الاستشعار عن بعد في رصد فعالية تدابير مكافحة التآكل

التحدي العالمي المتمثل في تآكل التربة

إن تآكل التربة هو أحد أكثر التهديدات البيئية إلحاحا التي تواجه الأراضي الزراعية والهياكل الأساسية والنظم الإيكولوجية الطبيعية في جميع أنحاء العالم، ووفقا لمنظمة الأغذية والزراعة، فإن التآكل لا يزيل سوى ٧٥ بليون طن من أعالي التربة الخصبة سنويا، ويقلل الانتاجية الزراعية ويزيد من الترسبات في المجاري المائية، وتقدر التكلفة الاقتصادية بأكثر من ٤٠٠ بليون دولار سنويا، كما أن الأساليب التقليدية لرصد عمليات المسح في حقول التحات، والحواجز التي تتآكل، والرسومات التي تحافظ على العمل غير مسبوقة.

إن تدابير مراقبة التآكل - التي تُتخذ من الغطاء النباتي إلى هياكل مصممة مثل الترسبات وفحص السدود - مصممة لتثبيت التربة، والحد من سرعة تصريف المياه، وربط الفخ، ومع ذلك، فإن رصد ما إذا كانت هذه التدخلات تعمل يتطلب رصدا متسقا للتغييرات السطحية للأراضي، وصحة النباتات، والتعديلات الطبوغرافية، وتتحقق تكنولوجيات الاستشعار عن بعد تقدماً ملموساً في مجال تحقيق تقدم موضوعي ويمكن قياسه وتكراره.

أساسيات الاستشعار عن بعد لرصد التآكل

والاستشعار عن بعد ينطوي على الحصول على معلومات عن سطح الأرض دون اتصال مادي مباشر، إذ أن أجهزة الاستشعار المثبتة على السواتل أو الطائرات أو الطائرات بدون طيار تكشف عن الإشعاع الكهرومغناطيسي أو المنبعث عبر مختلف الأنهار الموجية، وتجهز هذه البيانات لإنتاج الصور والمنتجات المشتقة التي تكشف عن خصائص بيولوجية فيزيائية ذات صلة بالتحات، مثل كثافة الغطاء النباتي، ورطوبة التربة، والاختلال السطحي، والارتفاع.

الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل

وتوفر البرامج الساتلية أوسع نطاق للتغطية المكانية وأطول السجلات الزمنية، وتوفر برامج مثل لاندسات 30 متراً منذ عام 1972، وأجهزة الاستشعار الضوئي التابعة للوكالة الفضائية الأوروبية - 2 (10-20 متراً منذ عام 2015)، وأجهزة السواتل التجارية مثل WorldView-3 (حل الغلايات) بيانات تناسب مختلف مستويات التحليل.

مركبات جوية غير مأهولة (الدنيا)

وتسد الطائرات العمودية الفجوة بين الدراسات الاستقصائية الميدانية والصور الساتلية، ويمكن نشرها عند الطلب، وتطير تحت الغطاء السحابي، وتحمل أجهزة استشعار تلتقط صوراً عالية الاستبانة (المقياس المركزي)، وبالنسبة لرصد التحات، فإن الطائرات بدون طيار لها قيمة خاصة لتقييم تدابير الرقابة الصغيرة مثل البطاقات الأرضية، والطرق المائية المزروعة، وظروف الكشف عن الخراب.

طراز LiDAR و Photogrammetry

ويستخدم الكشف عن النور ورشه (LiDAR) نبضات الليزر لقياس المسافات إلى الأرض، واختراق الغطاء النباتي لرسم الطبوغرافيا الطبقية باستخدام نظام الليدرولوجيا المستمد من مادة الليديريد، وأجهزة التحكم بالأشعة الليدرالية، ورسم الترسبات الساتلية، وتقييمات كمية قياس الحجم في الغلالات.

تدابير مراقبة التآكل وتطبيقات الاستشعار عن بعد

والاستشعار عن بعد لا يحل محل الملاحظات الميدانية ولكنه يصف سياقها المكاني والزمني، ويُذكر أدناه فئات رئيسية من تدابير مكافحة التحات وكيفية تطبيق تقنيات الاستشعار عن بعد لرصد فعاليتها.

التدابير النباتية

ويُعدّ تحسين الغطاء النباتي أكثر الطرق فعالية واستعمالاً في مجال مكافحة التحات، إذ تشير الدراسة التي أجريت على نطاق واسع بشأن التربة، أو على ضوء ما إذا كانت البيانات المتعلقة بالتحلل في التربة، أو المواد العضوية تؤدي إلى تحسين التسرّب، أو إلى تقييم الغطاء النباتي من خلال المؤشرات الاصطناعية.

التدابير الهيكلية: التأجيج والتحقق من السدود

وتعيد تلال التلال إلى شرائح من المستويات، وتخفض طول المنحدرات وسرعة الجرعات، وتشكل السدود المتحققة حواجز صغيرة تُبنى عبر الغلايات لصيد الرواسب، وتستلزم هذه الهياكل كشف التغيرات الطوبوغرافية وتراكم الرواسب، ويمكن أن تحدد معدلات التحلل الضوئي العالية الاستبانة من ليدار أو قياسات الترسبات الفوقية، قياساً للهيكل الهندسي المتناوب.

3-3- المناقصات الأرضية والتغطية الأرضية

وكثيرا ما تستخدم أغطية التحكم في النسيج الجغرافي والتآكل في منحدرات شديدة الوطأة أو مواقع البناء لحمل التربة أثناء إنشاء الغطاء النباتي، والاستشعار عن بعد لهذه المواد أمر صعب لأنها مؤقتة ومتشابهة في كثير من الأحيان في التربة، غير أن الصور ذات الاستبانة العالية جدا (المتر الفرعي) من اللمباتات المتعددة النباتات أو السواتل ذات العوارض التجارية يمكن أن تحدد وجودها وتحللها بمرور الوقت.

زراعة الوحدات وتنظيفها

وتشتمل زراعة المفاعلات على التحف على طول خطوط الارتفاع، بينما تُجرّد المساحات البديلة للمحاصيل المعرضة للتحات مع المحاصيل الغطائية، وتخفض سرعة الركض ورواسب الشراك، ويمكن للاستشعار عن بعد أن يقيّم فعالية هذه الممارسات بكشف الغطاء المخلف للمحاصيل، واتجاه التسلسل، ونمو الغطاء النباتي المتباين.

تقنيات تحليل البيانات

ويجب تجهيز بيانات الاستشعار عن بعد بواسطة السحب من أجل الحصول على معلومات مفيدة عن فعالية مكافحة التحات، وقد أصبحت عدة أساليب تحليلية معيارية في الميدان.

تغيير كشف البيانات

ويحدد اكتشاف التغيير الاختلافات في الخصائص السطحية للأراضي بين نقطتين أو أكثر من النقطتين الزمنيتين، ويمكن أن يكون من السهل جذب صور النيتروز إلى البحث عن مناطق تسودها التخضير أو البن، أو على نحو ما هو متقدم في استخدام الخوارزميات مثل سلسلة زمنية مستمرة لتحديد التغيرات وتصنيفها، على الرغم من أن رصد التحات، يبرز الكشف عن التغيير حيث يكون التحات نشطاً (مثل توسيع نطاق تدابير التحلل، وتطويع التربة).

التصنيف والتعلم في مجال الآلات

ويمكن أن يرسم التصنيف المشرف وغير المشرف لصور الاستشعار عن بعد خرائط لملامح التحات وهياكل الرقابة، وقد تم بنجاح تطبيق نماذج التعلم من الآلات، مثل الغابات العشوائية، وأجهزة الدعم، والشبكات العصبية الثورانية، لتحديد الرواسب، والسدود المتحققة، وندباتات التحات عند التصوير بالطائرات بدون طيار أو بالسواتل، وتتيح بيانات التدريب المستمدة من الدراسات الاستقصائية الميدانية التمييز بين تدابير التحكم في حالة الأمطار، والتنبؤات المتخلفة.

تحليل طبغرافي من معهد الدراسات والبحوث

وتتيح نظم إدارة الأراضي التي تستخدمها الوكالة الألمانية للتعاون التقني إجراء حساب دقيق لخصائص التضاريس - المتخلفات، الجانب، المنحنى، تراكم التدفق الذي يحكم عمليات التحات، ويمكن أن تؤدي الدراسات الاستقصائية المتعددة المراحل عن البرمجيات (Repeat LiDAR) إلى إحداث فارق بين نظم الإدارة البيئية، مما يُحدِّد التغيرات الكمية في الطبقات الطبوغرافية، وعلى سبيل المثال، أظهرت دراسة استقصائية عن قياس مدى عدم التيقية المقاييس التي أجريت على مدى التآكل في إطار الحدود الأرضية المتزامنة

Advantages of Remote Sensing in Erosion Monitoring

(ب) [التحول الواضح إلى الاستشعار عن بعد] هو مدفوع بمزايا واضحة على الأساليب التقليدية. التغطية الواسعة النطاق

وبالإضافة إلى ذلك، توفر محفوظات الاستشعار عن بعد خطوط الأساس التاريخية، وتتيح صور لاندسات التي تعود إلى السبعينات تحليل معدلات التحات وقياس الرقابة على الأداء على مدى عقود من الزمن، وهو منظور زمني لا يمكن تحقيقه عن طريق الرصد الأرضي، وتخول هذه البيانات مديري الأراضي اتخاذ قرارات تستند إلى العلم بشأن كيفية الاستثمار في مكافحة التحات وكيفية تكييف الاستراتيجيات في ظل الظروف المناخية المتغيرة.

التحديات والحدود

ورغم قوته، فإن الاستشعار عن بعد ليس بدون قيود. يمكن أن يشمل الغطاء النباتي ، ويضمن وجود صور ساتلية بصرية لفترات طويلة، ولا سيما في المناطق المدارية والمناطق الجبلية، ويخفف هذا التقييد جزئياً من خلال أجهزة الاستشعار بالرادارية التي لا تزال تخترق الغيوم، ولكن بيانات البحث عن المواد الكيميائية تتطلب معالجة وتفسيراً متخصصين([FLT:])

Another challenge is the interpretability of remotely sensed signals]. A decrease in NDVI might indicate erosion, but it could also result from drought, disease, or crop harvest. Similarly, topographic changes from LiDAR might reflect natural processes (landslides) rather than erosion control measure failure. Disentangling these factors often requires multi-source data and expert judgment.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

إن مسار الاستشعار عن بعد لرصد التحات يشير إلى زيادة التكامل والتشغيل الآلي والتسوية، وعدة ابتكارات بزيادة الفعالية.

التكامل مع المعلوماتية والبيانات الضخمة

وقد أضفت برامج حاسوبية متطورة مثل محرك غوغل الأرضي الديمقراطية على إمكانية الوصول إلى محفوظات الصور الساتلية على نطاق صغير، مما يتيح للمستعملين إجراء تحليلات متطورة دون تحميل تضاريس البيانات، كما أن خوارزميات التعلم الماكنة، ولا سيما التعلم العميق، يمكن أن ترسم تلقائياً سمات التحات وتدابير الرقابة من الصور، ويمكن أن تُنبه خطوط الأنابيب الآلية للكشف عن التغيير إلى المديرين عندما يتعاظم أو عندما يُت.

Hyperspectral and SAR Sensors

وتجمع أجهزة الاستشعار الهيدروجينية مئات من النطاقات الضيقة للطيور، مما يتيح تحديد معدن التربة، ومحتويات المواد العضوية، وحتى أنواع النباتات المحددة، ويمكن أن يصقل ذلك تقييمات استقرار التربة ونوعية النباتات في مناطق مكافحة التحات، ويتزايد استخدام الرادار الاصطناعي، مثل الساتل ستينيل-1، في تقدير رطوبة التربة وتضارها، ولا تتأثر البعثة المقبلة لجهاز الإنقاذ الوطني.

نظم الرصد في الوقت الحقيقي

وتجعل عمليات رصد الطائرات بدون طيار المنخفضة التكلفة ووحدات السواتل الصغيرة (سواتل الكوكب) عملية رصد شبه آنية، ويمكن برمجة هذه النظم لتطير بعد أحداث هطول الأمطار الكبرى أو خلال فترات النمو الحرجة لتغطية الغطاء النباتي، وتتوسع أجهزة استشعار التربة في الأرض، وتنشئ شبكة رصد متكاملة تغذي المعلومات مباشرة في أدوات دعم الهياكل الأساسية التي يتوقع أن تستخدم في المستقبل.

خاتمة

فالاستشعار عن بعد قد انتقل من أداة علمية متخصصة إلى ضرورة تشغيلية لرصد فعالية تدابير مكافحة التحات، إذ إن توفير بيانات كمية قابلة للتجديد عن الغطاء النباتي، والطبوغرافي، وتغير سطح الأرض، يتيح لمديري الأراضي التحقق من ما إذا كانت التدخلات تعمل، وتحديد مجالات المشاكل في وقت مبكر، وتخصيص موارد أكثر كفاءة، مع استمرار التحديات في تغطية السحب، والتنازلات عن الخيارات المتعلقة بتدهور التربة، والحاجة إلى مهارات متخصصة