلی و چه وارداتی با این تکنولوژی، شکل های مختلفی هستند که در این ارتباط می توانند مدنظر قرار گیرند، که برای این منظور داشتن برنامه مدون و سیاست مشخص با پشتوانه ی اجرائی بالا، لازم به نظر می رسد.
تعریف کشاورزی دقیق
کشاورزی دقیق به روشی از مدیریت محصول اطلاق می گردد که بوسیله ی آن، واحدهای مختلف از یک زمین زراعی با سطوح مختلفی از نهاده ها مدیریت می شود که این مدیریت بستگی به پتانسیل عملکرد محصول در منطقه ی مورد نظر دارد. فواید انجام این روش از کشاورزی عبارت است از:
1- هزینه ی تولید محصول در منطقه ی مورد نظر کاهش یابد.
2- خطر آلودگی زیست محیطی به واسطه ی استفاده ی بهینه از کودها و مواد شیمیایی به حداقل می رسد.
کشاورزی دقیق یک سیستم مدیریت کشاورزی تکامل یافته است که شامل تعداد زیادی تکنولوژی می باشد. این ابزارهای تکنولوژی، اغلب شامل سیستم موقعیت یاب جهانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، سیستم سنجش و کنترل بازده، تکنولوژی پخش متغیر و سنجش از راه دور(دورسنجی) است.
کشاورزی دقیق ایده ای در سیستم زراعی می باشد که شامل توسعه‌ی سیستم فنی مدیریت با محوریت دانش و با هدف اصلی بهینه سازی سود می باشد. سیستم مدیریتی مذکور همان ایده ی مدیریت جزء به جزء مزرعه بوده و به بیان دیگر توانایی لازم جهت مدیریت هر یک از عملیات زراعی در مکان خاص خود در سطح مزرعه می باشد به شرطی که از نظر فنی و اقتصادی سودمند و با صرفه باشد. این سیستم شامل توانایی تغییر یا تعدیل در میزان بکاربردن نهاده ها و ورودی ها و عملیاتی چون عملیات شخم، مقدار بذر، مبارزه با علف هرز، کنترل آفات و بیماریها، عملیات کاشت و آبیاری می باشد.
کشاورزی دقیق را می توان در شکل های متفاوتی اجراکرد. یکی از گسترده ترین این شکل ها، مدیریت جزء به جزء هریک از پروسه های زراعی می باشد. این انتظار می رود که کاربرد مدیریت جزء به جزء به عوامل متعددی چون نوع خاک، نوع محصول، آب و هوای فصلی و سایر عوامل بستگی داشته باشد. به طور مثال در یک سال خشک، می توان آفات را فقط با سم پاشی در سطوح کوچک که آفات در آنجا وجود دارند کنترل کرد در حالی که در یک سال مرطوب بهتر است سم پاشی را بطور یکنواخت در کل مزرعه انجام داد.
از نظر فنی یکی از مهمترین جنبه های پیشرفت کشاورزی دقیق، پیشرفت در نرم افزارها و سخت افزارهای لازم جهت کاربرد نهاده های کشاورزی به صورت متغیر می باشد. تعداد قابل توجهی پروژه در این زمینه انجام شده و تعدادی شرکت نیز در سال های اخیر کاربرد تجهیزات پخش متغیر را توسعه داده اند. هدف اصلی این مقاله ارائه ی چشم اندازی از سیستم کشاورزی دقیق بوده که در ادامه مختصری از اجزای اصلی که در تجهیزات پخش متغیر کاربرد دارند آمده است.
هدف از کشاورزی دقیق
هدف کشاورزی دقیق، جمع آوری و پردازش داده های مرتبط با تنوع ویژگی های خاک و شرایط متغیر تولید محصول، جهت افزایش بهره وری از نهاده های مصرفی در واحدهای کوچکی از زمین زراعی است. جهت دستیابی به حداکثر راندمان، اختلافات موجود در زمین زراعی بایستی مورد توجه قرار گیرند.
افزایش بازده درمصرف نهاده های تولید محصول، به معنای استفاده ی کمتر از نهاده هایی همچون کودها و مواد شیمیایی است که البته کاهش مقدار ورودی ها به معنای استفاده ی بهینه از این مواد در مکان هایی که مورد نیاز است می باشد. مزایای چنین استفاده ی بهینه ای از دو جنبه ی اقتصادی و زیست محیطی قابل توجه می باشد. اندازه گیری هزینه های زیست محیطی در روش های تجاری بسیار سخت است. کاهش آلودگی خاک و آب های زیرزمینی حاصل از فعالیت های کشاورزی، می تواند فواید قابل توجهی برای کشاورز و جامعه داشته باشد.
اجزای تشکیل دهنده ی سیستم کشاورزی دقیق
1- سیستم موقعیت یاب جهانی: شامل شبکه ای از ماهواره ها می باشد که برای استفاده‌ی سازمان دفاع ایالات متحده توسعه یافته است و توسط این سازمان مدیریت می گردد. سیستم موقعیت یاب جهانی شامل 24 ماهواره است که به دور زمین در حال گردش هستند که اطلاعات زمانی و مکانی دقیق این ماهواره ها به سمت دریافت کننده های موجود در سطح زمین فرستاده می شود. دریافت کننده های زمینی می توانند این اطلاعات را همزمان از ماهواره های متعددی دریافت کنند که با این کار موقعیت مثلثی شکلی بوجود می آیدکه از طریق آن می توان مکان دقیق دریافت کننده را مشخص کرد.
2- سیستم اطلاعات جغرافیایی: یک نرم افزار کامپیوتری بر پایه ی داده ها است که وظیفه اش دریافت، ذخیره، بازیافت، بررسی و نمایش اطلاعات فضایی و جغرافیایی در غالب یک نقشه می باشد.
3- مانیتور های محصول: وسایل اندازه گیری عملکرد محصول هستند که بر روی تجهیزات برداشت نصب می گردند. داده های عملکرد بدست آمده از مانیتورها در فواصل زمانی منظم به همراه اطلاعات بدست آمده از موقعیت یاب جهانی ثبت و ضبط می گردد. نرم افزار GIS اطلاعات عملکرد را گرفته و نقشه ی عملکرد محصول را رسم می کند.
در حال حاضر وسایل سنجش عملکرد محصول جهت نصب روی مدل های جدید کمباین ها که توسط تولید کننده های مختلف به بازار آمده است مورد استفاده قرار می گیرد. این وسایل میزان عملکرد محصول را براساس زمان یا مسافت نشان می دهند(به طورمثال میزان عملکرد در هر ثانیه یا هر متر).
4- سیستم سنجش از راه دور: داده های تصویری سیستم سنجش از راه دور خاک و محصولات، مورد پردازش قرار گرفته و سپس به عنوان داده ی مبنا در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) مورد استفاده قرار می گیرند.
5- تکنولوژی پخش متغیر (VRT): شامل تجهیزات زراعی است که می توانند میزان نهاده های مصرفی و عملیات کاشت مورد نیاز را دقیقاً کنترل کنند.
ادوات پخش متغیر عبارتند از:
کودپاش های پخش متغیر
کنترل کننده های پخش متغیر جهت پخش کود های جامد، مایع و یا گازی مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها به وسیله‌ی کنترل کننده های دستی همچون راننده ی ماشینها و یا بطور خودکار توسط یک کامپیوتر مجهز به نقشه ی دقیق الکترونیکی کنترل می شوند.
سم پاش های پخش متغیر
با وجود اطلاع از موقعیت علف های هرز و با بکارگیری نقشه ی آنها، عملیات کنترل علف های هرز تکمیل می شود.کنترل کننده های در دسترس به صورت الکترونیکی و با تغییر در میزان مصرف علف کش مورد نیاز به مبارزه با علف های هرز مزرعه می پردازند .
6- نقشه های عملکرد محصول: دریافت کننده های GPS (Global Positioning System) به همراه کنترل کننده های عملکرد محصول وظیفه ی اعلام داده هایی همچون مختصات فضایی را به کنترل کننده های عملکرد محصول دارند. این داده ها به نقشه های عملکرد محصول مزرعه تبدیل می شوند. نقشه های عملکرد محصول دارای داده های مورد تأییدی هستند که نتایج حاصل از میزان اختلافات موجود در قسمت های مختلف مزرعه را بیان می کند.
7- نقشه های علف های هرز: یک کشاورز در هنگام دروکردن، انجام عملیات بذر پاشی و یا سم پاشی می تواند با استفاده از یک صفحه کلید و یا دکمه هایی که با گیرنده ی GPS تنظیم شده اند نقشه ی علف های هرز را رسم کند. سپس بایستی در مورد جزئیات این نقشه ها بر روی یک کامپیوتر مطالعه و نتیجه را با نقشه های عملکرد محصول، نقشه های کودپاشی و سم پاشی مقایسه کند و تصمیم های لازم و اساسی را جهت مبارزه با علف های هرز اتخاذ نماید.
8- نقشه برداری و مرزکشی: بدیهی است که با استفاده از سیستم DGPS با دقت بالا می توان نقشه های توپوگرافی دقیق هر مزرعه را تهیه نمود که این نقشه ها ما را در تفسیر هر چه بهتر نقشه ها ی عملکرد محصول و نقشه های علف های هرز وتصمیم گیری در خصوص تقسیم بندی مزرعه کمک می کند.
9- نقشه های شوری خاک مزرعه: این نوع نقشه ها نیز همانند نقشه های توپوگرافی در تفسیر نقشه های عملکرد و علف
های هرز مفید می باشند.
10- سیستم راهنما: در دنیای امروز تولید کننده های متعددی در حال تولید سیستم های راهنمای مجهز به سیستم DGPS با دقت بالا هستند که می توانند موقعیت دقیق ماشین ها ی در حال حرکت در مزرعه را حتی در حد یک فوت و یا کمتر شناسایی کنند.
11- داده ها وتجزیه و تحلیل آنها: به طور حتم حاصل بکارگیری کشاورزی دقیق در اداره ی مزرعه، استخراج توده ای از داده ها خواهد بود که توسط ابزارها و تجهیزاتی همچون حسگرها ی الکترونیکی در فواصل کوتاه زمانی جمع آوری می شوند. به همین منظور فضای زیادی جهت نگهداری این حجم وسیع از داده ها و نقشه های گرافیکی مورد نیاز است .
در ادامه به شرح قسمت های مختلف تکنولوژی پخش متغیر و سیستم سنجش از راه دور می پردازیم.
شکل زیر چرخه ی سیستم کشاورزی دقیق را نشان می دهد.
اجزای اصلی یک سیستم پخش متغیر در شکل مقابل نشان داده شده است. البته توجه به این نکته مهم است که وجود تمامی اجزای نشان داده شده در شکل ضروری نمی باشد ولی با پیشرفت و توسعه ی تکنولوژی پخش متغیر می توان به آن ها دست یافت.

کامپیوتر و کنترل کننده جزء مرکزی تجهیزات پخش متغیر می باشد. این وسیله اطلاعات را از منابع مختلفی دریافت کرده و به نوبت از آن ها جهت کنترل تجهیزات پخش متغیر استفاده می کند.
سیستم راهنما در کلیه فعالیت های کشاورزی دقیق سیستمی می باشد که موقعیت لحظه به لحظه ی تجهیزات را در حین کار در مزرعه مشخص می کند و داده را به شکل مناسبی در یک کامپیوتر ارائه می دهد. تکنولوژی که هم اکنون به عنوان یک سیستم مطلوب، مورد پذیرش واقع شده است سیستم موقعیت یاب جهانی می باشد. یک دریافت کننده GPS خطای لحظه ای به اندازه ای 100 متر دارد که چنین خطایی در سیستم کشاورزی دقیق مورد قبول نیست. خوشبختانه سیستم های متعددی جهت برآورد این خطا طراحی شده اند که این امکان را به سیستم GPS ماشین های زراعی می دهد تا موقعیت دقیق آن ها را بسته به تکنولوژی مورد استفاده در سه رنج اصلی ارائه دهد: (1) 2 تا 5 متر ، (2 )کمتر از 1 متر، (3) کمتر از 1 دسی متر. میزان این خطا به موقعیت افقی و عمودی (ارتفاع) بستگی دارد که خطای موقعیت عمودی معمولا 5 تا 15 برابر خطای موقعیت افقی می باشد. وجود اطلاعاتی پیرامون موقعیت عمودی در اکثر فعالیت های کشاورزی دقیق لازم نیست. تنها جهت توسعه ی نقشه های توپوگرافی است که به اطلاعات موقعیت عمودی به اندازه ی موقعیت افقی نیاز است. تعداد زیادی از فعالیت های کشاورزی دقیق است که به وجود سیستمی جهت تصحیح لحظه به لحظه متغیرها نیاز دارندتا بدین وسیله اطلاعات مکانی وسیله ی در حال کار در مزرعه درست و دقیق باشد. در کشاورزی دقیق تکنولوژی مکان یابی (GPS) بایستی به صورت RT-GPS به کار گرفته شود که این سیستم کشاورزی بایستی همیشه از سیستم تصحیح لحظه ای متغیرها به منظور کاهش خطای مکان یابی استفاده کند.
داده های سیستم اطلاعاتی جغرافیایی (GIS) که مربوط به عملیات زراعی ویژه ای می باشند پیش از آغاز عملیات زراعی بر روی سیستم کامپیوتر نصب می شوند. کامپیوتر و کنترل کننده میزان کاربرد پخش کننده های متغیر را که بر پایه ی دانش حاصل از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سنسورهای لحظه ای (Real Time) مداوماً کنترل می کند. به طور مثال میزان مطلوب پخش کود یکی از نتایج حاصل از آزمایش خاک، موقعیت مزرعه و محصول می باشد. نتایج حاصل از تفسیر آزمایش خاک که با دانستن موقعیت مزرعه پدید آمده است را بایستی در GIS وارد کرد و بر روی سیستم کامپیوتر و کنترل کننده ی کودپاش نصب کرد. چنانچه یک محصول کودپاشی شده در حال رشد باشد، اپراتور، محصول را از طریق صفحه کلید در کامپیوتر و کنترل کننده ثبت می کند و یا اگر دو محصول در نوارهای یکی در میان در حال رشد باشند این اطلاعات بایستی به عنوان دو موقعیت متفاوت در GIS ثبت گردیده و سپس بر روی سیستم کامپیوتر و کنترل کننده ی وسایل پخش متغیر نصب گردد. هنگامی که وسیله در حال کار در مزرعه می باشد، کامپیوتر وکنترل کننده ی وسیله پخش متغیر اطلاعات مکانی از RT-DGPSرا دریافت کرده و میزان پخش نهاده ی مورد نیاز و نوع محصول راکه تابعی از موقعیت مزرعه هستند جهت کنترل وسیله ی بکاربرده شده به هم مرتبط می سازند.گاهی نیز ممکن است یک حسگر لحظه ای در خاک موجود باشد که بتواند اطلاعات میزان پخش مورد نیاز کود را بدون نیاز به تکنیک های تفسیر نمونه ی خاک ارائه دهد.
تجهیزات بکار برده شده نیز ممکن است دارای حسگرهایی باشند که اطلاعات کمی از میزان واقعی پخش را در اختیار زارع قرار دهند. این اطلاعات به همراه موقعیت RT-DGPS می توانند به عنوان داده هایی از میزان پخش، ثبت گردند. چنین اطلاعات ثبت شده ای کشاورز را قادر می سازد تا بتواند علل وآثار را در سیستم کشاورزی دقیق تجزیه و تحلیل کرده و البته به طور حتم این بررسی در چگونگی اخذ تصمیمات آتی جهت اجرای پروسه کار با کامپیوتر و کنترل کننده موثر می باشد. برای مثال فرض کنید که اطلاعات کافی در طی چند سال جمع آوری شده و زارع نیز اطلاعات ثبت شده قبلی از اثرات تمامی نهاده ها بر سیستم اجرا شده در مکان مشخصی از مزرعه خود که محصولی را نیزدر بر داشته، دارد. در چنین شرایطی با استفاده ازسیستم GIS می توان علل و آثار را براساس فاکتورهای بسیاری تجزیه و تحلیل نموده و میزان پخش مواد شیمیایی را برای فصل های زراعی بعدی تنظیم نمود.

سرانجام از سیستم RT-DGPS می توان به عنوان راهنما در ماشین های زراعی استفاده کرد. دراغلب سیستم های راهنمای امروزی سیستم دیداری برای اپراتور در نظر گرفته شده است اما در آینده سیستم های راهنما به طور خودکار وسیله را راهنمایی خواهند کرد.
پس بطور خلاصه می توان گفت:
یک روش کنترل اختلافات در داخل مزرعه VRT است. VRT به کشاورز این امکان را می دهد تا نهاده های مصرفی را براساس خصوصیات واحدهای مختلف کشت استفاده نماید. نهاده هایی که میزان مصرف آنها می تواند متغیر باشد شامل شخم، کوددهی، کنترل علف هرز، کنترل آفات، تنوع کشت، تعداد گیاهان و آبیاری می شود.
اجزای یک سیستم VRT معمولی شامل کنترل کننده کامپیوتری، دریافت کننده ی GPS و نقشه ی داده های GIS می باشد. کنترل کننده کامپیوتری وظیفه ی تنظیم بکارگیری تجهیزات پخش نهاده را بر عهده دارد. کنترل کننده کامپیوتری با داده های GIS تکامل پیدا کرده است که این داده ها شامل دستورالعمل استفاده از تجهیزات می باشد. دریافت کننده ی GPS به یک کامپیوتر اتصال یافته است. کنترل کننده کامپیوتر از مختصات مکانی بدست آمده ازدستگاه GPS استفاده می کند تا بوسیله ی آن موقعیت ادوات و تجهیزات را بر روی نقشه ی مزرعه رسم شده توسط GIS تعیین نماید. کنترل کننده کامپیوتری دستورالعمل های سیستم GIS را خوانده و نهاده ی مورد نیاز در داخل زمین را با حرکت ادوات در سطح مزرعه بصورت متغیر پخش می کند. کنترل کننده کامپیوتری میزان دقیق نهاده ی مصرفی در هر واحد مزرعه ثبت می کند در سیستم GIS ذخیره می کند و به این ترتیب نقشه های نهاده ی بکار برده شده را تصحیح می کند.
اگرچه VRT میزان نهاده های مصرفی محصول را کنترل می کند، ولی فاکتورهایی همچون نوع خاک و درجه حرارت را نمی تواند کنترل کند.
طرز کارسمپاش پخش متغیر(VR)

شکل بالا تصویر مشخصی از سیستم یک سمپاش پخش متغیر (VR) را نمایش می دهد. بحث زیر طرز کار کلی اجزاء را ارائه می دهد ولی ممکن است حسگر ها و راههای کنترل متفاوتی برای هر جزء وجود داشته باشد. به وسیله ی چنین سم پاش هایی، اپراتور، مواد شیمیایی را در مخزن اصلی مخلوط نمی کند بلکه مواد درون ظرف باقی مانده و به مقدار مورد نیاز به تزریق کننده جایی که مواد به طور خودکار با آب مخلوط می شوند، پمپ می شود. این سیستم در مقایسه با سیستم مخلوط کننده در مخزن دارای محاسنی چون ایمنی بیشتر، مدیریت بهتر مواد شیمیایی مخلوط شده و کنترل و هدایت دستگاه به طور خودکار می باشد. پمپ سمپاش نیز طوری طراحی شده است که براحتی می توان میزان مواد شیمیایی وارد شده به درون سمپاش را کنترل کرد. مخزن آب نیز دارای سنسوری می باشد که به وسیله ی آن، کامپیوتر و کنترل کننده میزان آب باقی مانده ی درون مخزن را اندازه می گیرند. جریان کل سیال به وسیله ی سوپاپ کنترل جریان کنترل شده که این سوپاپ خود توسط کامپیوتر و کنترل کننده کنترل می شود. جریان کل لحظه ای سیال نیز بوسیله ی حسگرهای جریان سیال اندازه گیری شده و از این اطلاعات جهت تنظیم دقیق جریان سوپاپ کنترل توسط کامپیوتر وکنترل کننده استفاده می شود. میزان جریان سیال و موقعیت وسیله در هنگام سمپاشی به عنوان داده های قبلی برای GIS مرتباً در کامپیوتر ثبت می شود. این اطلاعات حاوی داده هایی از زمان و مقدار مواد شیمیایی مورد استفاده می باشد.
جهت روشن ساختن آینده ی این سیستم، زمانی را فرض کنید که در اواسط فصل رشد پنبه است. اپراتورGIS با در دست داشتن یک دستگاه GIS دستی وارد مزرعه می شود. هنگامی که منطقه ای مورد هجوم حشرات شناسایی می شود اپراتور می بایستی پیرامون منطقه ی شناسایی شده به همراه GIS حرکت کرده و بدین ترتیب موقعیت دقیق منطقه ی مورد حمله را شناسایی و ثبت کند. فرض کنید دو منطقه مورد هجوم مشخص شده است. اپراتور بایستی این دو منطقه را به زارع اطلاع دهد و زارع نیز بایستی نقشه ی مناطق مورد هجوم را ذخیره کند. نقشه بایستی علاوه بر مشخص کردن حشره ی شناسایی شده، تراکم تخمینی حشره را هم شامل باشد.

سپس زارع بایستی نقشه ی منطقه ی هجوم را وارد GIS مزرعه ی خود کند. نرم افزار GIS بایستی داده های مرتبط با وضعیت آب و هوایی، سن گیاه و پیشینه ی گیاه را بیازماید. نرم افزار GIS را باید طوری طراحی نمود که بتوان بوسیله ی آن رشد محصول و تأثیر حشرات بر روی عملکرد محصول را مدل سازی کرد. هدف از این کار مشخص کردن اثرات سمپاشی در سه حالت متفاوت است: 1- سمپاشی کل مزرعه به طور یکنواخت 2- سمپاشی تنها در منطقه ی مورد هجوم 3- بدون سمپاشی . فرض کنید این سیستم هوشمند تنها مناطق مورد هجوم را جهت سمپاشی مشخص کند بنابراین زارع بایستی نقشه های متعدد و مهمی را بر روی کامپیوتر وکنترل کننده ماشین سم پاشی نصب کند. در این حالت اطلاعات GIS شامل چندین نقشه می باشد: 1- نقشه ای که نشان دهنده ی مختصات مرزهای مزرعه است و شامل زمین های خارج از مزرعه مثل مسیرآب ها، جاده ها و غیره نمی شود. 2- نقشه ای که نشان دهنده ی مختصات مناطق کشت شده است. 3- نقشه ای که شامل موقعیت ردیف های محصول می باشد. 4- نقشه ای که مشخص کننده ی منطقه مورد هجوم و نام حشره است. می توان چنین فرض کرد که میزان پخش حشره کش در هر یک از مناطق مورد هجوم متغیر است. اطلاعات مربوط به میزان آب و مواد شیمیایی کل مورد نیاز جهت سمپاشی نقطه ای را نیز بایستی بر روی حافظه ی کامپیوتر وکنترل کننده نصب کرد.
هنگامی که اپراتور شروع به کار می کند، نرم افزار کامپیوتر و کنترل کننده، داده های بدست آمده توسط GIS را آزمایش می کند. صفحه نمایش کامپیوتر دستورالعملی مبنی بر نوع و میزان ماده ی شیمیایی و آب مورد نیاز جهت بارگیری در وسیله را ارائه و سپس اپراتور مخزن ماده ی شیمیایی را در وسیله قرار می دهد. در ادامه کامپیوتر اطلاعات را از یک میکروتراشه که روی مخزن قرار دارد خوانده و جهت اطمینان از استفاده درست از ماده شیمیایی مناسب برای محصول و حشره، اطلاعات را تست و بررسی می کند و در این حالت چگونگی پخش مناسب را تعیین می کند. همچنین کامپیوتر، حسگر مخزن را جهت اطمینان از وجود ماده شیمیایی کافی برای انجام سمپاشی تست و بررسی می کند. به منظور پرکردن مخزن آب، اپراتور از حوض آبی استفاده می کند که دارای یک سوپاپ در محل ورودی بوده و بوسیله کامپیوتر و کنترل کننده کنترل می شود. چنانچه مخزن، آب کافی نداشته باشد سوپاپ ورودی باز و هنگامی که به کامپیوتر فرمان برسد که آب کافی درون مخزن وجود دارد سوپاپ ورودی بسته می شود.
چنانچه اپراتور، مزارع بسیاری را در سطح منطقه سم پاشی کند، سیستم یک نقشه ی جاده ای از منطقه تهیه می کند که این نقشه درون کابین نمایش داده می شود. از سیستم RT-DGPS جهت نمایش موقعیت واقعی وسیله روی نقشه استفاده می شود. هنگامی که وسیله وارد زمین می شود، سیستم نمایش دهنده به طور خودکار تغییر وضعیت داده و نقشه ی مزرعه را به همراه موقعیت منطقه ی مورد هجوم نمایش می دهد. صفحه ی نمایش دهنده، اطلاعات جهت یابی را که نشان دهنده ی ردیف هایی است که اپراتور بایستی سمپاشی کند ، به اپراتور نشان می دهد. هنگامی که RT-DGPS از وجود وسیله در مزرعه خبر می دهد، سمپاش کار سمپاشی را شروع می کند. اپراتور، ردیف اولی را که به سمت آن هدایت شده سمپاشی می کند. هنگامی که سمپاش به مرز منطقه ی مورد هجوم حشرات می رسد، پمپ اصلی به صورت خودکار شروع به کار می کند و سوپاپ باز شده و سمپاش آب را توزیع می کند. هنگامی که وسیله به خط پایان، جایی که کار سم پاشی به پایان می رسد، دست می یابد می ایستد. این چرخه تا هنگامی که تمام مزرعه سمپاشی شود ادامه می یابد. البته لازم به ذکر است که گاهی تنها سمپاشی قسمتی از مزرعه لازم می باشد نه کل آن.
هنگامی که کار سم پاشی به پایان می رسد، اپراتور اطلاعات را ثبت کرده تا آن ها را در GIS جهت استفاده در پروژه های آتی بکار گیرد. این اطلاعات جهت ارزیابی تأثیر ماده شیمیایی و همچنین تصمیم گیری در پروژه های بعدی مفید می باشند.
بکارگیری سیستم سنجش از راه دور در کشاورزی دقیق
نقشه های خاک و زهکشی
مدیریت منطقه ای و نقشه های خاک
نقشه های خاک همواره جهت تعیین مدیریت منطقه ای مورد استفاده قرار می گیرند. نقشه های خاک به عنوان اطلاعات پایه ای در سیستم اطلاعات جغرافیایی مورد استفاده قرار می گیرند.
تکنیک کرت های نمونه گیری، نمونه های مجزایی از خاک را که از کرت های هم اندازه و یکسان در سطح مزرعه می گیرد. مشکلی که در این سیستم نمونه گیری وجود دارد وجود تنوع بسیار زیاد در نوع خاک هر کرت می باشد. چنین اختلافاتی تعیین ویژگی های خاک هر کرت را جهت مدیریت نهاده های مصرفی دشوار می سازد. . جهت به حداقل رساندن این مشکل، کرت های کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرد .بنابراین تعداد کرت ها افزایش یافته که در نتیجه ی آن بایستی نمونه های بیشتری تهیه کرد. نمونه گیری از خاک بیشرین بخش هزینه های کشاورزی دقیق را در بر می گیرد.
نقشه های زهکش
خطوط آجری زهکش زیر سطحی که از 50 سال قبل یا بیشتر درخاک زیرین نصب شده اند امروزه به صورت کامل یا جزیی از آن به خوبی کار می کند. اغلب، خطوط آجری قدیمی تر به واسطه ی مرگ صاحبان مزرعه یا فروش مزرعه از بین رفته است. در برخی از مناطق طرح تجهیز صاحبان مزرعه به صفحات زهکش آغاز گردیده است. این زهکش های دارای ثبت کننده های استانی می باشند. این عمل برای بدست آوردن نقشه های زهکشی دقیق برای اهدافی چون تعمیر و نگهداری و احداث سیستم های زهکش مفید می باشد. احداث زهکش های جدید ممکن است باعث قطع کردن و بریدن خطوط زهکش قبلی در مکان های نا شناخته گردد. ساخت کودده های دامی ای که باعث قطع کردن و برش خطوط قدیمی ناشناخته زهکش می گردد، موجبات آلودگی های زیست محیطی بواسطه ی نشت کود از خطوط قدیمی را فراهم می آورد.

به نظر می رسد عکس های رنگی مادون قرمز هوایی یک وسیله ی مؤثر جهت موقعیت یابی خطوط آجری زهکش های زیر سطحی می باشد. تصاویر هوایی مادون قرمز حالت های مختلفی از رنگ خاکستری را نشان می دهند که البته میزان این رنگ بستگی به نوع خاک و میزان رطوبت آن دارد. براساس میزان انعکاس از سطح خاک، میزان رطوبت و نوع خاک تعیین می گردد. در خاک های خشک میزان انعکاس بیشتر و در خاکهای مرطوب میزان بازگشت و انعکاس کمترین مقدار است. نتیجه ی حاصل از این تصاویر، تعیین محل دقیق خطوط زهکش و تعیین سلامت سیستم زهکش در مزرعه است.
عکس های رنگی هوایی معمولی جهت تعیین محل خطوط زهکش ها مورد استفاده قرار می گیرند. این عکس ها اطلاعاتی همانند اطلاعات عکس های رنگی مادون قرمز در اختیار کشاورز قرار می دهد با این تفاوت که هزینه ی آن ها کمتر است. به عنوان نمونه اگر خاک کاملا خشک باشد، خطوط زهکش قابل رؤیت نمی باشد(همانند عکسa). عکس(b) موقعیت زمین را پس از یک بارندگی کافی نمایش می دهد. جهت بدست آوردن عکس های با دقت بیشتر و با سرعت بیشتر، از تصاویر و عکس های هواپیما بهره می گیرند.
کنترل و مدیریت سلامت محصول
داده های حاصل از دورسنجی و عکس ها این امکان را برای کشاورز فراهم می آورد تا شرایط وسلامت محصولات را کنترل کند. دورسنجی چند طیفی(multispectral) ، نور منعکس شده ای را که با چشم غیر مسلح قابل رؤیت نمی باشد آشکار می کند. کلروفیل برگ گیاهان، رنگ سبز را منعکس می کند و این در حالی است که طول موج های قرمز و آبی منتشر شده از خورشید را جذب می کند. گیاهان تحت تنش، طول موج های متنوعی از نور را منعکس می کنند که این طول موج ها با طول موج هایی که از گیاهان سالم منعکس می شود تفاوت دارد. گیاهان سالم ا نرژی مادون قرمز بیشتری را نسبت به گیاهان ناسالم و با بافت اسفنجی منعکس می کنند. امواج مادون قرمز منعکس شده از سطح گیاهان، منطقه ی گیاهان تحت تنش و استرس را قبل از آنکه نمایان شوند مشخص کرده و بدین وسیله کشاورز زمان کافی برای بررسی تنش و کاربرد تیمار مناسب برای رفع تنش دارد.
تنش آبی
استفاده از سیستم دورسنجی برای تخمین مستقیم میزان رطوبت زمین موفق نبوده است. حسگرهای SAR (Synthetic Aperture Radar)، به رطوبت خاک حساس هستند و جهت تخمین میزان رطوبت به صورت مستقیم به کار می روند. اطلاعات حاصل از SAR نیازمند پردازش های زیادی جهت حذف پارازیت های غالب بر سطح زمین همانند ناهمواری ها، پوشش گیاهی و عوارض زمین می باشد.
کاهش میزان تبخیروتعرق محصول شاخص تنش رطوبتی وسایر مشکلات بوجود آمده برای گیاه ،همانند بیماری گیاه وهجوم حشرات می باشد. تصاویر دورسنجی با مدل شاخص تنش رطوبتی یک محصول(" CWSI") ترکیب می شود و جهت تخمین میزان تنوع رطوبتی درزمین زراعی مورد استفاده قرار می گیرد.
تصاویر هوایی همه رنگ نمایانگر مشکلات استفاده از تجهیزات آبیاری نقطه ای می باشد. نوارها در تصاویر پوشش گیاهی نقاطی هستند که مشخص کننده ی وجود مشکل در نازل های(سر لوله های) وسایل پخش آب می باشد.
مدیریت علف هرز
یکی از اهداف کشاورزی دقیق کاهش نهاده های مصرفی است که نتیجه ی آن صرفه جویی در هزینه ها و بهبود زیست محیطی می باشد. در روش های سنتی کشت و کار، علف کش ها در کل سطح زمین مورد استفاده قرار می گیرد، در حالیکه پخش متغیر با تشخیص دقیق مکانی، از علف کش ها تنها در مناطقی که علف های هرز وجود دارند استفاده می کند. دور سنجی هوایی تا به حال کارایی بسیار خوبی برای مدیریت و تعیین دقیق پراکندگی علف های هرز نداشته اند. برخی از مشکلاتی که با آن مواجه شده اند این است که علف های هرزطوری درسطح مزرعه پراکنده می شوند که از نظر طیف سنجی یکسانند و به تصاویر با دقت زیاد و کیفیت بسیار بالا جهت شناسایی آنها نیاز است.
استفاده از سیستم تکنولوژی ماشین بینایی بر روی سمپاش ها موجب تعیین مکان علف هرز به صورت مستقیم می شود. نزدیک شدن به محصولات موجب ایجاد کیفیت های بالای فضایی می شود. سیستم مشاهده ی ماشینی توانایی کار در زمین زراعی با قابلیت تغییرات آنی را دارا می باشد که جهت کنترل سمپاش ها مفید می باشد.
ردیابی حشرات
دورسنجی هوایی یا فضایی جهت تعیین محل دقیق حشرات بطور مستقیم موفق نبوده است. ردیابی غیر مستقیم حشرات در یک منطقه که بر اساس ظهور تنش در گیاهان صورت می گیرد در گیاهان یکساله کاربرد ندارد.آسیب های اقتصادی حاصل از درمان باآشکار شدن تنش توسط سنجش از راه دورافزایش می یابد. حشره شناسان ترجیح می دهند که به صورت مستقیم با دیده بانی حشرات را در مزرعه ردیابی کرده و با مبارزه ی شیمیایی آن ها را از بین ببرند تا عمل آنها موثر و همچنین اقتصادی باشد.
تنش مواد غذایی
با بهره گیری از تصاویر هوایی رنگی مادون قرمز می توان تنش نیتروژن را در یک مزرعه مشخص نمود. انعکاس طول موج های نزدیک مادون قرمز بستگی بسیار زیاد به مقدار نیتروژن موجود در زمین دارد. تخمین مقدار نور قرمز منعکس
شده جهت تعیین واقعی بازده محصول مناسب است.

سیستم های پشتیبانی ازتصمیمات مدیریتی
تنها بدست آوردن اطلاعات از اختلافات مزرعه مشکلی را رفع نمی کند ، بلکه چند نوع سیستم پشتیبانی از تصمیمات("DSS ") به منظور ارائه ی توصیه های VRT نیاز است. Russoو Dantinneمراحل زیر را برای یک DSSپیشنهاد کرده اند:
1- مناطق زیست محیطی و بیولوژیکی وپروسه هایی که قابل کنترل ویا قابل تبدیل جهت هر چه بهتر شدن تولید هستند در داخل مزرعه مشخص شود .
2- حسگرها و تجهیزات پشتیبانی برای ثبت و ضبط اطلاعات انتخاب شود.
3- انتخاب، ذخیره و تبادل اطلاعات بدست آمده از زمین صورت پذیرد.
4- داده ها با پردازش مناسب به اطلاعات و دانش مورد استفاده تبدیل گردد.
5- اطلاعات به گونه ای در غالب یک فرم تهیه شوند که قابل تفسیر جهت اخذ تصمیمات درست باشند.
چشم اندازی به آینده و توسعه
ماهواره های نسل آینده تصاویر با دقت بیشتر در اختیار ما قرار می دهند و همچنین پرتاب ماهواره های بیشترموجب افزایش دقت تصاویر می گردد.همچنین زمان رسیدن داده های حاصل از دورسنجی به پایگاه های زمینی توسعه داده خواهد شد. روزی ماهواره هایی خواهیم داشت که داده های دورسنجی را در آن واحد در اختیار ما می گذارند. علاوه بر این تحقیقات دانشگاهی بیشتر از پیش روی دلایل تنوع منظم خاک و محصول تمرکز می کند تا بتواند این تغییرپذیری را اندازه بگیرد. همچنین تاکید بیشتری بر روی تکنولوژی انتقال اطلاعات از دانشگاه به مراکز کشاورزی خواهد شد. علاوه بر این، بهای داده های دورسنجی و سایرتجهیزات مرتبط باکشاورزی دقیق در آینده کاهش می یابد تا جایی که هم اندازه ی سود حاصل از آن باشد.این کاهش جز با ورود شرکت های بیشتر دربخش تکنولوژی اطلاعات کشاورزی به بازار میسر نخواهد شد.
کشاورزی دقیق را باید از کجا آغاز کرد؟
کشاورزی دقیق را نمی توان تنها با یک دستگاهGPSیا یک کنترل کننده ی عملکرد محصول در مزرعه اجرا کرد.این سیستم را زمانی می توان در مزرعه به طور کامل پیاده کرد که کشاورز یک سیستم مدیریتی جدید را در مزرعه خود بکارگیرد.بدون شک مهم ترین وابتدایی ترین عامل پیشرفت و مؤفقیت در اعمال کشاورزی دقیق، افزایش معلومات و اطلاعات کشاورز در خصوص منابع طبیعی مزرعه می باشدکه این خود موجب ایجاد درک بهتری از نوع خاک، هیدرولوژی،میکرواقلیم ها وعکس های هوایی می شود. یک کشاورز بایستی این توانایی را داشته باشدتا قبل از آنکه نقشه ی عملکرد محصول بدست وی برسد بتواند عوامل مختلف موجود در مزرعه را که در میزان عملکرد محصول مؤثر هستند شناسایی کند. نقشه های عملکرد محصول نیز فقط به عنوان یک داده ی مورد تایید که نتایج حاصل از میزان اختلافات موجود درقسمت های مختلف مزرعه رانشان می دهد برای کشاورز مفید است.
یکی از مهم ترین منابع اطلاعاتی عکس هوایی تهیه شده توسط ماهواره ها از مزرعه می باشد که بدون وجود آن کشاورز نباید سیستم کشاورزی دقیق را در مزرعه ی خود اعمال کند.
طبق نظر دکتر بهروزی لار ، استاد بازنشسته ی دانشگاه تهران، برای شروع کشاورزی ماهواره ای می توانیم از مزارع بزرگ مانند دشت مغان با 48هزار هکتار مساحت ،آستان قدس با صنایع جانبی نیشکر با 80 هزار هکتار زمین به طور آزمایشی شروع کنیم و اگر نتیجه رضایت بخش بود که قطعا چنین است این شیوه را به کل کشور تعمیم دهیم.


موضوع مطلب : کشاورزی دقیق (precision farming)
موضوعات
صفحات وبلاگ
امکانات جانبی




چاپ تضمینی مقالات کشاورزی در مجلات ISI
یاحضرت فاطمه زهرا 14685503473080344567.jpg" rel="shortcut icon">
 
 
بالای صفحه