کشاورزی پایدار

مقدمه

كشاورزي دقيق (Precision Farming يا Precision Agriculture) يك مفهوم جديد در كشاورزي امروزي است و بر مبناي وجود ناهمگوني در سطح مزرعه استوار است. يكي از دلايل رشد كشاورزي دقيق در ميان دانشمندان و كشاورزان، پيشرفت تكنولوزي در زمينه هاي مختلف از جمله سيستم تعيين مختصات جغرافيايي GPS, سنسورها, عكسهاي هوايي يا ماهواره اي (يا سنجش از دور) و تسحيلات مديريت اطلاعات جغرافيايي است. بر اين اساس اطلاعات جمع آوري شده توسط تكنولوژي هاي ذكر شده براي انجام محاسبات دقيق در مورد سطح ناهمگوني در مزرعه از جهت هاي مختلف از جمله مقدار مواد مغذي خاك، گسترش و پخش آفتها بيماريها و علفهاي هرز در سطح مزرعه همچنين تصميم گيري در مورد موعد فعاليتهاي مديريتي و همچنين پيش بيني مقدار عملكرد مورد ارزيابي قرار خواهند گرفت .

به دست آوردن اطلاعات دقيق و اجرايي در زمينه كشاورزي رويكرد مهمي است كه در سال هاي اخير با رشد و توسعه صنعت الكترونيك، ارتباطات و بوجود آمدن نرم افزارهاي مرتبط عملي شده است. حسگرها و ريزپردازنده هاي ارزان قيمت به همراه منابع توان و سيستم هاي ماهواره اي، توانسته است بسياري از فعالان كشاورزي دنيا را به اطلاعات و داده هاي با ارزشي درخصوص حرفه شان مجهز نمايد. فن آوري اطلاعات (Information Technology) مفهومي است كه هم اكنون به موازات ديگر شاخه هاي علم در كشاورزي با عنوان كشاورزي دقيق (Precision Agriculture) نمود پيدا كرده است. در طي 15 سال اخير محققان در يافته اند كه خصوصيات و پارامترهاي مزرعه اعم از خصوصيات گياه و خاك، تحت تأثير زماني و مكاني تغيير پذيرند كه با انجام آزمايش هاي گسترده قابل شهود بود. از طرفي روش هاي كشاورزي دقيق مي توانند پايداري اقتصادي و محيطي توليد محصول را افزايش مي دهند.

در كشاورزي مرسوم، هر مزرعه به عنوان يك واحد تلقي مي شود و مبناي مديريتي، شرايط و خصوصيات متوسط مزرعه قرار مي گيرد و در نتيجه نهاده ها بر اساس همين خصوصيات تعريف مي شوند. اما كشاورزي دقيق با استفاده از فن آوري هاي اطلاعاتي مزرعه را به واحدهاي كوچك تر تقسيم بندي كرده و سپس به تعيين خصوصيات هر واحد مي پردازد. در نتيجه استفاده از اين فن آوري، توليد كننده ها قادر خواهند بود نهاده ها را در محل دقيق اعمال كرده در نهايت از بيماري و تلفات بكاهند. اما قبل از هر چيزي با فن آوري كشاورزي دقيق آشنا مي شويم:

GPS يا سيستم مكانيابي جهاني قلب كشاورزي دقيق است. دريافت كننده GPS وسيله اي است كه موقعيت خود ار از طريق چهار سيگنال ماهواره اي و محاسبات مثلثاتي در روي زمين تعيين مي كند. خطاهايي كه در اين سيستم وجود دارد مي تواند با نصب يك ايستگاه ثابت كه داراي موقعيت ثابت و مشخصي مي باشد، كمتر شود. اين ايستگاه، سيگنال هاي فرستاده شده چهار ماهواره را دريافت و پس از مقايسه محل محاسبه شده با محل دقيق خود، مقدار خطا را محاسبه نموده و موقعيت دقيق را به واحدهاي سيار در مزرعه مي فرستند. اين سيستم DGPS  (Differential Global Positioning System) نام دارد. ز آنجايي كه كشاورزي دقيق نياز به سطح بالايي از پردازش اطلاعات دارد، نرم افزارهايي نياز است تا بتوانند با استفاده از مقادير اندازه گيري شده و موقعيت مكاني، اطلاعات مفيد را كنترل يا تحليل كنند. سيستم GIS در واقع همين نقش را ايفاء مي كند و قادر است با استفاده از خصوصياتي مثل بافت خاك، نوع محصول، وضعيت مواد مغذي خاك و لايه هاي مختلفي از اطلاعات را به صورت نقشه توصيف نمايد. برخي از اين لايه هاي اطلاعاتي مي توانند مستقيماً و با اندازه گيري به دست آيند مثل pH خاك و برخي ديگر از طريق پردازش رياضي ساير داده ها همان طور كه گفته شده، خصوصيات مزرعه اي تغيير پذيرند بنابراين هدف كشاورزي دقيق نيز به تناسب اين دو تغيير پذيري اعمال متغير نهاده ها است. فن آوري نسبي متغير(Variable Rate Technology) كه در كشاورزي دقيق كاربرد فراواني پيدا كرده است در حقيقت به تجهيزاتي اطلاق مي شود كه مي توانند به طور خودكار ميزان استعمال مواد را با توجه به موقعيت مكاني تغيير دهند. در حال حاضر اين سيستم ها در كودپاشي‌‌ها، كارنده ها و سيستم هاي آبياري توسعه قابل توجهي داشته اند.

معرفي كشاورزي دقيق

واژه كشاورزي دقيق را با توضيحاتي كه در بخش قبل ذكر شد مي‌توان به صورت زير تعريف كرد:«مديريت دقيق گياه و خاك مطابق با شرايط متغير يك مزرعه». البته در فرهنگ اصطلاحات علمي از واژه هايي چون كشاورزي موضعي (Site specific management) Spot Agriculture نيز استفاده مي شود. قدم هاي اساسي در كشاورزي دقيق عبارتند از:

الف- شناسايي و تشخيص تغييرپذيري

ب- مديريت تغييرات

ج- ارزيابي عملي

الف- شناسايي و تشخيص تغيير پذيري: اين مرحله يك گام اساسي به شمار مي رود. يرا هيچ مديريتي بدون شناخت كافي از مسأله، ممكن نيست. همان طور كه گفته شده تغييرات مزرعه اي مي توانند مكانيSpatial variability) ) يا زماني(Temporal variability) باشند كه عمدتاً روش هاي استفاده شده به تعيين تغيرات مكاني مستلزم مطالعه روند رشد محصول درطول يك فصل زراعي مي باشد كه چيزي نيست جز تغييرپذيري زماني. بنابراين كاوش هر دو تغييرپذيري در كشاورزي دقيق ضروري به نظر مي رسد .

ب- مديريت تغييرات: زماني كه تغييرات درمزرعه مطالعه مكان يابي شد، توليد كننده بايد براساس دانش زراعي خود مديريت مناسبي متناسب با آن تغييرات اتخاذ كند. اين مديريت اصطلاحاً مديريت موضعي محصول (Site-specific crop management) نام دارد كهsscm  مشهوراست. البته هرچه قدر بعد زماني تغييرپذيري در اين شيوه مديريتي غالب تر باشد، مشكلات بيشتر است. به عنوان مثال در بحث پتاسيم و فسفر، بعد زماني تأثيرچنداني بر تغييرپذيري آن در مزرعه ندارد در حالي كه اين مطلب درمورد كودهاي نيتروژنه صادق نيست.

ج- ارزيابي عملي: سه مؤلفه اقتصاد، محيط زيست و انتقال فن آوري در اين مرحله بيشترين اهميت را دارند. مهمترين واقعيتي كه بايد در كشاورزي دقيق قبول كرد اين است كه اطلاعات وداده ها در اين نوع كشاورزي ارزش محسوب مي شوند نه فن آوري. بنابراين اين داده ها به هر شيوه اي كه به دست مي آيند، در صورت داشتن دقت بالا و خطاي قابل قبول، با ارزش بوده و يك ورودي براي مديريت موضعي اند. نكته دوّم اين است كه حفظ محيط زيست همواره به عنوان عامل تأثيرگذار در بوجود آمدن كشاورزي دقيق مطرح بوده است. كاهش استفاده از مواد شيميايي، سموم، آفت كش ها، افزايش كارايي كودها و در نتيجه افزايش بازدهي نهاده ها، جلوگيري فرسايش خاك  از مزاياي زيست محيطي اين نوع كشاورزي به شمار مي ‌آيند.

واژه انتقال فن آوري، بيشتر مرتبط با انتقال اطلاعات به بخش صنعت و عملياتي كردن طرح هاي تحقيقاتي و ترويج برآيند آنها در ميان كشاورزان مي باشد

جمعيت نيل به اهداف فوق و كاربردي كردن قدم هاي اساسي كشاورزي دقيق، سيستم هاي محاسبه اي سيّار اعم از كامپيوتر ها ونرم افزارهاي مناسب چون نرم افزارهاي GIS براي ثبت داده ها و تحليل و كنترل آنها مورد نياز خواهند بود. كترل ادوات و نهاده ها توسط دو روش عمده صورت مي گيرد: يكي روش همزمان (Real-time) است كه در اين روش، خصوصيتي از گياه يا خاك به صورت پيوسته (On-the-go) اندازه گيري شده و سيستم هاي كنترلي واقع در تراكتور، به طور همزمان و با استفاده از اين اندازه گيري، نهاده مورد نظر را تعيين و اعمال مي كنند . اين مطلب مي تواند در كنترل عمق ادوات كشاورزي نيز قابل استفاده باشد.

روش بعدي كه « نقشه مبنا» (Map-based) نام دارد زماني به كار مي رود كه نقشه اي از خصوصيات خاك يا گياه قبلاً توسط حسگرها يا نمونه برداري و با استفاده از تركيبي از سيستم هاي GPS و GIS تهيه شده باشد وهم اكنون دراختيار پردازشگر كابين تراكتور باشد.

نكته مهم در اين روش اين است كه بايد نقشه مورد نظر اطلاعات بروزي از خصوصيات را ارائه دهد در غير اين صورت كارايي لازم را نخواهد داشت.

در حال حاضر تركيبي از اين دو روش مي تواند به عنوان گزينه مطلوب تري پيشنهاد گردد.

حسگرهاي پيوسته يا در حال حركت، برمبناي پنج اصل فيزيكي طبقه بندي شده اند. حسگرهاي الكتريكي ومغناطيسي، هدايت/ مقاومت الكتريكي، ظرفيت خازني ويا القاي مغناطيسي را تحت تأثير جنس تشكيل دهنده يك ماده اندازه گيري مي كنند. حسگرهاي نوري و راديو متري نيز از امواج الكترو مغناطيسي براي كاوش سطح انرژي جذب شده، باز تابيده شده يا انتقال يافته توسط وزارت خاك يا بافت گياه استفاده مي كنند. همچنين اين حسگرها مي توانند از اصل ديد ماشين (Machine Vision ) براي شناسايي گونه هاي مختلف گياهان يا اندازه گيري تراكم گياه به صورت « همزمان» بهره بگيرند. حسگرهاي صوتي از صداي ايجاد شده توسط درگيري وسيله با خاك و اندازه گيري آن استفاده مي كنند. حسگرهاي بادي با تزريق مقدار معيني باد به داخل خاك مي توانند ميزان فشردگي خاك را تعيين كنند. حسگرهاي مكانيكي، نيروي ايجاد شده در اثر درگيري يك وسيله با خاك يا گياه را اندازه گيري مي كنند. از اين حسگرها ي الكترو شيميايي شامل غشاءهاي يون انتخابي‌ مي باشند كه دراثرفعاليت يون هاي مشخصي در محلول خاك، ايجاد ولتاژ مي كنند. مي توان با كاليبره كردن اين ولتاژ، سطح فعاليت يون هاي انتخابي را كاوش نمود.

اگرچه توليد كنندگان، حسگرهايي را ترجيح مي دهندكه داراي ورودي مستقيم به الگوريتم هاي تصميم گيري باشند ولي واقعيت اين است كه حسگرهاي ساخته شده، تنها قادر به كاوش غيرمستقيم پارامترهاي خاك يا گياه مي باشند. به عنوان مثال، تغييرات هدايت الكتريكي خاك كه توسط حسگرهاي الكتريكي اندازه گيري مي شود بيانگرتغييرات در شوري خاك، رطوبت، بافت و نيز ماده آلي خاك مي باشند. 

بنابراين افزايش دقت و كارايي حسگرهاي مذكور، از جمله چالش هاي اساسي در تحقق كشاورزي دقيق است.

بنابر توضيحات فوق حال مي توان چهار مؤلفه اساسي كشاورزي دقيق را نام برد:

1- سنجش از راه دور Remote Sensing

2- GIS

3-DGPS

4- VRT

ازطريق عكس برداري فضايي از سطح مزرعه مي توان اطلاعات مفيدي در خصوص رطوبت موجود در گياه و خاك، سطح پوشش گياهي و.... به دست آورد. كه به روش سنتي از راه دور معروف است. خصوصيت غير مخرّب آن باعث مي شود كه هيچ گونه تصرفي از جهت عبور و مرور ادوات و ماشين ها و يا نمونه برداري در مزرعه صورت نپذيرد ودرنهايت خطاي عكس برداري كه در چند سال اخير به حدود چند سانتي متر كاهش يافته است نيزاز نكات قابل توجه اين روش محسوب مي شود . با همه توصيف هايي كه شد، بهترين حالت، تركيب روش هاي سنجش از راه دور با نقشه هاي به دست آمده از روش هاي ديگر است تا بتوان اطلاعات جامع و مفيدي به دست آورد.

فن آوري نرخ متغير(VRT) از سه بخش اساسي تشكيل يافته است:

1- كنترل كننده

2- موقعيت ياب

3- فعال كننده

كنترل كننده در واقع شامل تجهيزات دقيقي است كه مي تواند با استفاده از نقشه، وضعيت مكان مورد نظر را از نظر خصوصيت خاك يا گياه  پردازش كند. اين پردازش به كمك موقعيت ياب مي تواند موقعيت يك مكان را با نقطه تعيين شده در نقشه هماهنگ كرده ودر نتيجه تصميم لازم را براي استعمال نهاد، اتخاذ نمايد. سيستم موقعيت ياب در واقع يك دريافت كننده DGPS است كه مختصات موقعيت جغرافيايي مكان مورد نظررا از لحاظ طول و عرض جغرافيايي و همچنين ارتفاع نمايش مي دهد. در مرحله آخر، فعال كننده، تصميم اتخاذ شده توسط پردازشگر را عملي مي سازد.

تجارب كشورهاي مختلف در مورد كاربرد كشاورزي دقيق

1-      مديريت عناصر غذايي در سيستم هاي كاشت ذرت و سويا، ايالات متحده آمريكا

سيستم هاي كشت ديمي وآبي كمربند ذرت آمريكا با مزارع بزرگ و كاربرد فن آوري هاي جديد شناخته شده است. با وجود اين كه طي 30 سال گذشته، افزايش عملكرد خوبي در اين مزارع رخ داد امّا آلودگي آبهاي زيرزميني (به علت استفاده مداوم ازسموم و كودهاي شيميايي درروش هاي مرسوم ) معضل اساسي اين كشاورزي بوده است. كشاورزي دقيق گرچه ابتدا با هدف ايجاد سود بيشتر متولد شد امّا هم اكنون، نيل به سود پايداروكاهش آلودگي هاي زيست محيطي از مهمترين نتايج آن است .

درابتداي به وجود آمدن كشاورزي دقيق دراين منطقه، عمدتاً سيستم هاي VRT، مزارع بزرگ را مديريت مي كرد. به خصوص در كاربرد متغير كودهاي نيتروژنه، فسفاته و پتاسيم وديگرنهاده ها اين سيستم جايگاه خاصي داشت.

امّا با گذشت زمان و توسعه سيستم هاي مديريت موضعي (sscm) مزارع به واحدهاي كوچك تري از لحاظ مديريتي تقسيم شدند. همچنين به علت هزينه بالاي نمونه برداري درمزارع وسيع، رويكرد سنجش ازراه دور، حسگرهاي on-the-go وتهيه نقشه هاي عملكردي جايگزين روش هاي قديمي گشت. بنابراين كشاورزي دقيق درآمريكا جايگاه خاصي پيدا كرد. البته درمرحله ارزيابي عملي اين سيستم مشخص شد كه اگر چه با كاربرد اين تكنولوژي سطح استفاده از نهاده ها كاهش پيدا كرد امّا افزايش معني داري درعملكرد محصول مشاهده نشد مچنين روشن نيست كه آيا كاربرد VRT مي تواند باعث كاهش آبشويي نيترات گردد يا خير. به هرحال اين تكنولوژي فعلا به صورت گسترده وفراگيركاربرد پيدا نكرده است امّا مطالعه وبررسي ها بويژه در بحث مواد مغذي، چالش اساسي محققان كشاورزي دقيق در آمريكا است.

2 مديريت كود نيتروژنه در كاشت غلات، شمال اروپا

عملكرد غلات زمستانه و استفاده از كود نيتروژنه در اروپا بالاست. برآوردهايي كه در انگلستان و آلمان صورت مي پذيرد مبين اين است كه هزينه استفاده از نيتروژن مازاد وغيرضروري بسيارزياد مي باشد . اگر چه در دانمارك، استفاده از نيتروژن داراي يك حدّ بيشينه است، مطالعات درزمينه كاربرد بهينه ميزان نيتروژن وافزايش كارايي آن محور اساسي تحقيقات انگلستان اشاره مي شود امّا تحقيقات مشابهي نيزدركشورهايي چون آلمان ودانمارك درحال انجام است.

برنامه كشاورزي دقيق درجنوب انگلستان درطي 5 سال انجام شد كه هدف عمده آن تعيين خط مشي هايي جهت افزايش كارايي نهاده ها و كاهش صدمات زيست محيطي بود.

اين برنامه درعمل شامل 3 مرحله بود:

1) كاوش و بررسي سطح تغييرپذيري درمزارع انگليس.

2) توسعه تكنيك هايي جهت اندازه گيري تغييرات در طي فصل رشد (مديريت تغييرات)

3) ترويج وانتقال اطلاعات به كشاورز و توليد كننده و توجيه بخش كشاورزي دقيق نسبت به مزاياي استفاده از كشاورزي خصوصياتي مانند رطوبت خاك، بافت خاك، ومواد مغذي آن به صورت نقشه هايي تهيه شد. و به صورت كاربردي در اختيار برنامه هاي GIS و GPS قرار گرفت. درمرحله ارزيابي عملي اين فن آوري، محققان انگليسي دريافتند كه كاربرد متغير نيتروژن با استفاده از كشاورزي دقيق، استفاده مازاد N را تا   كاهش مي‌دهد و نيز سودي معادل 36 يورو بر هكتار درمقايسه با روشهاي سنّتي عايد كشاورز مي‌كند درمجموع يافته هاي بررسي كشاورزي دقيق در انگلستان وبه طور كلّي اروپا  مشابه نتايج آمريكا بود. بدين معني كه اگرچه به عنوان مثال كاهش چشمگيري در استفاده‌ ازN وجود داشت امّا همچنان افزايش در عملكرد و ميزان پروتئين دانه، مشاهده نشد.

3- مديريت عناصر غذايي در مزارع آبي برنج، آسيا

در آسيا، مزارع خصوصي داراي ابعاد كوچكي هستند و بنابراين تنها مي توان، ازتجهيزات كوچك استفاده نمود. بررسي هاي مزرعه اي نشان داده است كه عدم قطعيت هاي بسياري دراثر تغييرپذيري منابع تغذيه اي خاك در همين مزارع موجود است .بنابراين،‌ ‌كشاورزي دقيق درمناطقي چون چين، هندوستان و فيليپين توسعه يافت وبررسي هايي كه طي سالهاي 1997تا2000 در179 نقطه از مناطق برنج خيزآسيايي انجام گرفت مبين اين واقعيت بود كه به طور متوسط عملكرد دانه برنج 11 درصد افزايش و استفاده از كود نيتروژنه 4 درصد درمقايسه با روش هاي مرسوم كاهش يافت و در نتيجه سود متوسطي معادل 46 دلار آمريكا درهر هكتار و در هر چين برداشت، عايد كشاورزان شد. بنابراين مديريت موضعي مواد مغذي (Site  Specific  Nutrient  Management) در اين مناطق با وجود كوچك بودن مزارع (كه مشكل مزارع ايران نيز مي باشد) پاسخ نسبتاً خوبي ارائه كرده است.

4- كشاورزي دقيق در هندوستان

با وجود اين كه كشاورزي دقيق تقريباً در حال حاضر در انحصار كشورهاي رشد يافته است امّا در كشورهاي رشد يافته است امّا در كشورهاي در حال توسعه چون هندوستان نيز تلاش هايي براي اجراي اين فن‌آوري انجام شده است ‌‌‌‌‍‌. در حال حاضر، پتانسيل استفاده از كشاورزي دقيق در هند به دليل كمبود تكنيك‌هاي اندازه‌‌گيري و تحليل فاكتورهاي موثر خاك و گياه محدود شده است‌‍ .

الف- بوجود آمدن سيستم هاي مختلف علمي شامل دانشمندان كشاورزي در سنجش هاي مختلف آن مهندسان، سازندگان و اقتصاددانان به منظور مطالعه دورنماي كلي كشاورزي دقيق.

ب- تشكيل تعاوني هاي كشاورزي جهت تهيه تجهيزات، چرا كه بسياري از لوازم مورد نياز اين فن‌آوري گران قيمت هستند.

ج- تلاش جهت ادغام اراضي كشاورزي با دخالت مكانسيم هاي درست.

د- ترويج و آگاهي دادن به كشاورزان نسبت به مزاياي استفاده از كشاورزي دقيق از جمله كاهش ميزان مصرف كود، آب، حشره كش‌ها و آفت كش‌ها.

بر همين اساس مطالعاتي با همكاري بخش فضايي (Department of space) و دولت هندوستان در قالب 8 طرح پژوهشي در مزارع  ICRISAT و مزارع خصوصي كشاورزان تدوين شده است. هدف اين سري پژوهش ها، بررسي شكاف عملكردي در مزارع، تغيير پذيري خصوصيات مكاني در خاك و تغييرپذيري خصوصيات وابسته به زمان و فصل و نمايش آنها است كه توسط اطلاعات حاصله از حسگرهاي نوري و ميكرويوي انجام مي شود. محصولات كاشته شده در مزارع مورد مطالعه شامل گندم، سورگوم، برنج، سويا و بقولات هستند. مشابه اين تحقيقات در ابعاد كوچك تر نيز انجام شده است

موانع توسعه كشاورزي دقيق در دنيا

 براي پرداختن به موانع سر راه توسعه و پيشرفت كشاورزي دقيق، ابتدا بايد فاكتورهاي موثر بر توسعه آن را بررسي كرد. اين فاكتورها به دو دسته مهم طبقه بندي مي شوند: فاكتورهاي كلان و دوست مهرور و فاكتورهاي خورد يا فاكتورهايي كه مربوط به توليدكنندگان وكشاورزان است. متوسط مساحت اراضي كشاورزي، حرفه اي بودن كشاورزان، سودآورد بودن آن، سواد و اطلاعات نرم افزاري و داشتن امكانات و تجهيزات ماهواره اي و فضايي، از جمله عوامل كلاني هستند كه جايگزين سازي و عملي كردن كشاورزي دقيق دريك كشور به صورت قابل توجهي تحت تأثير اين عوامل مي باشد.

سود اقتصادي بيشتر، افزايش عملكرد محصول، كاهش مصرف نهاده هايي مانند كود و آب و آساني كار نيز از ديدگاه فردي براي كشاورزان حائز اهميت است. در راستاي عملياتي كردن شيوه هاي كشاورزي دقيق در هر كشوري چهار سؤال مهم مطرح مي شود.

1- آيا اطلاعات به دست آمده از كشاورزي دقيق قابل تحقيق به بخش كشاورزي هست و اساساً چه شيوه هاي مديريتي قابل تطبيق با اطلاعات بدست آمده مي توان اتخاذ كرد؟

2-     آيا اطلاعات بروز و جديد هستند؟

3-    آيا اطلاعات براي شخصي كه مي خواهد تصميم گيري كند معني دار است تا اين شخص دست به تغيير و تحول بزند؟

4-     آيا اطلاعات را مي توان در حيطه عمل پياده كرد؟

 با پذيرفتن اين كه اطلاعات مهم، قابل دسترسي، بروز و جديد و هم چنين معني دار مي باشند و مي توان در عرصه عمل اجرا كرد،يك توليدكننده نسبت به انجام و اجراي سيستم هاي كشاورزي دقيق متقاعدمي شود.امّابايدتوجه داشت كه كشاورزي دقيق يك امرتدريجي وقدم به قدم است وهرگزباتصميمات عاجل وسريع قابل اجرا نخواهد بود. موانع و عوامل بازدارنده دركشورهاي در حال توسعهء چون ايران را مي توان از ميان فاكتورهاي مذكور چه در بخش كلان و چه در بعد فردي، جستجو كرد در استراليا، ترويج و انتقال فن آوري، بيشترين اهميت را از لحاظ بازدارندگي نسبت به عواملي چون اقتصاد و تجهيزات ايفا مي كندزامّا در كشورهايي چون هندوستان، سطح كوچك اراضي، غير يكنواختي سيستم هاي كاشت، كمبود دانش فني و نرم افزاري در ميان كشاورزان و توليدكنندگان و هزينه هاي بالا به عنوان محدود كننده هاي كشاورزي دقيق مطرح هستند. با اين توضيح كه در هند بيش از 58 درصد مزارع كشاورزي مساحت كمتر از يك هكتار داشته و متوسط مساحت اراضي اين كشور 57/1 هكتار است. تنها در ايالاتي چون پنجاب، گوجارات و هاريانا بيش از 20 درصد از اراضي مساحتي بيش از 4 هكتار دارند. البته زمين هايي با وسعت بيش از 15 هكتار نيز در بخش پاتيالاي ايالت پنجاب وجود دارند كه مناسب براي اجراي طرح هاي كشاورزي دقيق به نظر مي رسند و به همين دليل در حال حاضر در دو ايالت پنجاب و هاريانا، مقدماتي براي اجراي كشاورزي دقيق براي محصولات محوري چون برنج و گندم تدارك ديده شده است.

كاربرد فناوري‌نانو در كشاورزي

تصور اتحاديه اروپا از اقتصاد مبني بر دانش، بيشينه كردن پتانسيل فناوري زيستي براي سودبري بيشتر اقتصادي، اجتماعي و زيست‌محيطي اين اتحاديه است. چالش‌هاي جديدي در اين بخش وجود دارد كه از آن جمله مي‌توان به افزايش تقاضا براي مواد غذايي سالم و مطمئن، تهديدهاي جدي براي محصولات كشاورزي و شيلات، كاهش خطر بيماري و الگوهاي متغير آب و هوايي اشاره كرد.

فناوري‌نانو با كمك ابزارهاي جديد، توانايي دگرگون سازي صنايع غذايي و كشاورزي را دارد و مي‌تواند از اين ابزارها براي تشخيص رفتارهاي مولكولي بيماري‌ها، كشف سريع بيماري و افزايش توانايي گياهان براي جذب مواد غذايي استفاده كند. همچنين در صنايع كشاورزي مي‌توان از حسگرها و سيستم‌هاي رسانش هوشمند براي مبارزه با ويروس‌ها و پاتوژن‌هاي محصولات كشاورزي بهره‌ جست.

در آينده نزديك با بهره‌گيري از كاتاليست‌هاي نانوساختار، افزايش كارايي آفت‌كش‌ها و علف‌كش‌ها، امكان كاهش حجم استفاده از اين مواد را خواهيم داشت.

كاربرد كشاورزي دقيق

كشاورزي دقيق كه همواره آرزويي ديرينه بوده است، كمك مي‌كند كه بتوان با كمترين ورودي (كودها، آفت‌كش‌ها، علف‌كش‌ها و. . .) بيشترين خروجي (عملكرد محصولات) را به دست آورد؛ اين هدف با بررسي متغيرهاي‌ محيطي و عملكردهاي هدفمند قابل دستيابي است. در كشاورزي دقيق با استفاده از رايانه‌ها، سيستم‌هاي ماهواره‌اي مكان‌ياب جهاني (GPS) و دستگاه‌هاي حسگر كنترل از راه دور، مي‌توان در مورد كيفيت رشد محصولات كشاورزي، تشخيص دقيق طبيعت منطقه و مشكلات آن، تصميم صحيح گرفت. مي‌توان به گونه‌اي تنظيم كرد كه اين كار علاوه بر كاهش هزينه، به كاهش ضايعات كشاورزي كمك كرده، آلودگي محيط زيست را به حداقل برساند. حسگرهاي كوچك و سيستم‌هاي كنترل و پايش كه با كمك فناوري‌نانوساخته شده‌اند، مي‌توانند تأثير مهمي بر اين شيوه جديد كشاورزي داشته باشند.

يكي از نقش‌هاي اصلي ابزارهاي مبتني بر فناوري‌نانو، افزايش استفاده از حسگرهاي خودكاري است كه براي كنترل‌ بلادرنگ به دستگاه‌هاي GPS متصل مي‌شوند. اين نانوحسگرها مي‌توانند در سراسر كشتزار پخش شده و شرايط خاك و رويش محصول را كنترل و تنظيم كنند. در حال حاضر از حسگرهاي بي‌سيم در بخش‌هاي خاصي از آمريكا و استراليا استفاده مي‌شود.

كاربردهاي نانو در زراعت :

امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص مي شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائي و سم نياز دارد و بدين وسيله از آلودگي‌ محيط زيست جلوگيري‌كرده ، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادي‌ راممكن مي سازد.

نانو سنسور ها مي توانند با كنترل دقيق وگزارش دهي به موقع نياز هاي گياهان به مركز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداري محصولات ياري نمايد.

- ايجاد گلخانه‌هاي كم‌هزينه‌تر با هدف صرفه‌جويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر در برابر رطوبت ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه اي برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت در حال حاضر ، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اين صورت ميليونها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان باز گردانده مي شوند

كاربردهاي نانو در اصلاح نباتات:

-      انتقال ژن هاي مورد نظر به سلول هاي گياهي با استفاده از نانومواد در اين روش از سامانه ي رسانش نانوذرات طلاي پوشيده با DNA يا RNA بداخل سلول استفاده مي شود.

-      ساخت ابزارهاي جديد براي بيولوژي سلولي و مولكولي اين ابزار ها جهت تعيين مولكول‌هاي خاص ، شناسايي و جداسازي آن ها استفاده مي شوند و كاربري بسياري دارند كه از اين بين مي توان به موارد زير اشاره كرد:

تكنولوژي و علم توليد مثل ، اصلاح نژاد حيوانات و گياهان ، تبديل ضايعات به انرژي و محصولات جانبي مفيد و علم و تكنولوژي كودسازي

-         اصلاح بذور به شيوه اتمي

كاربردهاي نانو در توليد سموم و كود هاي موثر و كم خطر:

ذرات سموم كشاورزي به وسيله عواملي از قبيل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سيستم تنفسي انسان ، آن را در معرض انواع بيماري هاي استنشاقي قرار مي دهد ، تحولات نانوفناوري ، با افزايش ميزان سوددهي و كاهش عوارض سموم كشاورزي ، معضلات ناشي از اين سموم را رفع مي كند و آنها را به محصولاتي كاملاً مفيد تبديل مي كند.

-      توليد سموم و كودهاي شيميايي با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها اين نسل از سموم و كود ها قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري ، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاري با محيط زيست را دارا هستند.

-      توليد كريستالهاي نانويي جهت افزايش كارايي استفاده از آفت‌كش‌ها استفاده از كريستالهاي نانويي امكان كاربرد آفت‌كش‌ها با دُز هاي كمتر را فراهم مي آورد و اين يعني به حداقل رساندن ورود اين تركيبات خطرناك به طبيعت.

-         توليد نانوكودها (Nanofertilizers)

اين تركيبات نانويي به سرعت و به صورت كامل جذب گياه شده و به خوبي نيازها و كمبود هاي غذايي آن را مرتفع مي سازد.

كاربردهاي نانو در گياه پزشكي:

-      كنترل فعاليت هاي اجزاي سلولي گياهان بدون آسيب رساني به آنها

شيوه هاي كنوني براي بررسي سلول ها بسيار ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در سلول اتفاق مي افتد ناگريزند سلول ها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانهاي موجود در آن از بين مي رود. پيشرفت هاي نانوفناوري بطور خاص مطالعات بنيادي زيست شناسي را تقويت خواهد كرد.

محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانوفناوري موفق شوند فعاليت اجزاي هر سلول را تحت كنترل خود در آورند.  هم اكنون گام هاي بلندي در اين زمينه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان ميتوانند فعاليت پروتئين ها و مولكول D.N.A را در درون سلول كنترل كنند.  به كمك نانوفناوري روش جديدي براي بررسي بيان ژن و آناليز mR.N.A سلولهاي زنده بدون مرگ يا تخريب آنها با استفاده از ميكروسكوب نيروي اتمي AFM ارائه شده است.

-      حسگرهاي هوشمند و سيستم‌هاي حمل هوشمند به منظور رديابي و مبارزه ي سريع و مفيد با ويروس‌ها و ساير عوامل بيماريزا گياهي به كار مي روند.

-         تيمار مولكولي بيماريها، رديابي سريع بيماريها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز

فرق اساسی بین کشاورزی مرسوم و کشاورزی دقیق، سوای بکارگیری تکنولوژی فضایی، سیستم های جانبی در کنار تجهیزات معمول در کشاورزی مرسوم در اندازه ی کوچکترین سطح ممکن به عنوان واحد مدیریتی است. بدیهی است که در سطح یک مزرعه هر چند کوچک، با متغیر های مختلفی روبرو هستیم .تفاوت ویژگی خاک قسمت های مختلف از یک سو و نیازهای گیاهان بخشهای مختلف از دیگرسو و نیز سایر عوامل متغیر در سطح مزرعه نیازمند اعمال مدیریت متغیر و متناسب با هر قسمت از مزرعه می باشد که نیاز به چنین مدیریت متغیری، فلسفه ی اصلی پیدایش سیستم کشاورزی دقیق بوده است. در این سیستم که گاهی آنرا کشاورزی "خاص مکانی " هم می نامند، بعد از برآورد مقدار اختلافات بین واحدهای مدیریتی مزرعه، میزان ورودی های(Inputs ) مختلف مانند بذر، سم، کود و عمق کاشت به تناسب اختلافات (نیازها) اعمال می شود . با این کار نهاده ها ی کشاورزی و مواد شیمیایی مصرفی همچون کود های شیمیایی، آفت کش ها و علف کشها دقیقاً به همان میزان مورد نیاز هر بخش کوچک از مزرعه، بکار برده می شود، نه بیشتر و نه کمتر.

یکی از موارد مهم در این تکنولوژی، نقشه های الکترونیکی (Electronic maps) هستند که توسط سیستم سنجش از راه دور (ماهواره ها و رادارها) از مزارع مختلف تهیه می شوند. این نقشه ها که مقدار اختلافات را در نقاط مختلف مزرعه نشان می دهند به حافظه ماشین های جدید که با تکنولوژی دقیق کار می کنند و تحت عنوان ماشین های پخش متغیر (Variable Rate Applications) می باشند سپرده می شوند تا این ماشین ها مقدار ورودی ها را براساس اطلاعات نقشه، به تناسب مقدار مورد نیاز اعمال کنند. علاوه بر نقشه های الکترونیکی، حسگرها نیز برای نشان دادن اختلافات درون مزرعه ای در نقاط مختلف آن، کاربرد بسزایی دارند.

علی رغم اینکه در نگاه اول کاربرد کشاورزی دقیق مدیریت پیچیده ای را می طلبد و از طرفی توجیه اقتصادی چنین سیستمی با تردید هایی مواجه است امّا بنظر می رسد با چالشهای موجود در جهان امروز، نسلهای آینده ناگزیر به روی آوردن، به چنین شیوه هایی خواهندبود. هرچند که در حال حاضر نیز این نوع سیستم مدیریت مزرعه درکشورهای پیشرفته بویژه امریکا در حال تبدیل به سیستم رایج کشاورزی می باشد. سهولت دسترسی به ابزارها و تکنولوژی پیشرفته در این کشورها و همچنین سطح وسیع اغلب مزارع، از دیگر عوامل روی آوردن این کشورها به این نوع سیستم کشاورزی است.

 از جمله محدودیت های حاکم بر تکنولوژی دقیق در کشاورزی; هزینه ی نسبتاً بالای آن، لزوم تصحیح اولیه ی داده ها و نقشه های آن با واقعیت ها، عدم بیان علت ها (بلکه فقط معلولها و واقعیت های موجود را نشان می دهد) می باشد. بخاطر این محدودیت ها، کشاورز باید ابتدا به ارزیابی اقتصادی بکارگیری آن بپردازد و از همه مهمتر توصیه شده است که کشاورز باید به محاسبه و برآورد اختلاف داخل مزرعه ای خود اقدام کند و سپس اگر اختلاف درون مزرعه ای خود، از حدی بالاتر بود، از تکنولوژی دقیق استفاده کند. لازم است این نکته را متذکر شویم که اختلاف درون مزرعه ای می تواند اختلاف در پستی و بلندی، مقدار عنصر خاصی در خاک، حاصلخیزی خاک، عمق خاک زراعی و غیره باشد.

اهمیت کشاورزی دقیق و تکنولوژی آن با توجه به محدودیت منابع و افزایش روزافزون جمعیت، بسیار روشن است امّا آنچه باید مورد بحث قرار گیرد و در مورد آن تحقیق و بررسی جدی صورت گیرد؛ سیاست های کلان و برنامه ریزی های بلند مدّت و کوتاه مدّت کشور در ارتباط با این تکنولوژی است. انتقال بطنی وتدریجی این تکنولوژی، تناسب سازی بکارگیری ‌آن با وضعیت خاص کشور ، اعمال برنامه هایی جهت بکارگیری ‌آن در مناطق خاص کشور به صورت ‌آزمایشی و احداث مراکز تحقیقاتی در کنار این مناطق، تلاش درجهت تطبیق تکنولوژی موجود در کشور چه داخلی و چه وارداتی با این تکنولوژی، شکل های مختلفی هستند که در این ارتباط می توانند مدنظر قرار گیرند، که برای این منظور داشتن برنامه مدون و سیاست مشخص با پشتوانه ی اجرائی بالا، لازم به نظر می رسد.

تعریف کشاورزی دقیق

کشاورزی دقیق به روشی از مدیریت محصول اطلاق می گردد که بوسیله ی آن، واحدهای مختلف از یک زمین زراعی با سطوح مختلفی از نهاده ها مدیریت می شود که این مدیریت بستگی به پتانسیل عملکرد محصول در منطقه ی مورد نظر دارد. فواید انجام این روش از کشاورزی عبارت است از:

1- هزینه ی تولید محصول در منطقه ی مورد نظر کاهش یابد.

2- خطر آلودگی زیست محیطی به واسطه ی استفاده ی بهینه از کودها و مواد شیمیایی به حداقل می رسد.

کشاورزی دقیق یک سیستم مدیریت کشاورزی تکامل یافته است که شامل تعداد زیادی تکنولوژی می باشد. این ابزارهای تکنولوژی، اغلب شامل سیستم موقعیت یاب جهانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، سیستم سنجش و کنترل بازده، تکنولوژی پخش متغیر و سنجش از راه دور(دورسنجی) است.

کشاورزی دقیق ایده ای در سیستم زراعی می باشد که شامل توسعه‌ی سیستم فنی مدیریت با محوریت دانش و با هدف اصلی بهینه سازی سود می باشد. سیستم مدیریتی مذکور همان ایده ی مدیریت جزء به جزء مزرعه بوده و به بیان دیگر توانایی لازم جهت مدیریت هر یک از عملیات زراعی در مکان خاص خود در سطح مزرعه می باشد به شرطی که از نظر فنی و اقتصادی سودمند و با صرفه باشد. این سیستم شامل توانایی تغییر یا تعدیل در میزان بکاربردن نهاده ها و ورودی ها و عملیاتی چون عملیات شخم، مقدار بذر، مبارزه با علف هرز، کنترل آفات و بیماریها، عملیات کاشت و آبیاری می باشد.

کشاورزی دقیق را می توان در شکل های متفاوتی اجراکرد. یکی از گسترده ترین این شکل ها، مدیریت جزء به جزء هریک از پروسه های زراعی می باشد. این انتظار می رود که کاربرد مدیریت جزء به جزء به عوامل متعددی چون نوع خاک، نوع محصول، آب و هوای فصلی و سایر عوامل بستگی داشته باشد. به طور مثال در یک سال خشک، می توان آفات را فقط با سم پاشی در سطوح کوچک که آفات در آنجا وجود دارند کنترل کرد در حالی که در یک سال مرطوب بهتر است سم پاشی را بطور یکنواخت در کل مزرعه انجام داد.

از نظر فنی یکی از مهمترین جنبه های پیشرفت کشاورزی دقیق، پیشرفت در نرم افزارها و سخت افزارهای لازم جهت کاربرد نهاده های کشاورزی به صورت متغیر می باشد. تعداد قابل توجهی پروژه در این زمینه انجام شده و تعدادی شرکت نیز در سال های اخیر کاربرد تجهیزات پخش متغیر را توسعه داده اند. هدف اصلی این مقاله ارائه ی چشم اندازی از سیستم کشاورزی دقیق بوده که در ادامه مختصری از اجزای اصلی که در تجهیزات پخش متغیر کاربرد دارند آمده است.

هدف از کشاورزی دقیق

هدف کشاورزی دقیق، جمع آوری و پردازش داده های مرتبط با تنوع ویژگی های خاک و شرایط متغیر تولید محصول، جهت افزایش بهره وری از نهاده های مصرفی در واحدهای کوچکی از زمین زراعی است. جهت دستیابی به حداکثر راندمان، اختلافات موجود در زمین زراعی بایستی مورد توجه قرار گیرند.

افزایش بازده درمصرف نهاده های تولید محصول، به معنای استفاده ی کمتر از نهاده هایی همچون کودها و مواد شیمیایی است که البته کاهش مقدار ورودی ها به معنای استفاده ی بهینه از این مواد در مکان هایی که مورد نیاز است می باشد. مزایای چنین استفاده ی بهینه ای از دو جنبه ی اقتصادی و زیست محیطی قابل توجه می باشد. اندازه گیری هزینه های زیست محیطی در روش های تجاری بسیار سخت است. کاهش آلودگی خاک و آب های زیرزمینی حاصل از فعالیت های کشاورزی، می تواند فواید قابل توجهی برای کشاورز و جامعه داشته باشد.

اجزای تشکیل دهنده ی سیستم کشاورزی دقیق

1- سیستم موقعیت یاب جهانی: شامل شبکه ای از ماهواره ها می باشد که برای استفاده‌ی سازمان دفاع ایالات متحده توسعه یافته است و توسط این سازمان مدیریت می گردد. سیستم موقعیت یاب جهانی شامل 24 ماهواره است که به دور زمین در حال گردش هستند که اطلاعات زمانی و مکانی دقیق این ماهواره ها به سمت دریافت کننده های موجود در سطح زمین فرستاده می شود. دریافت کننده های زمینی می توانند این اطلاعات را همزمان از ماهواره های متعددی دریافت کنند که با این کار موقعیت مثلثی شکلی بوجود می آیدکه از طریق آن می توان مکان دقیق دریافت کننده را مشخص کرد.

2- سیستم اطلاعات جغرافیایی: یک نرم افزار کامپیوتری بر پایه ی داده ها است که وظیفه اش دریافت، ذخیره، بازیافت، بررسی و نمایش اطلاعات فضایی و جغرافیایی در غالب یک نقشه می باشد.

3- مانیتور های محصول: وسایل اندازه گیری عملکرد محصول هستند که بر روی تجهیزات برداشت نصب می گردند. داده های عملکرد بدست آمده از مانیتورها در فواصل زمانی منظم به همراه اطلاعات بدست آمده از موقعیت یاب جهانی ثبت و ضبط می گردد. نرم افزار GIS اطلاعات عملکرد را گرفته و نقشه ی عملکرد محصول را رسم می کند.

در حال حاضر وسایل سنجش عملکرد محصول جهت نصب روی مدل های جدید کمباین ها که توسط تولید کننده های مختلف به بازار آمده است مورد استفاده قرار می گیرد. این وسایل میزان عملکرد محصول را براساس زمان یا مسافت نشان می دهند(به طورمثال میزان عملکرد در هر ثانیه یا هر متر). 

4- سیستم سنجش از راه دور: داده های تصویری سیستم سنجش از راه دور خاک و محصولات، مورد پردازش قرار گرفته و سپس به عنوان داده ی مبنا در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) مورد استفاده قرار می گیرند.

5- تکنولوژی پخش متغیر (VRT): شامل تجهیزات زراعی است که می توانند میزان نهاده های مصرفی و عملیات کاشت مورد نیاز را دقیقاً کنترل کنند.

ادوات پخش متغیر عبارتند از:

کودپاش های پخش متغیر

کنترل کننده های پخش متغیر جهت پخش کود های جامد، مایع و یا گازی مورد استفاده قرار می گیرند. این دستگاه ها به وسیله‌ی کنترل کننده های دستی همچون راننده ی ماشینها و یا بطور خودکار توسط یک کامپیوتر مجهز به نقشه ی دقیق الکترونیکی کنترل می شوند.

سم پاش های پخش متغیر

با وجود اطلاع از موقعیت علف های هرز و با بکارگیری نقشه ی آنها، عملیات کنترل علف های هرز تکمیل  می شود.کنترل کننده های در دسترس به صورت الکترونیکی و با تغییر در میزان مصرف علف کش مورد نیاز به مبارزه با علف های هرز مزرعه می پردازند .

6- نقشه های عملکرد محصول: دریافت کننده های  GPS (Global Positioning System) به همراه کنترل کننده های عملکرد محصول وظیفه ی اعلام داده هایی همچون مختصات فضایی را به کنترل کننده های عملکرد محصول دارند. این داده ها به نقشه های عملکرد محصول مزرعه تبدیل می شوند. نقشه های عملکرد محصول دارای داده های مورد تأییدی هستند که نتایج حاصل از میزان اختلافات موجود در قسمت های مختلف مزرعه را بیان می کند.

7- نقشه های علف های هرز: یک کشاورز در هنگام دروکردن، انجام عملیات بذر پاشی و یا سم پاشی می تواند با استفاده از یک صفحه کلید و یا دکمه هایی که با گیرنده ی GPS تنظیم شده اند نقشه ی علف های هرز را رسم کند. سپس بایستی در مورد جزئیات این نقشه ها بر روی یک کامپیوتر مطالعه و نتیجه را با نقشه های عملکرد محصول، نقشه های کودپاشی و سم پاشی مقایسه کند و تصمیم های لازم و اساسی را جهت مبارزه با علف های هرز اتخاذ نماید.

8- نقشه برداری و مرزکشی: بدیهی است که با استفاده از سیستم DGPS با دقت بالا می توان نقشه های توپوگرافی دقیق هر مزرعه را تهیه نمود که این نقشه ها ما را در تفسیر هر چه بهتر نقشه ها ی عملکرد محصول و نقشه های علف های هرز وتصمیم گیری در خصوص تقسیم بندی مزرعه کمک می کند.

9- نقشه های شوری خاک مزرعه: این نوع نقشه ها نیز همانند نقشه های توپوگرافی در تفسیر نقشه های عملکرد و علف های هرز مفید می باشند.

10- سیستم راهنما: در دنیای امروز تولید کننده های متعددی در حال تولید سیستم های راهنمای مجهز به سیستم DGPS با دقت بالا هستند که می توانند موقعیت دقیق ماشین ها ی در حال حرکت در مزرعه را حتی در حد یک فوت و یا کمتر شناسایی کنند.

11- داده ها وتجزیه و تحلیل آنها: به طور حتم حاصل بکارگیری کشاورزی دقیق در اداره ی مزرعه، استخراج توده ای از داده ها خواهد بود که توسط ابزارها و تجهیزاتی همچون حسگرها ی الکترونیکی در فواصل کوتاه زمانی جمع آوری می شوند. به همین منظور فضای زیادی جهت نگهداری این حجم وسیع از داده ها و نقشه های گرافیکی مورد نیاز است .

در ادامه به شرح قسمت های مختلف تکنولوژی پخش متغیر و سیستم سنجش از راه دور می پردازیم.

اجزای اصلی یک سیستم پخش متغیر در شکل مقابل نشان داده شده است. البته توجه به این نکته مهم است که وجود تمامی اجزای نشان داده شده در شکل ضروری نمی باشد ولی با پیشرفت و توسعه ی تکنولوژی پخش متغیر می توان به آن ها دست یافت.

 کامپیوتر و کنترل کننده جزء مرکزی تجهیزات پخش متغیر می باشد. این وسیله اطلاعات را از منابع مختلفی دریافت کرده و به نوبت از آن ها جهت کنترل تجهیزات پخش متغیر استفاده می کند.

سیستم راهنما در کلیه فعالیت های کشاورزی دقیق سیستمی می باشد که موقعیت لحظه به لحظه ی تجهیزات را در حین کار در مزرعه مشخص می کند و داده را به شکل مناسبی در یک کامپیوتر ارائه می دهد. تکنولوژی که هم اکنون به عنوان یک سیستم مطلوب، مورد پذیرش واقع شده است سیستم موقعیت یاب جهانی می باشد. یک دریافت کننده GPS خطای لحظه ای به اندازه ای 100 متر دارد که چنین خطایی در سیستم کشاورزی دقیق مورد قبول نیست. خوشبختانه سیستم های متعددی جهت برآورد این خطا طراحی شده اند که این امکان را به سیستم GPS ماشین های زراعی می دهد تا موقعیت دقیق آن ها را بسته به تکنولوژی مورد استفاده در سه رنج اصلی ارائه دهد: (1) 2 تا 5 متر ، (2 )کمتر از 1 متر، (3) کمتر از 1 دسی متر. میزان این خطا به موقعیت افقی و عمودی (ارتفاع) بستگی دارد که خطای موقعیت عمودی معمولا 5 تا 15 برابر خطای موقعیت افقی می باشد. وجود اطلاعاتی پیرامون موقعیت عمودی در اکثر فعالیت های کشاورزی دقیق لازم نیست. تنها جهت توسعه ی نقشه های توپوگرافی است که به اطلاعات موقعیت عمودی به اندازه ی موقعیت افقی نیاز است. تعداد زیادی از فعالیت های کشاورزی دقیق است که به وجود سیستمی جهت تصحیح لحظه به لحظه متغیرها نیاز دارندتا بدین وسیله اطلاعات مکانی وسیله ی در حال کار در مزرعه درست و دقیق باشد. در کشاورزی دقیق تکنولوژی مکان یابی (GPS) بایستی به صورت RT-GPS به کار گرفته شود که این سیستم کشاورزی بایستی همیشه از سیستم تصحیح لحظه ای متغیرها به منظور کاهش خطای مکان یابی استفاده کند.

داده های سیستم اطلاعاتی جغرافیایی (GIS) که مربوط به عملیات زراعی ویژه ای می باشند پیش از آغاز عملیات زراعی بر روی سیستم کامپیوتر نصب می شوند. کامپیوتر و کنترل کننده میزان کاربرد پخش کننده های متغیر را که بر پایه ی دانش حاصل از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سنسورهای لحظه ای (Real Time) مداوماً کنترل می کند. به طور مثال میزان مطلوب پخش کود یکی از نتایج حاصل از آزمایش خاک، موقعیت مزرعه و محصول می باشد. نتایج حاصل از تفسیر آزمایش خاک که با دانستن موقعیت مزرعه پدید آمده است را بایستی در GIS وارد کرد و بر روی سیستم کامپیوتر و کنترل کننده ی کودپاش نصب کرد. چنانچه یک محصول کودپاشی شده در حال رشد باشد، اپراتور، محصول را از طریق صفحه کلید در کامپیوتر و کنترل کننده ثبت می کند و یا اگر دو محصول در نوارهای یکی در میان در حال رشد باشند این اطلاعات بایستی به عنوان دو موقعیت متفاوت در GIS ثبت گردیده و سپس بر روی سیستم کامپیوتر و کنترل کننده ی وسایل پخش متغیر نصب گردد. هنگامی که وسیله در حال کار در مزرعه می باشد، کامپیوتر وکنترل کننده ی وسیله پخش متغیر اطلاعات مکانی از  RT-DGPSرا دریافت کرده و میزان پخش نهاده ی مورد نیاز و نوع محصول راکه تابعی از موقعیت مزرعه هستند جهت کنترل وسیله ی بکاربرده شده به هم مرتبط می سازند.گاهی نیز ممکن است یک حسگر لحظه ای در خاک موجود باشد که بتواند اطلاعات میزان پخش مورد نیاز کود را بدون نیاز به تکنیک های تفسیر نمونه ی خاک ارائه دهد.

تجهیزات بکار برده شده نیز ممکن است دارای حسگرهایی باشند که اطلاعات کمی از میزان واقعی پخش را در اختیار زارع قرار دهند. این اطلاعات به همراه موقعیت RT-DGPS می توانند به عنوان داده هایی از میزان پخش، ثبت گردند. چنین اطلاعات ثبت شده ای کشاورز را قادر می سازد تا بتواند علل وآثار را در سیستم کشاورزی دقیق تجزیه و تحلیل کرده و البته به طور حتم این بررسی در چگونگی اخذ تصمیمات آتی جهت اجرای پروسه کار با کامپیوتر و کنترل کننده موثر می باشد. برای مثال فرض کنید که اطلاعات کافی در طی چند سال جمع آوری شده و زارع نیز اطلاعات ثبت شده قبلی از اثرات تمامی نهاده ها بر سیستم اجرا شده در مکان مشخصی از مزرعه خود که محصولی را نیزدر بر داشته، دارد. در چنین شرایطی با استفاده ازسیستم GIS می توان علل و آثار را براساس فاکتورهای بسیاری تجزیه و تحلیل نموده و میزان پخش مواد شیمیایی را برای فصل های زراعی بعدی تنظیم نمود.

سرانجام از سیستم RT-DGPS می توان به عنوان راهنما در ماشین های زراعی استفاده کرد. دراغلب سیستم های راهنمای امروزی سیستم دیداری برای اپراتور در نظر گرفته شده است اما در آینده سیستم های راهنما به طور خودکار وسیله را راهنمایی خواهند کرد.

پس بطور خلاصه می توان گفت:

یک روش کنترل اختلافات در داخل مزرعه VRT است. VRT به کشاورز این امکان را می دهد تا نهاده های مصرفی را براساس خصوصیات واحدهای مختلف کشت استفاده نماید. نهاده هایی که میزان مصرف آنها می تواند متغیر باشد شامل شخم، کوددهی، کنترل علف هرز، کنترل آفات، تنوع کشت، تعداد گیاهان و آبیاری می شود.

اجزای یک سیستم VRT معمولی شامل کنترل کننده کامپیوتری، دریافت کننده ی GPS و نقشه ی داده های GIS  می باشد. کنترل کننده کامپیوتری وظیفه ی تنظیم بکارگیری تجهیزات پخش نهاده را بر عهده دارد. کنترل کننده کامپیوتری با داده های GIS تکامل پیدا کرده است که این داده ها شامل دستورالعمل استفاده از تجهیزات می باشد. دریافت کننده ی GPS به یک کامپیوتر اتصال یافته است. کنترل کننده کامپیوتر از مختصات مکانی بدست آمده ازدستگاه GPS استفاده می کند تا بوسیله ی آن موقعیت ادوات و تجهیزات را بر روی نقشه ی مزرعه رسم شده توسط GIS تعیین نماید. کنترل کننده کامپیوتری دستورالعمل های سیستم GIS را خوانده و نهاده ی مورد نیاز در داخل زمین را با حرکت ادوات در سطح مزرعه بصورت متغیر پخش می کند. کنترل کننده کامپیوتری میزان دقیق نهاده ی مصرفی در هر واحد مزرعه ثبت می کند در سیستم GIS ذخیره می کند و به این ترتیب نقشه های نهاده ی بکار برده شده را تصحیح می کند.

اگرچه VRT میزان نهاده های مصرفی محصول را کنترل می کند، ولی فاکتورهایی همچون نوع خاک و درجه حرارت را نمی تواند کنترل کند

كشاورزي دقيق كه گاهي آن را كشاورزي خاص مكاني نيز مي نامند، يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است.

كشاورزي دقيق يك استراتژي مديريتي است كه جزئيات و اطلاعات مربوط به هر قسمت از مزرعه را به كار گرفته و مديريت دقيقي بر نهاده ها اعمال مي كند. در اين نوع سيستم اطلاعات نوع خاك و کیفیت توليد هر قسمت كوچك از مزرعه جمع آوري شده و مقدار نهاده متناسب با آن قسمت بصورت بهينه بكار برده مي شود. فلسفه ای كه كشاورزي دقيق بر آن استوار است اين است كه براي افزايش بازده اقتصادي و كاهش آلودگي محيط زيست، نهاده هاي كشاورزي و مواد شيميايي مصرفي همچون كودهاي شيميايي، آفت كشها و علت كشها دقيقا به همان ميزان مورد نياز هر بخش كوچك از مزرعه بكار برده شود، نه بيشتر و نه كمتر.

موضوعات قابل بررسی در کشاورزی دقیق به شرح زیر است :

1- سیستم های مکان یابی 

2- سنجش و آشکارسازی و پهنه بندی عملکرد محصول 

3- آزمون خاک

4- سیستم های پهنه بندی اطلاعات جغرافیایی

5- تکنولوژی مقدار متغیر نهاده 

6- سنجش از راه دور (Remote sensing)

7- پیامدها و اثرات کشاورزی دقیق

استفاده از نقشه ها در کشاورزی دقیق

یکی از موارد مهم در این تکنولوژی ،نقشه های الکترونیکی (Electronic maps)هستند که توسط سیستم سنجش از راه دور ( ماهواره ها و رادارها) از مزارع مختلف تهیه می شوند.این نقشه ها که مقدار اختلافات را در نقاط مختلف مزرعه نشان می دهند به حافظه ماشین های جدید که باتکنولوژی دقیق کار می کنند و تحت عنوان ماشین های پخش متغیر (Variable Rate Applications ) می باشند سپرده می شوند تا این ماشین ها مقدار ورودی ها را براساس اطلاعات نقشه ،به تناسب مقدار مورد نیاز اعمال کنند.علاوه بر نقشه های الکترونیکی ،حسگرهانیز برای نشان دادن اختلافات درون مزرعه ای در نقاط مختلف آن ،کاربرد بسزایی دارند. 

علی رغم اینکه در نگاه اول کاربرد کشاورزی دقیق مدیریت پیچیده ای را می طلبد و از طرفی توجیه اقتصادی چنین سیستمی با تردید هایی مواجه است امّا به نظر می رسد با چالشهای موجود در جهان امروز،نسلهای آینده نا گزیر به روی آوردن به چنین شیوه هایی خواهندبود.هرچند که در حال حاضر نیز 

این نوع سیستم مدیریت مزرعه درکشورهای پیشرفته بویژه امریکا در حال تبدیل به سیستم رایج کشاورزی می باشد.سهولت دسترسی به ابزارهاو تکنولوژی پیشرفته در این کشورها و همچنین سطح وسیع اغلب مزارع از دیگر عوامل روی آوردن این کشورها به این نوع سیستم کشاورزی است.

از جمله محدودیت های حاکم بر تکنولوژی دقیق در کشاورزی هزینه ی نسبتا بالای آن ، لزوم تصحیح اولیه ی داده ها ونقشه های آن با واقعیت ها ،عدم بیان علت ها (بلکه فقط معلولها و واقعیت های موجود را نشان می دهد)می باشد.بخاطر این محدودیت ها کشاورز باید ابتدا به ارزیابی اقتصادی بکارگیری آن بپردازد واز همه مهمتر توصیه شده است که کشاورز بایدبه محاسبه و برآورد اختلاف داخل مزرعه ای خود اقدام کندو سپس اگر اختلاف درون مزرعه ای خود ،از حدی بالاتر بود از تکنولوژی دقیق استفاده کند.لازم است این نکته را متذکر شویم که اختلاف درون مزرعه ای می تواند اختلاف در پستی و بلندی ،مقدار عنصر خاصی در خاک ،حاصلخیزی خاک ،عمق خاک زراعی و غیره باشد.

اهمیت کشاورزی دقیق و تکنولوژی آن با توجه به محدودیت منابع و افزایش روزافزون جمعیت بسیار روشن است امّا آنچه باید مورد بحث قرار گیرد و در مورد آن تحقیق و بررسی جدی صورت گیرد ;سیاست های کلان و برنامه ریزی های بلند مدّت و کوتاه مدّت کشور در ارتباط با این تکنولوژی است.انتقال بطئی وتدریجی این تکنولوژی ، تناسب سازی بکارگیری ‌آن باوضعیت خاص کشور ، اعمال برنامه هایی جهت بکارگیری ‌آن در مناطق خاص کشور به صورت ‌آزمایشی واحداث مراکز تحقیقاتی در کنار این مناطق ، تلاش درجهت تطبیق تکنولوژی موجود در کشور چه داخلی وچه وارداتی با این تکنولوژی ،شکل های مختلفی هستند که در این ارتباط می توانند مدنظرقرار گیرند. که برای این منظور داشتن برنامه مدون و سیا ست مشخص باپشتوانه ی اجرائی بالا ،لازم به نظر میرسد.

نکته ی قابل توجه آ‌ن است که نبایستی این تصور وجود داشته باشد که کشاورزی دقیق تنهابر پایه ی نقشه های عملکرد محصول و ماشین های کودپاش پخش متغیر استوار است بلکه تکنولوژی کشاورزی دقیق کلیه ی عملیات مربوط به تولید محصول و در بعد وسیعتر تمام عملیات اداری در مزرعه را تحت پوشش قرار می دهد.

درادامه به شرح خلاصه ای از اجزای سیستم کشاورزی دقیق که در شکل 1 دیده می شود می پردازیم.

نمایشگر عملکرد محصول:

در حال حاضر نمایشگرهای عملکر محصول جهت نصب روی مدل های جدید کمباین ها که توسط تولید کننده های مختلف به بازار آمده است مورد استفاده قرار می گیرد.این نمایشگرها میزان عملکرد محصول را براساس زمان یا مسافت نشان می دهند(به طورمثال میزان عملکرد در هر ثانیه یا هر متر) .

نقشه های عملکرد محصول:

دریافت کننده های GPS (Global Positioning System به همراه نمایشگرهای عملکرد محصول وظیفه ی اعلام داده هایی همچون مختصات فضایی را به مانیتورهای عملکرد محصول دارند. این داده ها به نقشه های عملکرد محصول مزرعه تبدیل می شوند.نقشه های عملکرد محصول دارای داده های مورد تاییدی هستند که نتایج حاصل از میزان اختلافات موجود در قسمت های مختلف مزرعه را بیان می کند. 

کودپاش های پخش متغیر

کنترل کننده های پخش متغیر جهت پخش کود های جامد ،مایع ویا گازی مورد استفاده قرار می گیرند.این دستگاه ها یا توسط کنترل کننده های دستی همچون راننده ی ماشینها ویا بطور خودکار توسط یک کامپیوترمجهز به نقشه ی دقیق الکترونیکی کنترل می شوند.

نقشه های علف های هرز

یک کشاورز در هنگام دروکردن ،انجام عملیات بذز پاشی ویا سم پاشی می تواند با استفاده از یک صفحه کلید ویا دکمه هایی که با گیرنده ی GPS تنظیم شده اند نقشه ی علف های هرز را رسم کند.سپس بایستی در مورد جزئیات این نقشه ها بر روی یک کامپیوتر مطالعه ونتیجه را با نقشه های عملکرد محصول ،نقشه های کودپاشی و سم پاشی مقایسه کند و تصمیم های لازم و اساسی را جهت مبارزه با علف های هرز اتخاد نماید.

سم پاش های پخش متغیر

با وجود اطلاع از موقعیت علف های هرز وبا بکارگیری نقشه ی آنها ،عملیات کنترل علف های هرز تکمیل می شود.کنترل کننده های دردسترس به صورت الکترونیکی و با تغییر در میزان مصرف علف کش مورد نیازبه مبارزه با علف های هرز مزرعه می پردازند . 

نقشه بردارها ومرزکش ها

بدیهی است که بااستفاده از سیستم DGPS با دقت بالا می توان نقشه های توپوگرافی دقیق هر مزرعه را تهیه نمود که این نقشه ها ما را در تفسیر هر چه بهتر نقشه ها ی عملکرد محصول ونقشه های علف های هرزوتصمیم گیری در خصوص تقسیم بندی مزرعه کمک می کند. 

نقشه های شوری خاک مزرعه

این نوع نقشه ها نیز همانند نقشه های توپوگرافی در تفسیر نقشه های عملکرد وعلف های هرز مفید می باشند.

سیستم راهنما

در دنیای امروز تولید کننده های متعددی در حال تولید سیستم های راهنمای مجهز به سیستم DGPS با دقت بالا هستند که می توانند موقعیت دقیق ماشین ها ی در حال حرکت در مزرعه را حتی در حد یک فوت ویا کمتر شناسایی کنند. 

داده ها وتجزیه و تحلیل آنها

به طور حتم حاصل بکارگیری کشاورزی دقیق در اداره ی مزرعه ،استخراج تودهای از داده ها خواهدبود که توسط ابزارها وتجهیزاتی همچون حسگرها ی الکترونیکی در فواصل کوتاه زمانی جمع آوری می شوند.به همین منظور فضای زیادی جهت نگه داری این حجم وسیع از داده ها و نقشه های گرافیکی مورد نیاز است .

کشاورزی دقیق را باید از کجا آغاز کرد؟

کشاورزی دقیق را نمی توان تنها با یک دستگاهGPSیا یک مانیتور عملکرد محصول در مزرعه اجرا کرد.این سیستم را زمانی می توان در مزرعه به طور کامل پیاده کرد که کشاورز یک سیستم مدیریتی جدید را در مزرعه خود بکارگیرد.بدون شک مهم ترین وابتدایی ترین عامل پیشرفت و مؤفقیت در اعمال کشاورزی دقیق، افزایش معلومات و اطلاعات کشاورز در خصوص منابع طبیعی مزرعه می باشدکه این خود موجب ایجاد درک بهتری از نوع خاک، هیدرولوژی،میکرواقلیم ها وعکس های هوایی می شود. یک کشاورز بایستی این توانایی را داشته باشدتا قبل از آنکه نقشه ی عملکرد محصول بدست وی برسد بتواند عوامل مختلف موجود در مزرعه را که در میزان عملکرد محصول مؤثر هستند شناسایی کند. نقشه های عملکرد محصول نیز فقط به عنوان یک داده ی مورد تایید که نتایج حاصل از میزان اختلافات موجود درقسمت های مختلف مزرعه رانشان می دهد برای کشاورز مفید است. 

یکی از مهم ترین منابع اطلاعاتی عکس هوایی تهیه شده توسط ماهواره ها از مزرعه می باشد که بدون وجود آن کشاورز نباید سیستم کشاورزی دقیق را در مزرعه ی خود اعمال کند.

طبق نظر دکتر بهروزی لار ، استاد بازنشسته ی دانشگاه تهران، برای شروع کشاورزی ماهواره ای می توانیم از مزارع بزرگ مانند دشت مغان با 48هزار هکتار مساحت ،آستان قدس با صنایع جانبی نیشکر با 80هزار هکتار زمین به طور آزمایشی شروع کنیم و اگر نتیجه رضایت بخش بود که قطعا چنین استاین شیوه را به کل کشور تعمیم دهیم.

منابع:

http://www.fars.agri-jahad.ir/

http://azaragri.blogfa.com/

http://behnamagricultural.blogfa.com