داود ارادتمند اصلی¹، علیرضا پازوکی² و مسعود اکبری فامیله³

1- استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه

2- استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرری

3- کارشناس ارشد زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه و عضو باشگاه پژوهشگران جوان 

 (Email: Masoud_Akbarifamile@yahoo.com)

چکیده

بی‌شک مساله تولید غذا و امنیت غذایی یکی از اساسی‌ترین و مهمترین چالش‌های عصر حاضر و آینده می‌باشد. افزایش جمعیت جهان از یک‌سو و استفاده حداکثر از وسعت زمینهای قابل کشت، مسیر حرکت بشر را از تلاش در جهت افزایش سطح زیر کشت به سمت افزایش عملکرد در واحد سطح سوق داده است. نظر به اینکه سیستمهای سنتی کشاورزی با مدیریت غلط آب و از طرفی مصرف بی‌رویه کودها، علف‌کش‌ها و آفت‌کش‌های شیمیایی از مهمترین منابع آلودگی محیط زیست بوده‌اند، لذا متخصصین علوم زراعی در سالیان اخیر به دنبال شیوه‌های نوینی در مدیریت مزرعه بوده‌اند. مدیریت مزرعه به نوعی بر مبنای متوسط، یا یکنواخت انجام می‌گردد تا تمام سطح مزرعه کاربرد یکنواخت نهاده‌های زراعی را دریافت نماید. به هرحال، تغییر پذیری در نوع خاک، عمق خاک، ناهمواری‌ها، شیب و یا علف‌های هرز می‌تواند موجب تغییراتی در عملکرد محصولات شود. مفهوم کشاورزی دقیق به طور ساده مدیریت این تغییرپذیری با تطبیق نهاده‌هایی مانند کودهای شیمیایی یا بذور با پتانسیل محل می‌باشد. در این روش، عملکرد گیاهان زراعی به حداکثر می‌رسد و در ضمن مصرف بیش از اندازه نهاده‌های زراعی به حداقل کاهش می‌یابد. به این فرآیند مدیریت، کشاورزی دقیق یا کشاورزی نقطه‌ای گفته می‌شود.

مقدمه

بر طبق آخرین گزارش سازمان ملل متحد، حدود800 میلیون نفر از جمعیت جهان دچار فقر غذایی هستند. شمار افراد قرار گرفته در زیر خط فقر (از نظرتأمین انرژی مورد نیاز روزانه بدن) روز به روز در حال افزایش است. جدیدترین پیش بینی‌ها حاکی از آن است که این آمار تا سال 2020 میلادی به رقمی بالغ بر یک میلیارد نفر خواهد رسید و این بدان معناست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خیل عظیم انسانها از خطر گرسنگی، نیازمند توجه ویژه متخصصان و سیاست‌مداران امروز جهان به توسعه صنعت کشاورزی است. کشاورزی دقیق Precision Agriculture جدیدترین فناوری در عرصه مهندسی کشاورزی می باشد که هم اکنون در اکثر کشورهای پیشرفته بصورت جدی بکار گرفته می‌شود. مهمترین محور کشاورزی دقیق شناخت مزرعه و یا زمین زراعی در نقاط مختلف می‌باشد، بطوریکه می توان زمین زراعی را آسیب شناسی نموده و در جهت اصلاح آن، متناسب با شرایط نقاط مختلف زمین گام برداشت. این علم جدید با بهره گیری از سیستم های GPS، GTS و RS قادر به اتوماتیک نمودن عملیات کشاورزی و هدایت بدون راننده ماشینهای کشاورزی، کاربرد مقادیر متغیر در مصرف سم، کود و بذر و نیز عمق کاشت متفاوت با توجه به شرایط ویژه هر قسمت از مزرعه گردیده است (Pfost, 1998). نحوه جمع آوری اطلاعات و پردازش آنها در این قسمت با بخشهای مختلفی از قبیل جمع آوری داده های آزمایش خاک، شرایط مزرعه (پستی و بلندی)، میزان رطوبت خاک، میزان محصول و ... تعیین می‌گردد که هر یک بایستی به دقت انجام شود که نتیجتاً  منجر به کاهش هزینه‌ها، افزایش محصول و حفظ محیط زیست خواهد شد. در طول چند دهه گذشته ارائه ماشینهای بزرگتر و سریعتر کشاورزی سبب شده است تا بتوان مزارع فزآینده از نظر وسعت را مدیریت نمود، کشاورزان این توانایی را پیدا کرده‌اند که مزارع را همانند اجزای یکپارچه و یکنواخت مدیریت نمایند. کشاورزی دقیق حول این مبحث دور می‌زند که در نظر گرفتن مزارع بزرگ بصورت یکنواخت، بی فایده بوده و بایستی از منابع هزینه بر بالایی از جمله کودها، علف‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها استفاده نمود. هر محلی که به بزرگی یک مزرعه باشد دارای تغییرات وسیعی در نوع خاک، قابلیت در دسترس بودن مواد غذایی و دیگر فاکتورهای مهم جهت رشد محصول می‌باشد. بدون در نظر گرفتن این پارامترها، تولید محصول نقصان خواهد یافت. کشاورزی دقیق روشی از مدیریت مزرعه می‌باشد که به کشاورز اجازه تولید موثرتر از طریق استفاده از منابع به صورت اقتصادی را می‌دهد (Blackmore & Griepentrog, 2002).

کشاورزی دقیق و ابزارهای مورد نیاز

کشاورزی دقیق دارای تعدادی ابزار و مراحل پیشرفته می‌باشد که به پایش تغییرپذیری و مدیریت نهاده‌ها کمک می‌نماید. این ابزارها شامل موارد زیر می‌باشد:

1. سیستم موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System). اشاره به شیوه‌ای دارد که قادر به شناسایی نقاط در داخل مزرعه می‌نماید. کشاورزی دقیق با استفاده از سیستم موقعیت‌یابی جهانی امکان‌پذیر می‌گردد. GPS محل کاربر (طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع) را از طریق دریافت سیگنالهای پخش شده توسط 24 ناوبر ماهواره‌ای با دقت‌های کم و زیاد محاسبه می‌نماید.

2. سنسورها و وقایع نگارهای داده‌ها (Sensors & Dataloggers). اطلاعات مربوط به گیاه زراعی، خاک و اقلیم را می‌توان با استفاده از این فناوری‌ها به فراوانی مورد دیده بانی قرار داد. داده‌های جمع آوری شده بر مبنای محل ـ خاص، اطلاعاتی را برای تصمیمات مدیریت کوتاه مدت و بلند مدت فراهم می‌سازد. مجموعه داده‌ها می‌تواند سنسورهای درون خطی، سنسورهای از راه دور یا سنسورهای برون خطی را بکار گیرد.

- سنسورهای درون خطی (Online Sensors): هنگام ارتباط با GPS و وقایع نگار داده‌ها، در ضمن حرکت در محدوده مزرعه مورد نظر اطلاعات محل ـ خاص را دریافت می‌کنند. متداول‌ترین کاربرد سنسور درون خطی جریان سنجی دانه است، که قادر به تهیه نقشه عملکرد در طی عملیات برداشت می‌باشد.

- سنسورهای از راه دور (Remote Sensors): داده‌های محل ـ خاص را از محل دور دریافت می‌کنند. تصویر برداری ماهواره‌ای یا عکس‌های هوایی می‌توانند انواع عوامل موثر بر عملکرد مانند نوع خاک، ناهمواری، آلودگی‌ها به علف‌های هرز، جوانه زنی بذر و سلامت گیاه زراعی را شناسایی نمایند. در زیر به چند نمونه از کاربردهای حس‌گرهای راه دور اشاره می‌نماییم:

الف ـ برآورد خصوصیات ظاهری خاک: مواردی مانند مواد آلی که با تصاویر چند بعدی می توان خاک‌ها را از نظر مواد آلی  طبقه بندی کرد.

ب ـ کشف آفت‌ها: استفاده از حس‌گرهای سوار شونده بر روی سم پاش‌ها برای کاربردهای مختلف علف کش‌ها مفید بوده است. همچنین استفاده از عکسهای رنگی دیجیتالی برای طبقه‌بندی علفهای هرز مزرعه ذرت نیز توسعه داده شده‌اند.

ج ـ فشار آب: که بیشتر برای ذرت بکار می‌رود و زمان موثر آبیاری آن را مشخص می‌کند. این سیستم از طریق اختلاف دمای اندازه‌گیری شده از راه دور و از زمین میزان تعرق را مشخص و از این طریق زمان موثر آبیاری تعیین می‌شود که هر مزرعه دارای جداول رنگی مخصوص به خود هستند.

- سنسورهای برون خطی (Off-line Sensors): این سنسورها قادر به انداز‌ه‌گیری عوامل موثر بر عملکرد در زمان‌های غیر از هنگام کار در محل می‌نمایند. به عنوان مثال ارزیابی‌های حاصلخیزی خاک، شمارش حشرات، اندازه گیری‌های شیره گیاهی یا شناسایی تهاجم علف های هرز.

سایر سنسورهای مفید شامل سنسورهای القای الکترومغناطیسی که قادر به اندازه گیری بافت خاک و نوارهای شوری می‌باشند، سیستم های کشف علف هرز با استفاده از حرکت دائم دوربین مادون قرمز یا نوری هستند. همچنین امروزه با استفاده از نانوسنسورها مشخص می‌شود که هر قسمت کوچک از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری شده، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی ممکن می‌شود.

3. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS). نقشه برداری و تجزیه و تحلیل داده‌ها

به محض جع آوری داده ها، مجموعه نرم افزارهای کامپیوتری داده‌های وقایع نگاری شده را به عملکرد، توپوگرافی، خاک،   عناصر غذایی یا نقشه علف‌هرز تبدیل می‌کنند. به هرحال این نقشه‌ها فقط تغییرپذیری را توصیف می‌کنند، علت تغییرپذیری را توضیح نمی‌دهند. تعدادی از نرم افزارهای کامپیوتری می توانند به این تجزیه و تحلیل کمک نمایند.

4. جمع آوری اطلاعات و مراحل پردازش آنها. فناوری اطلاعات (Information Technology) یکی از شاخه های جدید علم می باشد که روشهای گوناگونی را برای جمع آوری، ارائه، تبادل و بکارگیری بهینه اطلاعات ارائه می‌دهد. تعامل IT با کشاورزی به تنظیم اقتصاد و بازرگانی و افزایش سطح اطمینان در بخشهای مختلف کشاورزی کمک می‌کند (Shearer et al. 1996). کشاورزی دقیق فرآیندی دوره‌ای است، البته کشاورز در هر زمانی می‌تواند عملیات را بر اساس اطلاعات سایت ویژه (Site-Specific) شروع نماید. مفهوم سایت ویژه عبارت است از به عمل آوری کوچکترین سطح ممکن به عنوان یک جزء منفرد. سایت به طور ساده، کوچکترین واحدی است که کشاورز می‌تواند با ابزارهای در دسترس آن را مدیریت نماید، که این سطح معمولاً در حدود 100 فوت مربع می‌باشد. عموماً کشاورزان نیازمند برنامه ریزی سالیانه، جمع آوری داده و مراحل تجزیه و تحلیل اطلاعات جهت تکمیل شدن سیکل کشاورزی دقیق طی سه مرحله ی قبل از کاشت، در فصل زراعی و هنگام برداشت می‌باشند.

5. اجرا، عمل نهایی. به محض شناسایی عوامل محدود کننده عملکرد، در مورد اینکه آیا این تغییرپذیری ارزش سر و کار داشتن دارد یا نه باید تصمیم گیری نمود و اینکه آیا عامل یا عوامل این تغییرپذیری را می‌توان مدیریت نمود و آیا هزینه های مدیریت محل ـ خاص بیش از سود مورد انتظار می‌باشد؟ (Pederson, 2003)

 نتایج و بحث

بکارگیری فن‌آوری کشاورزی دقیق امری مسلم و اجتناب ناپذیرمی‌باشد و هم اکنون در بسیاری از کشورهای پیشرفته این فناوری بکار گرفته شده است. طبیعتاً هر کشوری که بتواند سریعتر این فناوری را بومی سازی نماید، هزینه‌های ناشی از وابستگی در آن به حداقل خواهد رسید. افزایش جمعیت، نیاز آنها به غذا، تأمین بهینه غذا، کاهش هزینه‌ها و رقابت شدید جهانی در امر تولید محصولات کشاورزی با قیمت‌های تمام شده ارزان و کیفیت‌های بالا، پیشرفت سریع تکنولوژیهای فضایی و علوم وابسته سبب افزایش چشمگیری در پیشرفت این فناوری شده است. از موضوعات اساسی کشاورزی دقیق، لزوم شناخت و اصلاح دقیق خاک در نقاط مختلف مزرعه است که سبب افزایش راندمان و عملکرد آن می‌شود. همچنین به دست آوردن اطلاعات کامل که تا چندی پیش بایستی با صرف هزینه‌های گزاف و حتی در برخی موارد غیر ممکن به دست می‌آمد، با هزینه کمتر و ممکن به دست انسان می‌رسد. اطلاعاتی که تمامی موارد مرتبط به کشاورزی را در اختیار کاربران قرار می‌دهد از قبیل خواص فیزیکی خاک، میزان رطوبت، میزان محصول و ... که به این طریق می‌توان مدیریت جامعی را بر کشاورزی اعمال نمود. امید است که محققان و پژوهشگران اندیشمند، این عرصه نوین از علم را مورد توجه قرار داده و تحقیقاتی را در زمینه‌های تطابق این فناوری با کشور برداشته و آنرا مطابق شرایط اقتصادی، اجتماعی و علمی ایران قرار دهند تا همگی در جهت توسعه کشاورزی ایران قدم برداریم.

منابع

1. Blackmore S. and H. Griepentrog. 2002. A future view of precision faming. In: Proceedings of the Pre Agro Precission Agriculture Conference, eds. D. Berger et al., center for agricultural landscape and land use research (ZALF),Muncheberg,Germany. Pp. 131-145.

2. Pederson S. 2003. Precission farming – Technology assessment of site-specific input application in cereals, PhD. Dissertation, IPL,DanishTechnicalUniversity.

3. Pfost D. 1998. Precission agriculture: global positivning system (GPS).MissouriPrecissionAgricultureCenter,UniversityofMissouri-Columbia.

4. Shearer S., J. Fulton, S. McNeil, S. Higgins and T. Mueller. 1996. Elements of precision agriculture: Basics of yield monitor insallation and operation. University of Kentucky