صرفه جویی در مصرف آب کشاورزی با ماهواره‌ها

کشاورزی اصلی‌ترین مصرف‌کننده آب شیرین در سراسر جهان است و در حال حاضر ۷۰٪ درصد از کل برداشت‌های آب شیرین در سطح جهان را به خود اختصاص می‌دهد (و حتی سهم بیشتری از “آب مصرفی” با در نظر گرفتن تبخیر و تعرق محصولات کشاورزی). اما چگونه می‌توانیم این آمار و ارقام را به کنترل خود درآوریم و از لحاظ آبیاری و مصرف آب، کشاورزی پایدارتری را تجربه کنیم؟

جمعیت و رابطه مستقیم آن با نیاز و تقاضا:

زنجیره تأمین مواد غذایی به عنوان یک مسئله حیاتی در جهان در نظر گرفته می‌شود و به دلیل رشد سریع جمعیت و محدودیت منابع آب با کیفیت، انتظار می‌رود مهندسان آبیاری از روش‌های مدیریت و صرفه‌جویی در مصرف آب و همچنین روش‌های آبیاری خودکار برای افزایش راندمان آبیاری پیروی کنند. در واقع، افزایش بهره‌وری مصرف آب در بخش کشاورزی از ضروریات دهه فعلی است.

 افزایش بازدهی محصول (کیلوگرم) در متر مکعب آب مصرفی را “راندمان مصرف آب” یا Water Consumption Rate می‌نامند. برنامه‌ریزی آبیاری بر اساس راندمان مصرف آب بهترین سناریوی مدیریت آب برای هر محصول کشاورزی است.

پدیده تبخیر-تعرق چیست؟ 

عدم استفاده بهینه از آب آبیاری، منابع محدود و افزایش نیازهای جوامع انسانی به آب و غذا، مهندسان آبیاری را ملزم می‌کند تا اقدامات مدیریت آب را برای صرفه‌جویی در مصرف و افزایش راندمان آبیاری به کار بگیرند. پدیده توأمان “تبخیر و تعرق” یکی از عوامل مهمی است که دانستن میزان دقیق آن برای برآورد مصرف آب گیاهان و طراحی سیستم‌های آبیاری کارآمد ضروری است. اما تبخیر و تعرق چیست و چگونه به مصرف هوشمندانه آب کمک می‌کند؟

هر موجود زنده‌ای، آب را از منافذ سطحی خود بیرون می‌آورد تا دمای بدن خود را کاهش دهد. این پدیده “تعرق” نامیده می‌شود. در خصوص گیاهان، میزان تعرق بستگی به رطوبت، دما و سطح آب گیاه دارد. هرچه گیاه آبدارتر، دمای محیط بیشتر و رطوبت کمتر باشد، تعرق بیشتر خواهد بود.

اما در مزارع یا باغ‌ها، مصرف آب از طریق “تبخیر” از سطح مرطوب خاک نیز اتفاق می‌افتد.

تعرق یکی از پارامترهای مؤثر در تولید محصول است. با فرض مساعد بودن همه شرایط محیطی، هرچه تعرق بیشتر باشد محصول نهایی نیز بیشتر می‌شود. در مقابل، تبخیر زیاد نشان‌دهنده مصرف بیش از حد آب در سیستم‌های آبیاری است. 

مجموع این دو فرایند، تبخیر-تعرق (Evapotranspiration) نامیده می‌شود.

“تبخیر-تعرق به مقدار آبی گفته می‌شود که باید به محصول داده شود تا هم تبخیر و هم تعرق در طول دوره رشد آن اتفاق بیافتد و رشد آن تکمیل شود و حداکثر مقدار محصول بدون رخ دادن تنش آبی برای گیاهان به دست بیاید.”

 محاسبه تبخیر-تعرق نقش مهمی در برنامه‌ریزی آبیاری و در طراحی سیستم‌های آبیاری (مانند آبیاری بارانی) ایفا می‌کند. برآورد دقیق تبخیر و تعرق احتمالی، یک مهندس کشاورزی را قادر می‌سازد تا با تعیین نیاز آبی و در نظر گرفتن بارش مؤثر، برای تأمین آب و آبیاری یک زمین کشاورزی از طرق مختلف (از طریق منابع آبی مانند رودخانه‌ها، چشمه‌ها، قنات‌های زیرزمینی و …) برنامه‌ریزی کند. بیش از ۹۷ درصد آبی که در اختیار گیاه قرار می‌گیرد در تبخیر و تعرق مصرف می‌شود و بنابراین نیاز آبی گیاه معمولاً برابر با تبخیر و تعرق در نظر گرفته می‌شود.

حل مسئله از طریق ماهواره:

چگونه می‌توانیم از ماهواره‌ها برای تعیین و تأمین مقدار مناسب آب مورد نیاز در کشاورزی و یا در واقع جلوگیری از مصرف زیاد آب استفاده کنیم؟

با استفاده از الگوریتمی به نام SEBAL (الگوریتم تعادل انرژی سطحی برای زمین) و توانایی‌های سنجش از دور که ماهواره‌ها برای ما به ارمغان می‌آورند، می‌توانیم توزیع تبخیر و تعرق را در یک محیط کشاورزی محاسبه کنیم.

مقدار انرژی که در مکان، فصل و زمانی مشخص از سوی خورشید به عمق معینی از زمین می‌رسد را می‌توان با استفاده از تراز (تعادل) تابش ورودی و خروجی و طول موج‌های کوتاه و بلند روی سطح زمین محاسبه کرد. از طرفی مقدار آبی را که با این مقدار انرژی تغییر حالت می‌دهد نیز می‌توان مشخص کرد.

انرژی، تابش و راندمان مصرف آب:

اطلاعات ورودی کلیدی برای محاسبات در الگوریتم SEBAL از داده‌های ماهواره‌ای جمع‌آوری می‌شود که با تابش طیفی در محدوده‌های مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز حرارتی به دست می‌آید. این اطلاعات شامل موارد زیر است:

تابش خالص خورشیدی:

منبع اصلی انرژی برای پدیده تبخیر از سطح آب، انرژی خورشیدی است که حاصل تعادل تشعشعات ورودی و خروجی با طول موج‌های مثبت و منفی در سطح زمین است. این مورد “تابش خالص خورشیدی” نامیده می‌شود.

جریان حرارتی زمین:

در طول روز، بخشی از انرژی خورشید صرف گرم شدن خاک و جریان حرارتی در خاک می‌شود. این مقدار با توجه به میزان پوشش گیاهی متغیر است، زیرا پوشش گیاهی از رسیدن نور به زمین جلوگیری می‌کند. شرایط رطوبت سطحی نیز بر میزان انتقال حرارت خاک تأثیر می‌گذارد.

جریان حرارتی محسوس:

این معیار، بخشی از تابش خالص خورشیدی است که صرف گرم شدن هوا می‌شود.

تأثیر داده‌های هواشناسی در محاسبه میزان تبخیر و تعرق:

برای محاسبه تبخیر و تعرق، علاوه بر داده‌های ماهواره‌ای به داده‌های هواشناسی نیز نیاز داریم. پارامترهای هواشناسی مورد نیاز شامل دمای هوا، سرعت باد، ساعت آفتاب و میزان رطوبت است. این اطلاعات از ایستگاه‌های هواشناسی نزدیک هر منطقه جمع‌آوری می‌شود. همچنین، برای سنجش از دور، ماهواره NOAA-AVHRR داده‌های هر منطقه از زمین را در اختیار ما قرار می‌دهد. با در نظر گرفتن تمام اطلاعات، الگوریتم تراز انرژی (SEBAL) قادر است توزیع مساحتی مصرف آب خالص در بخش کشاورزی را با وضوح فضایی ۱ کیلومتر در بازه زمانی مورد نظر تعیین کند.

امروزه، کشاورزان می‌توانند از سامانه‌های مبتنی بر هوش مصنوعی مانند کشتیار به عنوان ابزاری برای استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده در ارتباط با بهینه‌سازی مصرف آب استفاده کنند تا به پایدارترین برنامه‌ آبیاری برای زمین زراعی خود دست پیدا کنند. 

امروزه، هوش مصنوعی نیز به کمک داده‌های جمع‌آوری شده از طریق ماهواره‌ها آمده است تا آنها را طبقه‌بندی و تحلیل کند و مشاهدات ماهواره‌ای را به شکلی کاربردی‌تر در اختیار استفاده‌کنندگان قرار دهد. سامانه‌های مبتنی بر هوش مصنوعی مانند سامانه کشتیار به عنوان ابزاری برای استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و تکنولوژی سنجش از دور در جهت بهینه‌سازی تمامی برنامه‌‌ها و فرایندهای کشاورزی در دسترس کشاورزان و شرکت‌های بزرگ کشاورزی قرار گرفته‌اند تا بتوانند به دقیق‌ترین داده‌های تحلیل شده از جمله پایدارترین برنامه آبیاری برای زمین‌های زراعی خود دست پیدا کنند.

پیشنهاد می‌کنم همین الان زمین‌های کشاورزی خودتان را در سامانه تحت وب کشتیار ثبت نمایید تا کشاورزی دقیق را با ما تجربه کنید و جزء برترین‌ها باشید!

راه‌های ارتباطی با شرکت دانش‌بنیان کشتیار:

info@Keshtyaar.ir

 09192315521/021-28426521

پست‌های مربوط به این مقاله را می‌توانید در اینستاگرام مشاهده کنید:

نمونه کار کشتیار بررسی تنش آبی مزارع