کشاورزی نوین و کاربرد GIS در کشاورزی

 از آنجایی که محصولات کشاورزی محصولاتی وابسته به مکان هستند بنابراین سیستم اطلاعات مکانی(GIS) یک ابزار کاملاً مرتبط برای کشاورزان محسوب می‌شود. عوامل و متغیرهای مختلفی در تولید و نگهداری محصولات کشاورزی دخالت دارند. سیستم اطلاعات مکانی با قابلیت ذخیره‌سازی، تجزیه و تحلیل حجم عظیم داده‌ها و نیز یکپارچه‌سازی اطلاعات گردآوری شده از منابع مختلفِ مکانی و توصیفی، ابزاری قدرتمند برای شناخت و مدیریت این متغیرها محسوب می‌شود. کشاورزان امروزی تکنولوژی‌های پیچیده کشاورزی را به منظور صرفه‌جویی در زمان و هزینه به کار می‌گیرند. در این مقاله به بررسی نمونه‌هایی از این تکنولوژی‌ها که در کشاورزی نوین استفاده می‌شود، می‌پردازیم. هر روزه بر توانمندی‌های سامانه‌های اطلاعات مکانی افزوده شده و کاربردهای جدیدی از آن مورد توجه قرار می‌گیرد. بنابراین می‌بایست توجه داشت که  کاربرد سیستم اطلاعات مکانی در کشاورزی منوط به این موارد نشده و شما نیز می‌توانید با جستجوی بیشتر نمونه های مختلفی از کاربرد GIS در کشاورزی نوین را پیدا کنید.

کشاورزی دقیق بر پایه سنسورها و سیستم اطلاعات مکانی

 توسعه و پیاده‌سازی کشاورزی دقیق با ترکیب سیستم موقعیت‌یابی جهانی(GPS) و سیستم‌های اطلاعات مکانی(GIS) امکان‌پذیر است. این فناوری‌ها، امکان جمع‌آوری داده‌های لحظه‌ای را با اطلاعات دقیق موقعیت، فراهم می‌کنند، که منجر به تجزیه و تحلیل حرفه‌ای و استفاده کارآمد از داده‌های مکانی می‌شود.

 برنامه‌های کاربردی مبتنی بر GPS در کشاورزی دقیق، برای برنامه‌ریزی کشت و کار، نقشه‌برداری زمین، نمونه‌برداری خاک، راهنمایی تراکتور، نظارت بر محصول و بررسی میزان بازده، استفاده می‌شوند. سیستم GPS به کشاورزان این امکان را می‌دهد که در شرایط محیطی کم نور مانند باران، گرد و غبار، مه و تاریکی نیز کار کنند.

 همچنین، کشاورزان از شیوه کشاورزی دقیق به منظور کاهش مقدار کود مصرفی روی زمین‌ها استفاده می‌کنند. از آنجایی که مقدار زیادی از کود اضافی در نهایت به جوی‌های آب و رودخانه‌ها راه پیدا می‌کند، آن‌ها با این کار نه تنها در هزینه‌های کوددهی صرفه‌جویی می‌کنند، بلکه محیط زیست را هم از خطرات کوددهی بیش از اندازه حفظ می‌کنند.

 کشاورزی دقیق، کوددهی را فقط برای قسمت‌هایی که واقعاً نیاز به کود دارند انجام می‌دهد. بدین ترتیب که: سنسورهای روی ماشین، اطلاعاتی درباره محصولات کشاورزی جمع‌آوری می‌کنند و GPS هم مکان دقیق آن اطلاعات روی زمین را ثبت می‌کند. سپس هنگام کوددهی، میزانی از کود را، که متناسب با نیاز آن بخش از محصول کشاورزی می‌باشد، به نقاط دارای کمبود مواد مغذی اعمال می‌کند.

کشاورزی که از این روش استفاده می‌کند می‌تواند در هر هکتار زمین 2 تا 15 دلار کمتر هزینه کند که در درازمدت این مبلغ به سرمایه‌ای باورنکردنی تبدیل می‌شود.

استفاده از داده‌های ماهواره‌ها و پهپادها

محصولات کشاورزی برای رشد به چه چیزهایی نیاز دارند؟

 گیاهان علاوه بر نور خورشید و مواد معدنی، به مقدار مناسبی آب نیاز دارند. مقدار زیاد آب (سیلابی) یا میزان خیلی کم آب (خشکسالی) رشد گیاهان را مختل می‌کند. تکنولوژی ماهواره ای مانند SMOS(Soil Moisture Ocean Salinity) به صورت لحظه‌ای انرژی ماکروویو را از سطح زمین جمع‌آوری می‌کند و به این طریق پیش بینی بهتری از تولید محصولات کشاورزی و بررسی سیل و خشکسالی ارائه می‌دهد.

با استفاده از اطلاعات رطوبت خاک که در تصاویر ماهواره SMOS موجود است، میتوان پیش بینی مناسبی از تولید محصولات کشاورزی ارائه نمود.

با استفاده از اطلاعات رطوبت خاک که در تصاویر ماهواره SMOS موجود است، میتوان پیش بینی مناسبی از تولید محصولات کشاورزی ارائه نمود.

ماهواره‌های لندست نیز میزان سبزی گیاهان را با استفاده از شاخص‌هایی نظیر شاخص پوشش گیاهی NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) آنالیز می‌کنند.

بدین ترتیب، تخمینی محلی و جهانی از میزان بهره‌وری محصولاتِ کل زمین داریم، که از تعداد زیادی ماهواره که دورتادور زمین درحال اخذ تصاویر مختلف هستند، به دست آمده است.

پهپادها چه اطلاعاتی از زمین می‌توانند جمع‌آوری کنند؟

  • ارتفاع گیاهان، تخمین تعداد و زیست‌توده (بایومس)
  • حضور بیماری و علف‌های هرز
  • سلامت گیاه و غنی بودن زمین
  • اطلاعات حجمی و ارتفاعی سه بعدی

 به جای اینکه کارگران روی زمین تحقیق کنند، هواپیماهای بدون سرنشین می‌توانند این تحقیقات را در زمینی با مساحت بیشتر و در زمان کمتر پوشش دهند. این پهپادها می‌توانند سلامت محصولات را از آسمان و درست در جایی که استرس محصول در حال رخ دادن است، تشخیص دهند. میزان آفات، بیماری‌ها و علف‌های هرز در هر نقطه از زمین کشاورزی مورد شناسایی قرارگرفته و بر این اساس، کشاورزان قادرند با شناسایی نواحیِ بحرانی نیازمند به مداوا، با گسترش آفات مبارزه کرده و تصمیمات بهینه‌ای برای کوددهی و نظارت زمین­ها اتخاذ کنند.

 همچنین می‌توانند سنسورهای آبدهی دقیق را به کار برده و دریابند دقیقا کجا نیاز به آبیاری وجود دارد. در واقع، یک هواپیمای بدون سرنشین کوچک می‌تواند امکان اتخاذ تصمیمات بسیار قدرتمندی را برای کشاورزان فراهم آورد.

تصویر ماهواره لندست آبیاری مرکز محور – عکس از NASA

استفاده از داده‌های آنلاین

 داده‌های آنلاین به کشاورزان امکان انجام محاسبات سریع و کارآمد را می‌دهد. به همراه شما تعدادی از این برنامه‌های ارائه شده را از نظر می‌گذرانیم.

  • دپارتمان کشاورزی ایالات متحده (USDA)و سرویس اطلاعات آماری کشاورزی ملی (NASS) یک برنامه کاربردی نقشه‌برداری کشاورزی به نام “Crop Scape” را توسعه داده‌اند که در آن کشاورزان می‌توانند تخمین‌های مربوط به انواع محصولات را به دست آورند.

 در این برنامه، کشاورزان می‌توانند ببینند که کدام محصول، کجا و به چه میزان در حال رشد است. دولت نیز این برنامه را برای بررسی مسائلی همچون امنیت غذایی، تغییر پوشش زمین، و کنترل آفت‌کش‌ها به کار گرفته است.

  • برای برنامه‌ریزی در مقیاس بزرگ، ابزار آنلاینی مانند “Plant Hardiness” ، مناطق آب و هوایی مناسب رشد را برای انواع مختلف محصولات مشخص می‌کند.
  • ” فهرست موجودی زمین کانادا” اولین مجموعه اطلاعات مکانیِ تولید شده است و هدف آن، طبقه‌بندی پتانسیل‌های مختلف تولیدات کشاورزی در کانادا بود.
  • در مقیاس جهانی، سازمان غذا و کشاورزی (فائو) سازمان ملل متحد، محصولات غذایی اولیه را با پایگاه داده مکانی جهانی‌ای که از اطلاعات آماری پوشش کشاورزی سطح زمین دارد، مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد.

نمونه‌ای از کاربرد GIS در کشاورزی که در آن نقشه مناطق آب‌و‌هوایی ایران که برای تخمین‌های مربوط به انواع محصولات استفاده می‌شود، با استفاده از ابزارهای تحلیل GIS به دست آمده است.

در مقیاس کوچکتر نیز تعدادی ابزار آنلاین در اختیار کشاورزان قرار گرفته است، به عنوان مثال:

  • در وب‌سایت “دانه‌های انتخابی جانی”، یک ابزار تعاملی ارائه شده است که به وسیله آن کشاورزان می‌توانند میزان دانه مورد نیاز برای یک محصول خاص را محاسبه کنند. علاوه بر این اطلاعاتی درباره تاریخ بهار، پاییز، زمان مناسبِ کاشت، زمان برداشت محصول و هزینه‌های تونل کاترپیلار (که با ایجاد حالت گلخانه‌ای برای محافظت محصولات تعبیه می‌شود) ارائه می‌کند. [ وب‌سایت johnnyseeds ]
  • تیم Ag-Analytics.Org در دانشگاه کرنل، سایتی با مجموعه ابزارهای وب گسترش داده‌اند که اطلاعات منابع بیمه محصولات کشاورزی مانند برگه‌های حقوقی، مهلت و مزایده‌های مزارع را ارائه می‌دهد. همچنین دارای یک برنامه نقشه‌برداری است که به کشاورزان این امکان را می‌دهد که یک حساب کاربری ایجاد کرده و به داده‌های بسیاری همچون، اطلاعات خاک، آب و هوا، و شاخص‌های گیاهی به دست آمده از ماهواره‌ها دسترسی پیدا کنند.
پیشنهاد بعدی   معرفی فرمت‌های پرکاربرد داده‌های رستری در سیستم اطلاعات مکانی(GIS)

مدلسازی عملکرد گیاهان و نیازهای آن‌ها

 “طول دوره رشد” مدت زمانی است که محصولات با تبخیر و تعرق مواجه بوده و نیازمند بارش و حفظ رطوبت آن توسط خاک هستند. از آنجایی که هر نوع محصول دارای نیازهای رطوبتی منحصر بفرد خودش می‌باشد، محاسبه “طول دوره رشد” نیز امری دشوار است. از این رو، محققان در حال تلفیق داده‌های مختلف با هم هستند تا به مدلی کامل‌تر و درک بهتری از محصولات کشاورزی برسند.

 همانطور که می‌دانیم، سامانه‌های اطلاعات مکانی قابلیت ذخیره‌سازی اطلاعات در بانک اطلاعاتی را دارند. همین موضوع نیز ذخیره‌سازی و به‌روزرسانی حجم عظیمی از اطلاعات را آسان می‌کند. می‌توان با به‌کارگیری پارامترهایی چون منحنی میزان، توپوگرافی منطقه، مشخصات خاک و سایر متغیرهای اقلیمی که مدام در حال تغییر می‌باشند، مدلسازی دقیق‌تری انجام داد.
هرقدر مدلی که ارائه می‌کنیم دقیق‌تر باشد، پیش‌گویی عملکرد گیاهان و وضعیت آتی منطقه بهتر انجام خواهد گرفت.

منبع کاملی از اطلاعات آب و هوایی، اقلیمی و توسعه کشاورزی نوین در سراسر جهان_عکس از NOAA Weather

منبع کاملی از اطلاعات آب و هوایی، اقلیمی و توسعه کشاورزی نوین در سراسر جهان_عکس از NOAA Weather

 در زیر به چند نمونه از مدل‌های شبیه‌سازی کشاورزی که در دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرند، اشاره می‌کنیم:

  • مدل “هم‌افزایی محصول” CAM(Crop Assimilation Model) و مدل “خاک-آب-هوا-گیاه” SWAP(Soil-Water-Air-Plant) : در GRASS GIS که به عنوان ابزار اندازه‌گیری بهره‌وری محصولات، از طریق شبیه‌سازی فرآیندهای خاک، آب و محصول، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • مدل “محاسبه کننده ضریب بهره‌وری-فرسایش خاک” EPIC : عملکرد محصولات و میزان آبیاری مورد نیاز متناسب با تغییرات آب و هوایی را مدلسازی می‌کند.
  • مدل “غیرانتزاعی کشاورزی” AGNPS(Agricultural Non-Point Source) : تاثیرات کشاورزی را بر کیفیت آب پیش‌بینی می‌کند.
  • مدل” محاسبه چندمنظوره رطوبت خاک ” VSMB(Versatile Soil Moisture Budget) : شرایط رطوبت خاک مناطق زراعی را با توجه به تبخیر-تعرق، بارش، رواناب و عوامل دیگر شبیه‌سازی می‌کند.
  • مدل IDIRS : از طریق کاهش جنگل‌زدایی و تجزیه جنگل، فرصت کسب درآمد بالقوه از کشاورزی را در برابر هزینه جنگل‌زدایی نشان می‌دهد.
  • مدل Aspect and Microclimate : می‌تواند نواحی مستعدِ برداشت را مشخص کند، برای مثال، دامنه‌های رو به جنوب آلپ سوئیس از بادهای سرد و خشک در امانند که مسئله بسیار مهمی برای رشد موفقیت آمیز محصولات کشاورزی است.

تامین غذا برای جمعیت در حال رشد

 چطور می‌توانیم نیازهای جمعیتِ در حال افزایش را برآورده کنیم؟

 آنالیزهای مکانیِ “میزان دسترسی به غذا” در یک محدوده مشخص، می‌توانند نشان‌دهنده مسیر برای تشخیص کمبودهای غذایی در آینده و در نتیجه اتخاذ تدابیر صحیح برای غلبه بر این مساله باشند.

 بهره‌گیری از GIS برای رسیدن به امنیت غذایی به این معنی است که می‌توانیم تغییرات پوشش زمین و منابع غذایی محلی را تحت نظارت قرار دهیم، مناطق مهم را در نواحی خاص مشخص کنیم، ارتباط بین ویژگی‌های بیوفیزیکی و اجتماعی اقتصادی را بیابیم. همچنین با استفاده از مدل‌های سه‌بعدی تهدیدهای بالقوه را شناسایی کرده و بر اساس چشم‌انداز به‌دست‌آمده برای آینده و حفظ منابع غذایی برنامه‌ریزی کنیم. بدون استفاده از بینشی که این تکنولوژی فراهم می‌آورد، اتخاذ تصمیم‌های استراتژیک در مقیاس بزرگ بسیار مشکل خواهد بود.

 در مقیاس بزرگتر، استفاده از تکنولوژی‌های GIS در آنالیز تصاویر ماهواره‌ای می‌تواند به ردیابی تغییرات آب و هوایی، نظارت بر میزان بارش و بررسی فرسایش خاک کمک کند. در نتیجه امکان کمبود غذای بالقوه در یک منطقه خاص را نشان می‌دهد.

زمین‌های عربستان صعودی که 80 درصد آب آن به مصارف کشاورزی می‌رسد - عکس از USGS

زمین‌های عربستان صعودی که 80 درصد آب آن به مصارف کشاورزی می‌رسد – عکس از USGS

 سیستم اطلاعات مکانی تبدیل به ابزار قدرتمندی شده است که درک بهتری از رابطه میان “زمین‌های کشاورزی، تاثیر تغییرات آب و هوا، میزان بارش و فرسایش خاک بر روی تولیدات کشاورزی،” و “دسترسی غذایی” را مهیا می‌کند. درک عمیق رابطه بین این عوامل، کلیدِ یافتن شیوه‌های صحیح و برنامه‌های کافی برای مقابله با تهدیدهای امنیت غذایی، می‌باشد. استراتژی‌های مناسب برای زمین‌های کشاورزی موجود، به علاوه شیوه‌های تولید تکامل‌یافته، می‌تواند تامین غذا در سطح جهانی را تضمین کند.

جمع‌بندی مطالب

 کشاورزی دقیق، ماهواره‌ها، پهپادها، ابزارهای آنلاین، و مدل‌های پیچیده، این لیستِ برخی از فناوری‌های کشاورزی است که کشاورزان و محققان امروزه استفاده می‌کنند. کشاورزان دنیای مدرن باید چیزی بیشتر از اینکه فقط چه چیزی بکارند، بدانند. آن‌ها باید درباره خاک، علف‌های هرز، مواد مغذی، آب و هوا، حشرات، بیماریها و ماشین‌آلات اطلاعات داشته باشند.
این روند نوظهور، این امکان را فراهم می‌کند که کشاورزان کارشان را سریعتر و با دانش بیشتری انجام دهند و درنتیجه علاوه بر صرفه اقتصادی و حفظ محیط زیست، امکان تامین امنیت غذایی برای جمعیت رو به افزایش نیز فراهم می‌شود.

شما چه روندهای در حال رشدی را در حوزه تکنولوژی کشاورزی می‌شناسید؟

 


منابع:

متن فوق با استفاده از مطالب موجود در مقاله (https://gisgeography.com/farming-agriculture-technology) تدوین گردیده است.