تنبؤ إنتاجية المحاصيل ببيانات الاستشعار عن بعد في الزراعة الدقيقة

للتنبؤ بمحصول المحاصيل، نحتاج إلى فهم كمية ضوء الشمس التي تتلقاها النباتات وكمية المياه التي تحتاجها. يعتمد نمو النبات على هذين العاملين، ولكن هناك العديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على نمو النبات مثل درجة الحرارة والرطوبة و نوع التربة.

تُعدّ كمية ونوعية المحاصيل المنتجة في العالم عاملاً رئيسياً يؤثر على الأمن الغذائي. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة في الدول النامية حيث لا تزال الزراعة تشكل جزءاً هاماً من اقتصادها.

الاستشعار عن بعد يمكن استخدام البيانات لتقدير كميات الضوء التي تتلقاها النباتات، وبالتالي التنبؤ بمحصول المحاصيل. تُعد بيانات الاستشعار عن بُعد أداةً فعّالة لتقدير محصول المحاصيل، إذ توفر معلومات عن المحاصيل النامية وبيئتها، مما يسمح بتقدير إنتاج المحاصيل.

تُعدّ بيانات الاستشعار عن بُعد شكلاً من أشكال تحليل البيانات في الزراعة، ويمكن استخدامها للتنبؤ بالمحصول قبل الحصاد. تتناول هذه المقالة كل ما تحتاج معرفته عن بيانات الاستشعار عن بُعد.

ما هي بيانات إنتاج المحاصيل في الزراعة؟

بيانات إنتاج المحاصيل هي معلومات عن كمية المحاصيل التي ينتجها مزارع أو مجموعة مزارعين. وتشمل كمية المحصول المحصود لكل هكتار من الأرض. ويمكن قياس ذلك بالطن أو البوشل أو أي وحدة قياس أخرى حسب نوع المحصول.

تُعدّ بيانات إنتاجية المزارع بالغة الأهمية في القطاع الزراعي، إذ تُساعد المزارعين على تحديد كمية المحاصيل التي ينبغي زراعتها في الموسم القادم. كما تُتيح لهم هذه البيانات تحديد ما إذا كانت هناك أي مشكلة في محاصيلهم تستدعي المعالجة.

ويمكن أيضاً استخدام بيانات الإنتاج لرصد التقدم المحرز نحو الأهداف العالمية التي تحددها الحكومات والمنظمات غير الحكومية والجهات المعنية الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم بيانات المحصول لتحديد نقاط القوة والضعف في الممارسات الزراعية وتقديم توصيات بناءً على هذه المعلومات. تُعدّ بيانات المحصول مفيدة في اتخاذ قرارات مدروسة بشأن العديد من جوانب الزراعة، مثل:

اختيار البذور: إن اختيار الأصناف والهجائن بناءً على بيانات المحصول يمكن أن يساعد في ضمان زراعة الحقول بأكثر البذور ربحية المتاحة.

مكافحة الآفات: من خلال مراقبة نمو النبات، يمكن لبيانات المحصول أن تساعد المزارعين على تحديد الوقت المناسب لإدخال النباتات. مكافحة الآفات يمكن أن تؤدي هذه الإجراءات إلى تقليل استخدام المبيدات الحشرية وزيادة الأرباح.

جدولة الري: إن استخدام المعلومات من أجهزة مراقبة المحاصيل يسمح للمزارعين بضبط جدول الري بدقة، مما يساعد على الحفاظ على المياه والمال مع الحفاظ على غلة عالية.

ما هي بيانات الاستشعار عن بعد؟

الاستشعار عن بعد هو علم الحصول على معلومات حول جسم أو ظاهرة ما دون التلامس المباشر معها، وبالتالي بطريقة غير تدخلية. ويُستخدم في الزراعة لمراقبة المحاصيل والتربة ومستويات الرطوبة.

تستخدم تقنية الاستشعار عن بعد انبعاثات الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل تلك المنبعثة من موجات الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية.

يُتيح الاستشعار عن بُعد للمحاصيل قياس ظروف نموها بمرور الوقت، كما يُوفر معلومات عن حالتها في نقاط زمنية ومكانية محددة. ويمكن استخدام هذه المعلومات لتقدير غلة المحاصيل وتحديد موعد الحصاد الأمثل.

يمكن استخدام البيانات المستشعرة عن بعد لقياس تغيرات استخدام الأراضي، ومراقبة نمو المحاصيل، وإنتاجية المزارع، والكشف عن مستويات رطوبة التربة وملوحتها، وتحديد مستويات الإصابة بالآفات، ومراقبة مستويات التلوث البيئي، وما إلى ذلك.

فعلى سبيل المثال، إذا كنت تمشي في حقل وتنظر إلى النباتات، فأنت تجمع بيانات عنها. وإذا كنت تقود طائرة هليكوبتر أو طائرة وتنظر إلى النباتات من الأعلى، فأنت تجمع بيانات الاستشعار عن بعد.

هناك العديد من أنواع تقنيات وأجهزة الاستشعار عن بعد المختلفة المستخدمة لجمع هذه البيانات: صور الأقمار الصناعية، والصور الجوية، وأنظمة الرادار، والليدار، وغيرها.

ما هو التنبؤ بمحصول المحاصيل؟

التنبؤ بمحصول المحاصيل هو عملية تقدير المحصول المحتمل أو المتوقع لمحصول معين لمنطقة معينة وموسم نمو معين.

يتضمن ذلك تحليل عوامل مختلفة مثل الظروف الجوية وخصائص التربة وعلم الوراثة للمحاصيل وممارسات الإدارة من أجل وضع تنبؤات مستنيرة حول الحصاد المحتمل.

من المهم ملاحظة أن توقعات غلة المحاصيل عرضة لعدم اليقين بسبب تعقيد النظم الزراعية وتأثير العوامل غير المتوقعة مثل الآفات والأمراض والظواهر الجوية المتطرفة.

على الرغم من أن نماذج التنبؤ توفر رؤى قيّمة، إلا أنها بمثابة أداة للمساعدة في اتخاذ القرارات بدلاً من توفير اليقين المطلق.

كيف يعمل؟

يتم دمج مصادر البيانات التالية لإنشاء ترجيح متنوع لأرقام توقعات المحصول بناءً على ظروف موسم الزراعة الحالي في مختلف المناطق.

يقوم علماء البيانات في Farmers Edge بدمج مصادر البيانات هذه مع أحدث التطورات في مجال التعلم الآلي لتحديث تقديرات توقعات المحصول كلما تعطل أحد مكونات المحصول الرئيسية.

1. بيانات ما قبل الموسم

يجب أن تكون بيانات ما قبل الموسم دقيقة لوضع الأساس اللازم للتنبؤ بمحصول المحاصيل. تتوفر هذه المعلومات قبل زراعة المحصول، وهي تُهيئ الظروف لقراءات التنبؤ الأولية بالمحصول.

يتم دمج بيانات مثل موقع الحقل، والمحاصيل الحالية والسابقة، والطقس الخاص بالحقل في الأشهر السابقة للزراعة أو البذر، ومعلومات وبيانات اختبار التربة، واتجاهات الطقس الإقليمية على مدى العقد الماضي، لتوفير نظرة ثاقبة حول كيفية بدء الموسم بأرقام دقيقة للمحصول يمكن توقعها.

2. بيانات الموسم

توفر البيانات الموسمية نظرة ثاقبة على المتغيرات التي تؤثر على إنتاجية المزرعة طوال موسم النمو بعد وضع الأساس.

توفر محطات الأرصاد الجوية في المزارع من Farmers Edge بيانات تركز على الحقل تعمل على تحسين مجموعات البيانات هذه من خلال تقديم القيم المتوقعة والمتنبأ بها والتي يتم تخزينها ثم إعادة ضبطها عند ورود البيانات كل يوم، مما يؤدي إلى تطوير النماذج.

كما يتم أخذ البيانات الأخرى التي يتم جمعها خلال الموسم، مثل استخدام الأسمدة، في الاعتبار خلال الموسم، سواء كان ذلك مخططًا له أم لا، لتحسين تشخيص الحقول وتقديم قيم التنبؤ بالمحصول.

3. بيانات خاصة بالمحاصيل

قد توفر شبكة Farmers Edge الواسعة من المهندسين الزراعيين المحليين بيانات خاصة بالمحاصيل خلال موسم النمو.

حدد مهندسو الزراعة في Farmers Edge بيانات خاصة بالمحاصيل تؤثر على المحصول خلال موسم النمو، بما في ذلك محتوى الماء خلال مراحل النمو الرئيسية أو الساعات التي تتجاوز درجات الحرارة الأساسية للمحاصيل خلال الفترات الرئيسية لتحديد المحصول، وذلك بالنسبة للمحاصيل الخمسة الرئيسية في التنبؤ بالمحصول (الذرة، الكانولا، العدس، فول الصويا، والقمح).

4. صور المحاصيل والحقول

تُستخدم صور الأقمار الصناعية عالية الدقة لتحديد قيم مؤشر NDVI لصحة المحاصيل في الحقول بسرعة ودقة، مما يسمح للباحثين بالبحث عن نتائج خاطئة أو مشاكل إقليمية تتعلق بالمحاصيل والتي يمكن أن تؤثر على المحصول.

يمكن استخدام هذه الاتجاهات الإقليمية لتحديد ما إذا كانت المناطق تسير على المسار الصحيح للتنبؤات أو ما إذا كانت العوامل البيئية قد شوهت قيم التنبؤ بمحصول المحاصيل.

5. بيانات المدرج التكراري

تستخدم نماذج التنبؤ بمحصول Farmers Edge الإحصائيات الكبيرة للعثور على توزيعات مختلفة في صور الحقول بمرور الوقت، مما يوفر وضوحًا لشبكة عصبية التفافية يمكنها استخدام هذه التعديلات للتنبؤ بالمحصول عبر مناطق واسعة، مثل الولايات المتحدة أو كندا، مع تغير الصور بمرور الوقت.

ليس من السهل التنبؤ بالإنتاج قبل أن تمر الحصادة عبر الحقل، لكن فريق Farmers Edge سعيد بتزويد المنتجين بتوقعات إنتاج المزارع بناءً على إحصاءات كاملة ودقيقة.

لكل مصدر من مصادر البيانات وزن في التنبؤ بمحصول المحاصيل، والذي يمكن تغييره بناءً على معلمات النموذج.

كيف يمكن زيادة إنتاجية المزارع باستخدام التقنيات الدقيقة؟

ناقش أصحاب المزارع وعملوا على زيادة الإنتاج الزراعي لأجيال. بعض الطرق التي تم اكتشافها كانت فعالة، بينما كانت طرق أخرى غير فعالة.

بالإضافة إلى الخبرة القيّمة للأجيال السابقة من المزارعين، قد تستفيد الصناعة الزراعية الآن من التطورات العلمية والتكنولوجية الحديثة.

دعونا نلقي نظرة على أكثر الطرق شيوعاً التي يمكن للمزارعين من خلالها زيادة المحاصيل، وكيف يمكن الاستفادة من الخبرة السابقة والتكنولوجيا الجديدة لتعزيز الإنتاجية الزراعية.

1. الري المناسب

يحتاج المزارعون الراغبون في زيادة متوسط إنتاج محاصيلهم لكل فدان إلى نظام ري مُصمّم جيدًا. فتوفير الكمية المناسبة من الماء للنباتات يؤثر بشكل مباشر على نموها، وبالتالي على غلة المحاصيل.

تُعدّ التنبؤات الجوية بالغة الأهمية لريّ الأراضي الزراعية بكفاءة. وقد أصبح التنبؤ الجويّ على المستوى المحليّ ممكناً بفضل التقنيات الحديثة، والتي تشمل برامج وتطبيقات مُخصصة للمزارعين.

يجعل ذلك الري الدقيق وهذا ممكن من خلال السماح للمزارعين بالاستعداد مسبقًا وجدولة ري محاصيلهم بأدق وأكفأ طريقة ممكنة.

2. اختبار التربة وجودتها

تُعدّ جودة التربة أو خصوبتها من أهم العوامل المؤثرة على غلة المحاصيل. فإلى جانب الإنتاج الزراعي، تؤثر جودة التربة على تكلفة زراعة نبات معين، إذ تتطلب بعض النباتات نسبًا محددة من عناصر معينة في التربة، مثل الجزيئات المعدنية والمواد العضوية والماء والهواء.

يجب على المزارعين مراقبة حالة التربة في قطع أراضيهم بانتظام لتحقيق غلة زراعية أعلى. تناوب المحاصيل تُعد هذه التقنية من أكثر التقنيات فعالية للحفاظ على صحة التربة، من بين أمور أخرى.

تساهم دورة النباتات في قطعة أرض محددة في تجنب إجهاد التربة وتعطيل دورات الحشرات، مما يؤدي إلى زيادة الإنتاج الزراعي، وبالتالي زيادة متوسط إنتاجية المزرعة لكل فدان.

3. جودة البذور

تؤثر جودة البذور التي يستخدمها المزارعون في زراعة حقولهم على الإنتاج الزراعي. ولذلك، يُنصح المزارعون بزراعة البذور المعتمدة فقط، والتي اجتازت جميع فحوصات الجودة اللازمة، في أراضيهم الزراعية لزيادة المحصول.

قد تكون البذور المعتمدة أغلى ثمناً من البذور غير المعتمدة، لكن النتيجة ستكون جديرة بالاهتمام لأن جودة البذور هي أحد أهم العناصر التي تؤثر على إنتاجية المحاصيل.

إلى جانب ذلك، يُعدّ استخدام البذور عالية الجودة فقط من أكثر الطرق مسؤوليةً بيئياً لتعزيز إنتاجية المحاصيل. ويمكن للمزارع فحص جودة بذور معينة من خلال التواصل مع شركة متخصصة في البذور، وإجراء تجارب مُخصصة على قطعة أرض محددة عند الحاجة.

إلى جانب ذلك، من المهم فهم أن جودة البذور ليست دائمة أو ثابتة. فمنذ لحظة زراعتها في الأرض، تحتاج حبوب البذور إلى الحماية. ومن استراتيجيات معالجة البذور المستخدمة لتحقيق ذلك تغليف البذور.

إنها تقنية تغليف حبوب البذور بمواد خارجية لتحسين خصائصها (الوزن، الحجم) و/أو تزويدها بمواد كيميائية فعالة (المغذيات الدقيقة، والملقحات الميكروبية، ومنظمات النمو، وما إلى ذلك) لحمايتها من أمراض النبات وتعزيز نموها.

4. الاستخدام الذكي للأسمدة

الأسمدة صُممت الأسمدة لتغذية أنواع مختلفة من التربة، وتعزيز نمو النباتات، وزيادة المحاصيل، ولكن يجب استخدامها باعتدال وروية. فالإفراط في استخدام الأسمدة قد يُؤثر سلبًا على جودة التربة، وبالتالي على الإنتاجية الزراعية.

قد تتطلب مناطق مختلفة من الحقل مستويات متفاوتة من تسميد التربة، لذا فإن أفضل طريقة هي استخدام الأسمدة بشكل انتقائي، وفقًا لاحتياجات كل منطقة من مناطق الحقل. هذا النهج الدقيق في تسميد الحقول يحافظ على صحة التربة، مما يؤدي إلى زيادة متوسط إنتاجية الفدان.

A برامج مراقبة المحاصيل يُعدّ هذا أحد الخيارات التقنية المتاحة في هذا السياق. فهو يحتوي على أداة لتقسيم الأراضي الزراعية إلى مناطق تتراوح بين 2 و7 مناطق بناءً على صور الأقمار الصناعية، مما يُحدد الأماكن التي تتطلب عناية أكبر من غيرها.

يلجأ المزارعون في كثير من الأحيان إلى استخدام التكنولوجيا الدقيقة كإحدى أكثر الطرق الصديقة للبيئة لتعزيز الإنتاج.

5. أساليب حماية المحاصيل

يجب على المزارعين الراغبين في زيادة المحاصيل الاهتمام بنباتاتهم طوال فترة نموها وحتى نهاية موسم الزراعة. ويستخدم المزارعون مجموعة متنوعة من المركبات للحد من تأثير الأعشاب الضارة والآفات والأمراض على إنتاجية المحاصيل، وذلك بحسب الظروف.

تُعدّ مبيدات الأعشاب، ومبيدات الحشرات، والمجففات، ومنظمات نمو النبات، ومبيدات الفطريات، والمواد المساعدة، وغيرها من المواد الكيميائية أمثلة شائعة. ويمكن حماية المحاصيل بطرق متنوعة، ويُعدّ مكافحة الأعشاب الضارة والآفات ومكافحة أمراض النبات من أهمها.

6. الوقاية من أمراض النبات وإدارتها

تُعدّ الأمراض النباتية من المخاطر الكبيرة الأخرى التي تُهدد الأداء الزراعي للمزارعين. ويمكن للمزارعين استخدام مجموعة متنوعة من أساليب الوقاية من أمراض النبات وإدارتها، مثل اختيار أصناف مقاومة أو متسامحة مع الأمراض، ومعالجة البذور بمبيدات الفطريات، واستخدام المبيدات الحشرية وغيرها من المواد المماثلة على النباتات النامية، وذلك بحسب نوع النباتات المراد زراعتها في الحقل.

ينبغي على المزارعين إيلاء اهتمام خاص لتوقيت استخدام هذه الأساليب أو غيرها لضمان تحقيق أقصى قدر من التأثير. من الضروري التذكير بأن حماية النباتات في الوقت المناسب أمر بالغ الأهمية لزيادة إنتاجية المزرعة لكل فدان؛ فكلما تم اكتشاف المشكلة مبكراً، كان حلها أسرع وأسهل، وقلّت مساحة الأراضي المتضررة.

7. إدارة الأعشاب الضارة والآفات

خلال موسم النمو، تتمثل التحديات الرئيسية التي تواجه المزارعين في مكافحة الأعشاب الضارة وإدارة الآفات. فعلى سبيل المثال، يمكن لنبتة واحدة أن تنتج أكثر من 10 ملايين بذرة، والتي إذا لم تتم مكافحتها على الفور، يمكن أن تقلل بشكل كبير من غلة الحقل وتسبب مشاكل لسنوات. كما يجب على المزارعين اتباع نهج شامل لمكافحة تفشي الآفات.

يجب أن يكون المزارعون على أهبة الاستعداد باستمرار للاستجابة الفورية لمشاكل انتشار الآفات لأن الآفات كائنات شديدة التكيف وسريعة التكاثر، مما قد يعرض المحاصيل في أراضٍ زراعية محددة للخطر.

يُعدّ التنبؤ بمحصول المحاصيل مصدر قلق بالغ للمزارعين، إذ يؤثر بشكل مباشر على هامش ربحهم. فإذا عرف المزارع كمية المحصول المتوقعة من أرضه، استطاع تخطيط محاصيله وفقًا لذلك، وبالتالي زيادة هامش ربحه. ولذا، من المهم التنبؤ بدقة بمحصول المزرعة قبل زراعة أي محصول في أي أرض.

لقد كانت هذه المسألة مهمة في علم الزراعة منذ العصور القديمة. وهي بالغة الأهمية للأمن الغذائي، لا سيما في أوقات الجفاف أو الفيضانات أو الكوارث الطبيعية الأخرى.

يستخدم المزارعون أيضًا التنبؤ بمحصول المحاصيل لاتخاذ قرارات بشأن موعد زراعة المحاصيل وحصادها بناءً على محتوى رطوبة التربة، وانتشار الآفات، وعوامل أخرى مثل الظروف الجوية واحتياجات الأسمدة.

لتحقيق قرارات أكثر استنارة وتحسين كفاءة النمو باستخدام بيانات إنتاجية المزارع،, انقر هنا اطلب عرضًا توضيحيًا الآن.

الأسئلة الشائعة

1. كيف يزيد المزارعون من إنتاج محاصيلهم؟

يزيد المزارعون من إنتاجية محاصيلهم من خلال إدارة التربة، والري الفعال، وتناوب المحاصيل، ومكافحة الآفات والأعشاب الضارة. تعمل هذه الممارسات على تحسين خصوبة التربة، وتوافر المياه، والحد من الآفات والأمراض، مما يؤدي إلى زيادة إنتاجية المحاصيل.

2. كيف يتم حساب إنتاجية المحاصيل لكل هكتار/قطعة أرض؟

يمكن قياسه عبر طرق وعوامل مختلفة. إحدى الطرق الشائعة هي حصاد عينة تمثيلية من المحصول من منطقة معينة ووزنها. ثم يُستخدَم هذا الوزن لتقدير إجمالي إنتاج الحقل أو المزرعة بأكملها.

على سبيل المثال، إذا كان وزن العينة 100 كيلوغرام ومساحة الحقل 2 هكتار، فإن محصول الهكتار الواحد سيكون 50 كيلوغرامًا.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام التقنيات المتقدمة مثل الاستشعار عن بعد وصور الأقمار الصناعية لتقييم صحة المحاصيل ومؤشرات الغطاء النباتي والكتلة الحيوية، مما يوفر رؤى قيمة.

تُؤخذ عوامل أخرى في الاعتبار عند قياس إنتاجية المحصول، مثل جودة الحبوب وحجمها وقيمتها السوقية. فعلى سبيل المثال، إذا كان وزن العينة 100 كيلوغرام ومساحة الحقل هكتارين، فإن إنتاجية المحصول لكل هكتار ستكون 50 كيلوغرامًا.

3. كيف تقوم بتقدير محصول المحاصيل قبل الحصاد؟

يمكن تقدير محصول المحاصيل قبل الحصاد من خلال مجموعة من الطرق.

يتمثل أحد الأساليب في استخدام نماذج نمو خاصة بكل محصول، تأخذ في الاعتبار عوامل مثل تاريخ الزراعة، والظروف الجوية، وصحة المحصول للتنبؤ بالمحصول المحتمل.

وهناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد، مثل صور الأقمار الصناعية أو الطائرات بدون طيار، لتقييم قوة المحاصيل وكتلتها الحيوية.

4. أي نوع من أنظمة الزراعة ينتج حبوبًا أكثر صحة؟

غالباً ما ترتبط أنظمة الزراعة العضوية بحبوب أكثر صحة. تتجنب الزراعة العضوية استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب الاصطناعية والكائنات المعدلة وراثياً. وبدلاً من ذلك، يعتمد المزارعون العضويون على الأسمدة الطبيعية، وتناوب المحاصيل، وأساليب المكافحة البيولوجية للآفات.

تساهم هذه الممارسات في إنتاج حبوب خالية من المخلفات الكيميائية، وربما تحتوي على نسبة أعلى من العناصر الغذائية الأساسية، ومستويات أقل من التلوث بالمبيدات.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن الفوائد الصحية المحددة للحبوب يمكن أن تختلف تبعاً لعوامل مثل جودة التربة، ونوع المحصول، وممارسات التعامل بعد الحصاد.

5. كيف تساهم المبيدات في زيادة إنتاجية المحاصيل؟

تساهم المبيدات في زيادة إنتاجية المحاصيل من خلال حماية النباتات من مختلف الآفات والأمراض والأعشاب الضارة. كما أنها تساعد في مكافحة أو القضاء على الحشرات والفطريات والبكتيريا والكائنات الحية الأخرى الضارة التي قد تُلحق الضرر بالمحاصيل أو تُدمرها.

من خلال تقليل تأثير الآفات، تسمح المبيدات للنباتات بالنمو بقوة أكبر، واستخدام العناصر الغذائية بكفاءة، وتخصيص المزيد من الموارد للنمو الإنتاجي.