بخشی از مقاله
چکیده
از بین تمامی نهادههای موثر بر عملکرد مزرعهای، کود نیتروژن به دلیل تاثیر پذیری زیاد بر عملکرد مزرعهای، برای کشاورزان از دو جنبه هزینه و مسائل زیست محیطی اهمیت فراوانی دارد.اخیراً با بهره گیری از حسگرهای تشخیص توده گیاهی امکان ارزیابی عواملی همچون وضعیت تغذیهای گیاه، تخمین عملکرد محصول، تشخیص استرسهای گیاهی و آلودگی آفات، تجویز توصیههای کودی و همچنین توزیع متغیر سموم و کودهای شیمیایی مختلف براحتی امکانپذیر شده است.
حسگرهای مختلفی برای تشخیص پارامترهای ذکر شده بالا وجود دارند که در تمامی آنها از روش جذب و بازتاب امواج الکترومغناطیسی در محدوده باندهای مرئی و فروسرخ استفاده م شود. از مهمترین دستگاه های قابل استفاده در بخش کشاورزی می توان به حسگر SPAD، Greenseeker و CropCircle اشاره داشت. هدف اصلی این مقاله افزایش اطلاعات و درک بیشتر کشاورزان در استفاده از حسگرهای تشخیص پوشش گیاهی در مدیریت بهتر نیتروژن میباشد و هدف کلی تحقیق پیشنهادی برای بهبود بازده مصرف کود در کشاورزی و کاهش هزینههای کشاورزی است.
مقدمه
در مباحث مربوط به کشاورزی دقیق، مدیریت محصول به جای مقیاسهای بزرگ در مقیاسهای کوچکتری انجام شده و بررسی دقیق تری از وضعیت مزرعه انجام میشود. در کشاورزی سنتی و مکانیزه هر مزرعه به عنوان یک واحد تلقی شده و در نتیجه نهادهها بر اساس همین خصوصیات متوسط تعریف میشوند و کلیه عملیات کاشت، داشت و برداشت نیز به صورت یکنواخت در سطح زمین صورت میگیرد. بررسی انجام گرفته در روند تولید محصولات کشاورزی بیانگر این است که با توجه به محدودیت منابع و از طرفی رشد جمعیت و اثرهای مخرب زیست محیطی ناشی از مصرف کود های شیمیایی، تلاش تکنولوژیهای جدید بر این است که از منابع به بهترین شکل با حداکثر عملکرد و بهرهوری استفاده گردد .
- Lambert and Lowenberg, 2000 - با این که روش های ارگانیک می توانند در افزایش سلامت انسان و محیط زیست نقش مهمی را ایفا کنند ولی با بهره گیری از فناوری های نوین در بخش کشاورزی می توان علاوه بر افزایش کیفیت محصول راندمان را نیز بهبود بخشید. تغییرات در مقدار عملکرد کمی و کیفی محصولعمدتاً به دلیل عواملی همچون تغییرات نوع خاک، توپوگرافی مزرعه، وضعیت زهکشی و کودهای داده شده قبلی ایجاد می گردد. در مباحث مربوط به کوددهی به مزارع، زمانی که توزیع کودی مانند نیتروژن به صورت یکنواخت انجام می گیرد، در بخشی از مزراع ممکن است کود به اندازه کافی، کمتر یا بیشتر از حد نیاز گیاه در اختیار آن قرار گیرداخیراً. با پیشرفت تکنولوژی های مربوط به توزیع کود و توسعه حسگرهای محصولات، امکان توزیع کود با نرخ متغیر امکانپذیر شده است.
با این تکنولوژی امکان این وجود دارد که بتوان تشخیص داد که چه مکانی نیاز به مقدار کود کم و چه مکانی نیاز به کود زیاد دارد. با استفاده از این روش امکان توزیع کود با نرخ متغیر وجود داشته و منافع اقتصادی و زیست محیطی زیادی به دنبال خود خواهد داشت که در نتیجه هزینه نهاده ها کاهش و مقدار عملکرد کلی افزایش پیدا می کند. استفاده از روشهای مخرب تشخیص میزان نیتروژن مورد نیاز گیاه یا خاک - روش کجلدال - به دلیل داشتن زحمت و هزینه زیاد، برای مدیریت مزارع در فصول مختلف رشد گیاه مقرون به صرفه نیست و اگر هم استفاده گردد بیشتر برای توصیه کودی کل مزرعه قابل استفاده است و همچنین نمیتوان از این روش برای مدیریت مکانی و لحظهای کود و برای بخشهای گسترده از مزارع بهره برد.
با این وجود مدیریت دقیق مزارع و محصولات نیاز به فناوریهایی دارد که بتوان به صورت لحظهای و غیر مخرب مقدار نیتروژن مورد نیاز گیاه را اندازهگیری کرد. دستگاه کلروفیلمتر از جمله دستگاههایی است که میتوان به وسیله آن مقدار نیتروژن را به صورت غیر مخرب و منطقهای مدیریت کرد . - Prost and Jeuffroy, 2007 - از آنجائیکه در دستگاه کلروفیل متر امکان بازرسی کل مزرعه وجود ندارد اخیراً با پیشرفت حسگرهای تشخیص وضعیت گیاه از راه دور، این امکان برای کشاورزان وجود دارد که دیدبانی مناسب و کاملی از مزرعه انجام داده و در نتیجه کوددهی را به صورت توزیع متغیر انجام دهند. با توجه به کمبود پژوهش های لازم در مورد این حسگرها، در این پژوهش سعی بر آنست که این حسگرها معرفی و عملکرد آنها به صورت دقیق مورد ارزیابی قرار گرفته و مزایا و معایب آنها نیز مورد بررسی قرار گیرد.
بازتاب گیاه و شاخص سبزینگی نرمال پوشش گیاهی - NDVI - 1
بازتاب در یک عبارت کلی به نسبت انرژی برگشتی از جسم به انرژی برخورد شده به آن گفته می شود. همچنان که در شکل 1 نشان داده شده است در دو محدوده فروسرخ - 700 -1300 nm - و قرمز - 500 -700 nm - اختلاف قابل ملاحظه ای در میزان بازتاب گیاهی وجود دارد . - Kumar and Silver, 1973 - شکل :1 مقدار بازتاب گیاه سالم و تحت استرس در دو محدوده مرئی و فروسرخ گیاهان به طور کلی در محدوده باند آبی و قرمز به دلیل جذب بیشتر آنها توسط کلروفیل بازتاب کمی داشته درحالیکه برای باند سبز این جذب تا حدودی کمتر می باشد. به همین دلیل است که گیاهان در چشم ما به رنگ سبز دیده می شوند.
به دلیل جذب خیلی کم در محدوده باند فروسرخ، بازتاب قابل ملاحظه ای در این محدوده وجود دارد که مقدار این بازتاب تاثیر پذیر از خصوصیات بافت گیاهی مانند ساختار بافت سلولی، دیواره سلولی و واسطه هایی مانند پروتوپلاسم و کلروپلاست است. چنین ویژگی های ساختاری تحت تاثیر فاکتورهای محیطی مانند رطوبت خاک، وضعیت مواد مغذی، شوری خاک و مرحله رشد گیاه قرار دارند . - Ma et al ., 2001 - با توجه به اینکه در محدوده طیف فروسرخ کنتراست قابل ملاحظه ای بین خاک و سبزینگی گیاه وجود دارد بنابراین با بهره گیری از بازتاب طیفی امکان محاسبه شاخص های مختلف گیاهی که رابطه مستقیمی با مقدار فعالیت فتوسنتزی و مقدار محصول تولید شده در مزارع دارند، وجود دارد .
- Adamsen et al., 1999 - شاخص سبزینگی نرمال یا همان NDVI به دلیل ماهیت جذب و بازتاب در دو باند قرمز و فروسرخ توانسته به طور موفقیت آمیزی فعالیت فتوسنتز را پیش بینی کند که این امر به دلیل وجود رابطه فعالیت فتوسنتز گیاه با محتوای کلروفیل موجود در گیاه می باشد. مقدار شاخص NDVI - رابطه - 1 با استفاده از دو بازتاب فروسرخ و قرمز تعیین می گردد که در آن RNIR مقدار بازتاب در محدوده باند فروسرخ و RRed مقدار بازتاب در باند قرمز می باشد . - Anonymous, 2016 -
