Table of Contents
ويشهد عالم الزراعة الحديثة تحولا عميقا، مدفوعا بضرورة تغذية عدد متزايد من السكان في العالم مع الحد من الأثر البيئي في الوقت نفسه، وفي قلب هذا التحول نظم ذكية تحكم كيفية تسليم البذور والأسمدة إلى التربة، وقد أدت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الاستشعار، والتشغيل الآلي، وتحليل البيانات مجتمعة إلى توليد جيل جديد من نظم التسليم الذكية، وهي مصممة بحيث تبعد تماما المدخلات الصحيحة، في الوقت المناسب.
مقدمة إلى نظم إيصال الذكاء
وتشير نظم إيصال البذور والأسمدة إلى آليات متكاملة تخضع للمراقبة الرقمية تُفضي إلى وضع ومعدل المدخلات الزراعية على النحو الأمثل، وعلى عكس نشر البث التقليدي أو التدريب الموحد، تعتمد هذه النظم على بيانات آنية لتباين معدلات التطبيق في ميدان واحد، وتكمن أسس التسليم الذكي في مزيج من النظم العالمية لسواتل الملاحة (النظم العالمية لسواتل الملاحة، المعروفة عموما باسم النظام العالمي لتحديد المواقع)، على أساس الحاسوب، وتكيف التغذية المرتدة من التربة والمجسات البيئية المستمرة.
فعلى سبيل المثال، يمكن للمزارع الذي يستخدم بذوراً متغيرة أن يطبق عدداً أكبر من البذور في مناطق الحقل التي تنتج تاريخياً غلة أعلى، بينما يقلل من معدلات البذور في المناطق المنخفضة القدرة، وبالمثل، يمكن للمستخدمين في الزراعة من السلع أو الأسمدة السائلة أن يستخلصوا الآن كميات دقيقة من النيتروجين أو الفوسفوري أو البوتاسيوم وفقاً لنتائج اختبار التربة أو القراءة المباشرة للنشرات المتسارعة.
التكنولوجيات الرئيسية خلف عملية التنفيذ الدقيقة
إن تطور نظم التسليم الذكية الحديثة يقوم على عدة تكنولوجيات مترابطة، وكل منها يؤدي دورا متميزا في ضمان أن توضع المدخلات بدقة جراحية، وفيما يلي دراسة الركائز التكنولوجية الرئيسية التي تجعل من الممكن تقديم البذور والأسمدة بدقة.
معدات ورسم خرائط ميدانية
وتبدأ الدقة بمعرفة المكان الذي توجد فيه بالضبط، حيث أن أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع التي تُقام على الجرارات والرشاشات والمصانع توفر مقادير فرعية أو حتى على مستوى سنتيمتر، وهذه الدقة تتيح للآلة أن تتبع خرائط محددة سلفا تقسم الميدان إلى مناطق إدارية، كما أن الخرائط الميدانية تُبنى باستخدام بيانات العائدات التاريخية، ومسح السمسرة الكهربائية للتربة، وتصوير الصور الساتلية، ومسح الطوابع.
شبكات الاستشعار لرصد الزمن الحقيقي
و في حين أن خرائط الوصفات أداة قوية، فإن الاستشعار في الوقت الحقيقي يضيف طبقة دينامية من القابلية للتكييف، وأجهزة استشعار التربة تقيس محتوى الرطوبة، ودرجة الحرارة، ومدى توافر المغذيات في كل لحظة أثناء الزراعة أو التخصيب، وأجهزة الاستشعار الضوئية التي تُقام على المصانع أو على المجهزة يمكن أن تكشف المادة العضوية في التربة، مما يتيح إجراء تعديلات على معدل العمق والتخصيب في الذبابات.
Variable Rate Technology (VRT)
وتُعد تكنولوجيا المواظبة المتغيرة هي الملجأ الذي يترجم بيانات الاستشعار والخرائط إلى عمل مادي، وتتحكم نظم الترددات العالية في تدفق البذور أو الأسمدة من خلال آليات يمكن أن تغير معدل القياس مع انتقال الآلات عبر المناطق ذات المتطلبات المختلفة، ويمكن تحقيق ذلك في البذور من خلال حملات كهربائية تضبط سرعة التناوب في لوحات البذور.
التلقائية والروبوت
لم تعد الآلات المستقلة مفهوماً مختبرياً، بل يجري نشرها في الميادين التجارية، بينما يمكن للجرارات ذاتية الدفع والمصانع الآلية أن تنفذ أنماطاً زراعية معقدة بدون مشغل بشري في سيارة الأجرة، وتستخدم بعض النظم نموذجاً لـ "الشحنة الأم" حيث تنقل المركبات ذاتياً وحدات آلية خفيفة الوزن إلى الميدان، ثم تفرق تلك الوحدات لأداء عمليات زرع أو تسويق.
فوائد نظم التنفيذ المتقدمة
والانتقال من أساليب التسليم التقليدية إلى أساليب التنفيذ الذكية ليس مجرد تحديث تقني؛ بل إنه يحقق عائدات اقتصادية وبيئية قابلة للقياس، إذ يفيد المزارعون الذين اعتمدوا هذه النظم بحدوث تحسينات كبيرة عبر عدة مؤشرات رئيسية للأداء.
زيادة الدقة في خفض النفايات
ربما الأكثر إلحاحاً هو خفض نفايات المدخلات في الزراعة التقليدية، من الشائع تطبيق معدل موحد في جميع أنحاء الحقل، مما يؤدي إلى زيادة في الآثار في بعض المناطق، وقلة التأثير في مناطق أخرى، وتجاوز قيمة النفايات، وتسبب قفزة مغذية في المجاري المائية، وينقص إنتاجية إنتاجية الدخان من أسفل إلى آخر،
وفورات التكاليف من خلال استخدام المدخلات بكفاءة
ويمثل البذور والأسمدة بعض أكبر التكاليف المتغيرة في إنتاج المحاصيل، إذ لا يرى المزارعون، من خلال تطبيق هذه المدخلات إلا إذا كانت هناك حاجة إليها، مدخرات مباشرة، فعلى سبيل المثال، قد يضع المزارع الذي يستخدم البذور المتغيرة على الذرة 000 32 بذور لكل هكتار في التربة المنتجة إنتاجاً عالياً، ولكن 000 26 بذور لكل هكتار في المناطق الرملية أو المزروعة.
الاستدامة البيئية
فالإدارة البيئية هي قوة دافعة وراء اعتماد نظم التسليم الذكية، وعندما تهرع النيتروجين والفوسفور من الأراضي الزراعية، فإنها تسهم في تضخيم الطحالب في البحيرات والأنهار، والمناطق الميتة في المياه الساحلية، وانبعاثات أكسيد النيتروز، وهو غاز حراري قوي، وتخفض نظم توصيل المواد الذكية إلى أدنى حد من خلال تطبيق الأسمدة على معدلات تضاؤل قدرة المصانع على الاستيعاب.
تعزيز كروب يلدز والوحدة
وفي نهاية المطاف، يتمثل هدف أي مدخلات زراعية في تحقيق أقصى قدر من الغلة، وتسهم نظم توصيل الذكاء في تحقيق غلة أعلى بطريقتين، أولا، وضع البذور في أفضل فترات المباعدة والعمق، والحد من المنافسة بين النباتات، وكفالة وصول كل مصنع إلى ضوء الشمس والمغذيات، وثانيا، عن طريق تزامن تطبيق الأسمدة مع مراحل نمو المحاصيل الزراعية، كثيرا ما تتجنب فترات النقص أو النتيجة الأكثر أهمية.
التحديات التي تواجه التبني على نطاق واسع
وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن الطريق إلى الاعتماد العالمي لنظم تسليم البذور والأسمدة الذكية ليس بدون عقبات، ولا تزال هناك عدة حواجز تحول دون التبنّي، ولا سيما بين المزارع الصغيرة أو المحدودة الموارد.
الاستثمار الرأسمالي المرتفع
أما المعدات اللازمة لمستقبلي أجهزة الإيصال الذكية الدقيقة، والرسوم المتغيرة، والمجسات، والحواسيب الموجودة على متنها، فتتحمل تكلفة كبيرة في البداية، ويمكن أن تبلغ تكلفة مخطط جديد مجهز بتوجيهات من أجهزة التردد والبرمجيات العالمية ٠٠٠ ١٠٠ دولار أو أكثر، كما أن إعادة استخدام الأجهزة القديمة ممكنة ولكنها تنطوي أيضا على نفقات كبيرة، وبالنسبة لكثير من المزارعين، ولا سيما الذين يعملون على هامش رقيق أو على أرض إلكترونية، فإن فترة السداد قد تكون غير مؤكدة.
التعقيد التقني وإدارة البيانات
ويتطلب تشغيل وصيانة نظم التسليم الذكية مجموعة مختلفة من المهارات من الزراعة التقليدية، ويجب أن يصبح المزارعون على دراية ببرامجيات، وتفسير البيانات، وإجراءات المعايرة، ويمكن لإدارة البيانات أن تكون ساحقة: فربما يولد ميدان واحد جيغابايت من البيانات من سجلات المصادر المتعددة - النظام العالمي لتحديد المواقع، وقراءات أجهزة الاستشعار، وخرائط الغلة، وسجلات الأحوال الجوية، وبدون الدعم والتدريب المناسبين، قد يكافح المزارعون لترجمة البيانات إلى قرارات قابلة للتنفيذ.
قنوات الاتصال والهياكل الأساسية
ويعتمد العديد من أكثر سمات التسليم الذكية تقدما على الربط الشبكي الموثوق به عبر الشبكات الخلوية أو السواتل، وفي المناطق الريفية التي تتسم بتغطية الإشارات السيئة، يصبح تدفق البيانات في الوقت الحقيقي والخدمات القائمة على السحب غير موثوق به، وقد استجاب بعض شركات تصنيع المعدات بتطوير قدرات محلية على تخزين البيانات وتجهيزها تعمل خارج الشبكة ومتزامنة فيما بعد، ولكن هذا يزيد من تعقيدها، كما أن الاستشعار عن بعد ورصده يتطلبان قيودا على المجال الجوي التنظيمي.
الاتجاهات المستقبلية في تنفيذ المدخلات الذكية
إن تطور نظم تسليم البذور والأسمدة لم يكتمل بعد، وتتعهد عدة تكنولوجيات ناشئة بأن تجعل هذه النظم أكثر ذكاء وكلفة ومستدامة.
الاستخبارات الفنية والتكامل في مجال التعلم
إن التعلم في مجال الطاقة والآلات بدأ في تعزيز طبقة صنع القرار من التسليم الذكي، بدلاً من الاعتماد فقط على خرائط الوصفات الثابتة، يمكن لأجهزة التجميل أن تحلل مجموعات بيانات واسعة النطاق، بما في ذلك أنماط الطقس، والصور الساتلية، وخرائط الغلة السابقة، لكي تولد توصيات دينامية، مثلاً، قد يُتوقع أن يكون هناك أفضل معدل للنيتروجين في كل موقع على أساس مرحلة النمو النباتي الحالية،
التنسيق على أساس الطائرتين
أما المركبات الجوية غير المأهولة (المستودعات) المجهزة بكاميرات متعددة الأطياف فهي تستخدم بالفعل في الكشف عن المحاصيل، ولكن دورها آخذ في التوسع ليشمل إيصال المدخلات، وبعض النظم التجريبية تستخدم الطائرات بدون طيار لإطلاق حشرات ذات فائدة مستقلة أو تستخدم رذاذات سماد في المناطق التي تم تحديدها على أنها ناقصة، ويمكن أن يؤدي تنسيق الطائرات بدون طيار ذات الآلات الأرضية إلى إنشاء نظام إيصال مطبق على نطاق واسع:
الأسمدة البيولوجية والنانو - النانوية
وقد تؤدي التطورات في علوم المواد إلى إنتاج الأسمدة الأكثر كفاءة واستجابة، ويمكن تصميم الأسمدة البطيئة المضغوطة بمغذيات إطلاق البوليمرات على مدى فترة أطول، مما يقلل الحاجة إلى تطبيقات متعددة، كما يمكن أن تكون أجهزة الإغناء النانوية التي تستخدم أيضاً مواد مغذية، عند وجودها، قادرة على إنتاج حمولاتها استجابة للعوامل المسببة للتربة، مثل النسيج، والرطوبة.
خاتمة
وقد تطورت نظم تقديم البذور والأسمدة الذكية من المفاهيم التجريبية إلى تعميم الأدوات التي تحول الزراعة، ومن خلال تسخير نظام تحديد المواقع، والاستشعارات في الوقت الحقيقي، والتكنولوجيا المتباينة، والآلية المستقلة بشكل متزايد، يمكن للمزارعين الآن أن يحققوا مستوى من الدقة لا يمكن تصوره إلا قبل جيل، والفوائد كبيرة: انخفاض تكاليف المدخلات، وارتفاع العائدات، وارتفاع البصمة البيئية.
لمزيد من القراءة عن تكنولوجيات الزراعة الدقيقة، الجمعية الدولية للزراعة الدقيقة [FLT:] تنشر مبادئ توجيهية للبحث والصناعة التي تخضع لاستعراض الأقران.