تغذیه پایدار در کشاورزی دقیق
در این مطلب به معرفی برخی نوآوریها در عرصهی کشاورزی میپردازیم و با مفهوم کشاورزی هوشمند آشنا میشویم.
اگر قرار است صنعت کشاورزی غذای مورد نیاز این جمعیت را تامین کند، از چه راهی میتوان به این هدف دست یافت؟ بدیهی است که پایبند ماندن به روشهای قدیمی در کشاورزی، نمیتواند به کاهش مشکل کمبود غذا در جهان کمک کند؛ بلکه بایستی در پی دستیابی به روشهای نوینی باشیم تا بتوانیم بازده کشاورزی را به میزان قابل توجهی افزایش دهیم. خبر خوش این است که تلاش برای بهروزرسانی و هوشمندسازی صنعت کشاورزی از مدتها پیش صورت گرفته است و برخی کشورها به موفقیتهای قابل توجهی در این حوزه دست پیدا کردهاند. در این مطلب از مجموعه مقالات مهندسی بینهایت، نگاهی گذرا خواهیم داشت بر اثرات دنیای مهندسی بر صنعت کشاورزی؛
کشاورزی هوشمند
بر اساس برخی یافتهها، پیشینهی حرفهی کشاورزی به بیش از ۱۲ هزار سال پیش میرسد؛ با این وجود، یافتههای دیگری نیز وجود دارند که نشان میدهند اولین تلاشهای انسان برای کاشت گیاهان و برداشت محصول ۲۳٫۰۰۰ سال پیش صورت گرفتهاند. تصویری که اکثر ما از کشاورزی در ذهن داریم، شغلی پرزحمت است که تنها افرادی سختکوش به دنبال آن خواهند رفت. در نگاه بسیاری از ما، تراکتورها، کمباینها و برخی دیگر از ماشینآلات کشاورزی از جملهی معدود ماشینهای صنعتی هستند که به این حرفهی باستانی راه پیدا کردهاند.
حقیقت این است که حرفهی کشاورزی نیز همچون دیگر جنبههای زندگی بشر، با رشد فناوری به سمت پیشرفت و بالندگی بیشتر حرکت کردهاست. به لطف پیشرفتهای حاصل شده در زمینههای مختلف از جمله ماشینآلات کشاورزی، روشهای نوین آبیاری، فناوریهای نظارتی، مهندسی ژنتیک و… کشاورزی از حرفهای سخت و پرمشقت، به صنعتی پویا و پرسود تبدیل شده است. کشورهایی مانند هلند، آلمان و فرانسه به لطف استفاده از فناوریهای مدرن، ضمن آسان ساختن و کاهش قابل توجه زحمات و مشقات حرفهی کشاورزی، سود قابل توجهی نیز از این صنعت به دست میآورند.
استفاده از فناوریهای مدرن باعث شده است این کشورهای نسبتا کوچک اروپایی، از نظر صادرات محصولات کشاورزی با کشورهای پهناوری همچون ایالات متحده به رقابت بپردازند. در جدول زیر، میتوانید میزان صادرات محصولات کشاورزی دو کشور پهناور جهان را با صادرات محصولات کشاورزی هلند، آلمان و فرانسه مقایسه کنید.
نام کشور | رتبه در صادرات محصولات کشاورزی | میزان صادرات (میلیارد دلار) | مساحت (کیلومتر مربع) |
---|---|---|---|
ایالات متحده |
۱ | ۱۴۹.۱۲۲ | ۹.۸۴۳ میلیون |
هلند | ۲ | ۹۲.۸۴۵ | ۴۱٫۵۴۳ |
آلمان | ۳ | ۸۶.۸۲۶ | ۳۵٫۷۰۲۱ |
برزیل | ۴ | ۷۸.۸۱۹ | ۸.۵۱۶ میلیون |
فرانسه | ۵ | ۷۴.۲۸۷ | ۶۴٫۳۸۰۱ |
هرچند در این جدول برخی متغیرهای تاثیرگذار در کشاورزی، از جمله تنوع آب و هوایی، مساحت زمینهای حاصلخیز، میزان مصرف داخلی و… مدنظر قرار نگرفتهاند؛ اما واضح است که سه کشور فرانسه، آلمان و هلند، با وجود مساحت کم، صادرات کشاورزی پرسودی دارند. جالب اینجا است که مساحت برزیل بیش از ۲۰۰ برابر مساحت هلند است؛ اما کشاورزان هلندی در زمینهی صادرات محصولاتشان، بهمراتب موفقتر از همتایان برزیلیشان بودهاند.
سوال اصلی این است که این کشورها چگونه توانستهاند در زمینهی صادرات محصولات کشاورزی، کشورهای پهناوری همچون ایالات متحده و برزیل را به چالش بکشند. پاسخ این سوال ساده است: استفاده از فناوریهای مدرن کشاورزی و بهرهگیری از کشاورزی هوشمند. واژهی کشاورزی هوشمند به استفاده از روشها و ابزارهای نوین در صنعت کشاورزی اشاره میکند. بهطوری که با استفاده از آنها، بازدهی مزارع بهطور قابل توجهی افزایش مییابد. در ادامه با برخی از این روشها و ابزارهای نوین آشنا میشویم.
استفاده از حسگرها در کشاورزی
در شیوهی سنتی، جهت تحلیل وضعیت خاک از تکنیکهای سنتی نمونهبرداری استفاده میشود. در این تکنیکها، بهازای هر چند هزار متر مربع، نمونهای از خاک تهیه شده و جهت بررسیِ مواد موجود در آن به آزمایشگاه ارسال میشود. اما حسگرهای مدرن کار را برای کشاورزان ساده کردهاند و دقت نمونهبرداری را از چندین هزار متر مربع به چند سانتیمتر مربع افزایش دادهاند. حسگرهای کشاورزی یا درون خاک نصب میشوند یا روی وسائلی همچون ماشینآلات کشاورزی، پهپادها و ماهوارهها قرار میگیرند.
یکی از رایجترین حسگرها، حسگرهای چندطیفی (Multispectral) هستند که میتوانند با توجه به طیف نوری بازتاب داده شده توسط گیاهان، وضعیت رشد آنها را تعیین کنند. همانگونه که گفته شد، این حسگرها روی ابزارهایی نظیر پهپادها یا ماهوارهها نصب میشوند تا میزان رشد تکتک گیاهان تشخیص داده شود. شرکت آمریکایی Planet Labs از اطلاعات ماهوارهای جمعآوری شده استفاده میکند تا مزارع را بهصورت منظم و در بازههای زمانی مشخص مورد بررسی قرار دهد. با وجود این که ماهوارهها بهطور منظم اطلاعات را جمعآوری میکنند؛ اما این پهپادها هستند که میتوانند از فاصلهای نزدیکتر مزارع را بررسی کنند و اطلاعات دقیقتری را در اختیار کشاورزان قرار دهند.
در یک نوآوری دیگر، شرکت Mavrx، قراردادی را با شرکتهای مالک هواپیماهای سبک غیرنظامی به امضا رسانده و حسگرهای خود را روی این هواپیماهای کوچک نصب کرده است. این شرکت، دادههای جمعآوری شده از حسگرهای هوایی را با دادههای ماهوارهای جمعآوری میکند. این کار به Mavrx اجازه میدهد مساحتهای گستردهای را با دقت ۲۰ سانتیمتر مربع تحت بررسی قرار دهد. دادههای جمعآوری شده، علاوه بر وضعیت رشد گیاهان، مواردی مانند تراکم گیاهان ناخواسته و میزان خشکی زمین را شامل میشوند.
ماشینآلات کشاورزی هوشمند، از این دادههای جمعآوری شده استفاده میکنند تا فرایندهایی مانند برداشت محصول، سمپاشی و چیدن گیاهان ناخواسته را با دقت فوقالعادهای انجام دهند. برای مثال، با کمک نقشههای تهیه شده از میزان رشد گیاهان در بخشهای مختلف زمین، یک تراکتور هوشمند میتواند تنها گیاهان آمادهی مصرف را برداشت کند و گیاهان نارس تا زمان آماده شدن برداشت نخواهند شد. تراکتورهایی که به حسگرهای اختصاصی مجهز هستند، حتی دقت بیشتری دارند؛ کشاورزان هلندی با کمک این حسگرها محصولاتی مانند سیبزمینی را بهصورت تکتک مورد بررسی قرار میدهند و در هر مرحله تنها آنهایی که مناسب برداشت هستند را از دل زمین خارج میکنند.
کشاورزان وظائفی مانند برداشت محصول را از دفتر کار خود به انجام میرسانند
شرکت اسپانیایی AGROBOT ماشین برداشت هوشمندی موسوم به SW6010 تولید کرده که با کمک دوربین توتفرنگیها را کنترل میکند و تنها آنهایی که آمادهی استفاده هستند را میچیند. چنین رباتهایی نهتنها دقت در برداشت محصول را افزایش میدهند؛ بلکه این کار را با سرعت بیشتری نیز انجام میدهند. هماکنون نیز دانشمندان هلندی در حال کار روی ماشینهایی هستند که میتوانند چیدن محصولات کشاورزی بزرگتر را با دقت بالاتری به انجام برسانند. طرح مفهومی تراکتور NHDrive محصول شرکت New Holland نیز یکی از طرحهای آیندهنگرانه برای تراکتورهای هوشمند است. با کمک این تراکتورها، کشاورزان وظائفی مانند برداشت محصول یا کشت بذر را از دفتر کار خود و با کمترین زحمت به انجام میرسانند.
آبیاری هوشمند نیز یکی دیگر از مزایای استفاده از حسگرها است. در حال حاضر، عمل آبیاری با روشهای مختلف نظیر قطرهای، بارانی و… و بر اساس برنامهی زمانبندی مشخص انجام میشود. اما با کمک حسگرها، میتوان برنامهریزی آبیاری را بهصورت هوشمند درآورد. شرکت CropX با استفاده از حسگرهای خاک، میزان دما و رطوبت خاک را مورد سنجش قرار میدهد تا مشخص کند که چه بخشهایی از خاک به آبیاری بیشتری نیاز دارند و کدام بخشها به آبیاری کمتری نیاز دارند. همچنین، با کنترل مداوم دادههای دریافتی از حسگرها، تنها در زمان نیاز و به میزان لازم عمل آبیاری انجام میشود.
استفاده از سیستمهای آبیاری هوشمند، میزان مصرف آب را تا ۳۰ درصد کاهش میدهد
شرکت آمریکایی CropX نقشههای تهیه شده شده توسط حسگرهای خاک را با سیستمهای آبیاری قطرهای که در دل خاک قرار دارند ترکیب کرده تا ضمن جلوگیری از بخار شدن بیرویهی آب، بهرهوری آبیاری را هم به حداکثر برساند. لازم به ذکر است که حسگرهای استفاده شده توسط CropX میتوانند سطح رطوبت و دما را در عمقهای مختلف مورد بررسی قرار دهند. استفاده از سیستمهای آبیاری هوشمند، میزان مصرف آب را در برخی مزارع تا ۳۰ درصد کاهش میدهد.