دور النظم الساتلية في تعزيز الرصد الزراعي والزراعة الدقيقة

مقدمة للنظم الساتلية في الزراعة

وقد أصبحت النظم الساتلية أداة لا غنى عنها للزراعة الحديثة، حيث توفر ملاحظات واسعة النطاق لا يمكن تصورها إلا منذ بضعة عقود، وتواجه هذه النظم، من خلال أجهزة الاستشعار البصرية التي تلتقط الضوء الواضح والمقرب من الاشعة، من خلال رصد الأشعة الاصطناعية، وتخترق الأرض التي تتحول إلى أحواض متعددة، وتجمع البيانات التي يستخدمها المزارعون والصناعات الزراعية لرصد صحة المحاصيل.

التطبيقات الرئيسية للنظم الساتلية في الزراعة الدقيقة

ويدعم الرصد بواسطة السواتل مجموعة واسعة من القرارات الزراعية، وكل من هذه القرارات يبث مختلف النطاقات الطيفية، والترددات الزمنية، والقرارات المكانية، وفيما يلي نستكشف التطبيقات الأكثر تأثيرا بالتفصيل.

Crop Health and Vigor Monitoring

ويمكن للصور الساتلية، ولا سيما من أجهزة الاستشعار الحادة مثل " سينتينيل-2 " (10-60 متراً) و " بلانتسكوب " (3 ملليمترات) أن تتيح حساب مؤشرات قياسية للإصابة بالمرض، كما أن المؤشرات تشير إلى وجود نقص في مؤشرات الإصابة بالمرض في الغلاف الجوي (تعكس بصورة حادة) والكشف عن المبيدات الحشرية (تمثل قيم الإجهاد في كلوروفيل).

الأمراض والآفات

وعندما تبدأ أمراض مثل طلاء رأس الفخار أو الآفات مثل الجراد، يمكن للصور الساتلية أن تحدد التغيرات الخفية في التفسخ الكانوبوي، وتكتشف أجهزة الاستشعار ذات الأشعة تحت الحمراء شذوذ درجات الحرارة الناجم عن تغيرات في الاستبدال، بينما تكشف الصور المتعددة الأطياف عن حدوث تحولات في تركيز الخنازير، وتقترن مع نماذج للكشف عن الآلات التي تم تدريبها على بيانات الأرض 80-و-90.

تحليل التربة وإدارة المغذيات

ويمكن أن تقدر السواتل المجهزة بمستشعرات متعددة الأطياف والفائقة الطيف خصائص التربة الرئيسية: محتوى المواد العضوية، والرطوبة، والنسيج، وحتى بعض المغذيات الكلية، مثلاً، الصور المزروعة للتربة التي يتم اتخاذها قبل زرعها أو بعد الحصاد، وتكشف عن التباينات في لون التربة، والتفكير الذي يربطه بالكربون العضوي ومحتويات الطحالب الاصطناعية (ال، زيادة في الخيتار)

Weather Forecasting and Climate Risk Assessment

وبالإضافة إلى ذلك، يعتمد اتخاذ القرارات الزراعية الحديثة على بيانات الطقس العالية الاستبانة التي لا يمكن أن توفرها المحطات الأرضية التقليدية على مناطق كبيرة، وتُحدد السواتل، مثل سلسلة السواتل العاملة في مجال العمليات الفضائية، و " السواتل العاملة في مجال الجفاف " ، التي تُنتج عنها عمليات تغير المناخ، والتي تُجرى في فترات زمنية طويلة، والتي تُحدث فيها عمليات تكيف طويلة، وتُستخدم فيها البيانات في نماذج التنبؤ بالطقس المروية، وتُنتج عنها تنبؤات الميدانية(15).

إدارة الري وحفظ المياه

إن الري الدقيق هو أحد أعلى تطبيقات البيانات الساتلية، إذ إن التهرب من التربة والأسطح النباتية - وهو مجموع التهرب من التربة والأسطح النباتية - يمكن تقديره من البيانات الحرارية والبصرية الساتلية التي تستخدم نماذج توازن الطاقة )مثلاً، منطقة السوق المشتركة لبلدان المتجمدة الجنوبية، SEBAL( - وهي تمثل خرائط دقيقة للزراعة المائية على نطاق ميداني، تبين بدقة المكان الذي يستهلك فيه الماء وعدده.

الإنشاء والتخطيط للمرافئ

ويمكن للنموذجات الساتلية أن تنبأ بعائدات المحاصيل قبل الحصاد بأخطاء تقل عن ١٠ في المائة للمحاصيل الرئيسية مثل الذرة والقمح والفول الصويا، وتساعد هذه التنبؤات المزارعين على تخطيط التخزين والتفاوض على العقود وتقدير التدفقات النقدية، وتستخدم الحكومات وأسواق السلع الأساسية على نطاق أوسع توقعات المحاصيل الساتلية لرصد المحاصيل.

زراعة الكربون ورصد الاستدامة

ومع توسع أسواق الكربون، توفر السواتل طريقة مستقلة يمكن التحقق منها لقياس التغيرات في الكربون العضوي في التربة، وتغطي زراعة المحاصيل، والممارسات غير المتطورة، ويمكن للسلسلة الزمنية البصرية وسلسلة البحث العلمي أن تكشف وجود المحاصيل الخفية ومدتها، بينما تقدر نماذج تضخم التربة محتوى الكربون، كما أن برامج مثل مبادرة كربون التربة واتحاد سوق خدمات النظم الإيكولوجية تساعد أيضاً على قبول شهادات استدامة وثائق الغازات المتولدة عن طريق السواتل في إصدار قروض الكربون.

ألف - مزايا الرصد الزراعي بواسطة السواتل

وتوفر نظم السواتل منافع فريدة مقارنة بالدراسات الاستقصائية الأرضية، أو الطائرات بدون طيار، أو الطائرات التي تقدم تغطية مركبية - يمكن لصورة ساتلية واحدة أن تلتقط مزرعة كاملة أو حتى منطقة، وتقضي على الحاجة إلى مشاعل ميدانية كثيفة العمالة، وتسمح إعادة النظر في فترات تتراوح بين يوم وخمسة أيام (تتوقف على تركيب السواتل) بالكشف عن التغيرات التي تحدث في وقت قريب من الواقع، بينما تتيح مزايا المحفوظات التاريخية التي تمتد إلى عقود طويلة الأجل تحليل الاتجاهات.

وقدرت دراسة أجرتها منظمة الأغذية والزراعة في عام 2021 أن الزراعة الدقيقة التي يمكن استخدامها بواسطة السواتل يمكن أن تزيد من غلات المحاصيل بنسبة 10-15 في المائة، بينما تقلل من تكاليف المدخلات بنسبة 15 إلى 30 في المائة وتخفض انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة 15 إلى 20 في المائة، كما أن قابلية الرصد بواسطة السواتل تدعم صغار المزارعين في البلدان النامية من خلال خدمات مثل منهاج عمل الفريق الاستشاري للبحوث الزراعية الدولية بشأن البيانات الضخمة في مجال الزراعة، التي تقدم بيانات متحركة مجانية.

التحديات والحدود

ورغم وعدها، يواجه الرصد الزراعي بواسطة السواتل عدة عقبات يجب التغلب عليها لتحقيق كامل إمكاناته.

مقايضة القرار المكاني والتمهيدي

وتتوفر الصور العالية الاستبانة (الدرجة الفرعية) من السواتل التجارية مثل الساتل العالمي فيو 3، ولكنها تأتي بتكلفة عالية (في كثير من الأحيان تبلغ 15 دولارا/كغم2) وتتوفر لها تواتر محدود لإعادة النظر (في كل 4-8 يوما) وعلى العكس من ذلك، لا يمكن أن تشمل البيانات ذات النطاق المتوسط المجاني (مثلا، شركة Sentinel2, 10 m) مناطق أكبر كل 5 أيام، ولكنها قد تفوت أنماطاً صغيرة من التغير في استخدام الفضاء الخارجي أو الأحداث الحرجة.

الغطاء والغلاف الجوي

كما أن المجسات الضوئية للسواتل لا يمكن أن تُشاهد من خلال السحب، وفي كثير من المناطق الزراعية يتزامن موسم النمو مع الغطاء الغيومي المرتفع، ففي المناطق المدارية الرطبة أو خلال المواسم الموسمية، قد تكون الصور الصالحة للاستخدام نادرة لأسابيع، كما أن الرادار الاصطناعي يمكنه أن يخترق السحب الاصطناعية، ولكن تفسير بيانات البحث العلمي فيما يتعلق بارامترات الفيزيائية الحيوية (مثلا، والفهر البصري، والمؤشر الكيميائي، ونوعية الاصطناعية)

حجم البيانات وتفسيرها

وتولد مجموعات السواتل الحديثة تيرابايت من البيانات يوميا، وبالنسبة للمزارع المتوسط، يُعالج هذه البيانات الخام إلى معلومات عملية - مثل خريطة السماد المتغيرة - غير مجدية بدون أدوات برمجية أو خدمات زراعية، ولا يزال العديد من المزارعين يفتقرون إلى القدرة على الاتصال الشبكي الموثوق به في المناطق الريفية، مما يحد من إمكانية الوصول إلى منابر قائمة على الغيوم، علاوة على ذلك، يجب أن تُحدَّد الإشارات الساتلية من الحقيقة الأرضية (مثلة، مثلا).

حواجز التكاليف للمزارع الصغيرة

وفي حين أن تكاليف المفرزة الواحدة منخفضة بالنسبة للعمليات الكبيرة، فإن رسوم الاشتراك في برامج التصوير والتحليل العالية الاستبانة يمكن أن تكون باهظة بالنسبة لصغار المزارعين (5 هكتارات)، بل إن البيانات المجانية تتطلب وقتاً وخبرة للتنزيل والعملية والتفسير، وحتى نماذج الأعمال المبتكرة مثل التعاونيات التي تجمع الاشتراكات أو الحكومات التي تقدم إعانات للخدمات الساتلية، لا تزال آخذة في الظهور، ولكن الاعتماد الواسع النطاق بين المزارع الصغيرة لا يزال بعيداً عن بعض السنوات.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ومستقبل الزراعة الدقيقة الساتلية مشرق، ويقوده التقدم السريع في تكنولوجيا الاستشعار، وتجهيز البيانات، والتكامل مع الأدوات الرقمية الأخرى.

الاختبارات الهيدروجينية والحرارية

وستوفر الجيل القادم من السواتل، مثل بعثة التصوير المغنطيسي لأجهزة الاستنشاق بالهيبرجين (Copernicus Hyperspectral Imaging Mission) والعرض التجاري من شركات مثل بيكسيل وهايبرسات، مئات من النطاقات الطيفية، مما يتيح تحديد الأمراض النباتية بصورة مباشرة، وأوجه النقص في المغذيات، بل وأصناف المحاصيل.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويمكن لنماذج التعلم العميق التي تم تدريبها على مجموعات البيانات الساتلية الضخمة أن تفصل بين المجالات، وأن تحدد أنواع المحاصيل، وأن تتوقّع المحاصيل بدقة عالية، كما أن نماذج التعلّم والتأسيس (مثلا، " ساتيما " ) تقلل من الحاجة إلى بيانات ملصقة، مما يجعل من السهل تكييف النماذج مع المناطق الجديدة، كما أن حلقات اللغة الطبيعية ستسمح للمزارعين باستشعار محفوظات السواتل بلغات بسيطة ( " ) "

السواتل الصغيرة والوصلات

وتقوم مختبرات الكيوب والسواتل الصغيرة )دون ٥٠ كيلوغراما( بتخفيض تكاليف الإطلاق وتمكين مجموعات من مئات الوحدات، وتعمل بالفعل أكثر من ٢٠٠ ساتل، وتصور العالم بأسره يوميا في الساعة ٠٠/٣. وستوفر قريبا مجموعات مماثلة من شركات مثل شركة ساتيل - إيولوجي وبيكسيل فترات إعادة نظر فرعية في المواقع وبيانات على مستوى الفائقة، مما يعني أن وصول البيانات الساتلية إلى المناطق النائية على نحو يتسم بالطابع الديمقراطي.

التكامل مع برامج الزراعة الدقيقة

ويتزايد تزويد معدات المزارع ببيانات السواتل مباشرة، إذ يمكن الآن للمتلقين المتميزين، والجرارات المستقلة، ومراقبي الري أن يتلقوا خرائط وصفية كصور أو رسائل من طراز " غيبوب " في وقت قريب من الوقت الحقيقي، فمثلاً، يدمج مركز جون ديري للعمليات طبقات " سينتينيل " (DNDVI) لتوليد تعديلات تلقائية في مجال جمع البيانات المغلقة من المراقبة الساتلية إلى العمل الآلات.

السياسات والحوافز الاقتصادية

وتنشط الحكومات والهيئات الدولية في تعزيز الزراعة القائمة على السواتل، وتقضي السياسة الزراعية المشتركة للاتحاد الأوروبي الآن بأن تستخدم الدول الأعضاء بيانات ساتلية لرصد الامتثال للخطط البيئية، وفي الولايات المتحدة، تستخدم وكالة إدارة المخاطر التابعة للولايات المتحدة صورا ساتلية لتقييم الخسائر في المحاصيل بالنسبة لمطالبات التأمين، وتخلق هذه السياسات سحبا قويا لاعتماد التكنولوجيا، وبالإضافة إلى ذلك، بدأت أسواق ائتمانات الكربون ومنح شهادات الاستدامة في تفويض التحقق من بعد، مما يزيد من تركيز استخدام السواتل.

خاتمة

وقد انتقلت نظم الأعمال التجارية الساتلية من الأدوات التجريبية إلى الهياكل الأساسية الأساسية الحديثة، إذ إن توفير بيانات دقيقة ومتواترة وفعالة من حيث التكلفة عن صحة المحاصيل، وظروف التربة، والطقس، واستخدام الموارد، سيمكن المزارعين من اتخاذ قرارات تزيد الإنتاجية وتخفض المدخلات والأضرار البيئية، وسيظل التحدي المتمثل في فجوات الحل، والغطاء السحابي، وتعقيد البيانات، والتكلفة، كبيرا، ولكن التقدم المستمر في تكنولوجيا الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، والتقليل من السواتل، يتغلب باستمرار على هذه الحواجز.

External resources:]
Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) -- reports on satellite applications in agriculture.