سامانه‌های آبیاری هوشمند و صرفه‌جویی ۵۰ درصدی در مصرف آب

محققان در پژوهشی جدید تاکید کرده‌اند که استفاده از سامانه‌های آبیاری هوشمند می‌تواند تا ۵۰ درصد در مصرف آب کشاورزی صرفه‌جویی کند و راهکاری موثر برای مدیریت بحران آب باشد.

به گزارش ایسنا، تقاضای جهانی برای تولید غذا به دلیل رشد سریع جمعیت در حال افزایش است و این موضوع فشار بی‌سابقه‌ای بر منابع آبی محدود کره زمین وارد می‌کند. آمارها نشان می‌دهند که حدود ۷۰ درصد از کل آب برداشت شده در جهان صرف آبیاری مزارع کشاورزی می‌شود. این رقم بالا نشان‌دهنده اهمیت بخش کشاورزی در مصرف آب و لزوم توجه ویژه به مدیریت بهینه این منبع حیاتی است. در بسیاری از نقاط جهان، به‌ویژه در مناطق با اقلیم خشک و نیمه‌خشک، بحران آب به یکی از چالش‌های اساسی کشاورزی تبدیل شده است.

یکی از دلایل اصلی بحران آب در بخش کشاورزی، روش‌های نادرست آبیاری است که بدون در نظر گرفتن نیاز واقعی گیاهان انجام می‌شود. این شیوه‌های سنتی اغلب منجر به هدررفت آب و ایجاد تنش آبی در گیاهان می‌شوند که می‌تواند عملکرد محصولات را کاهش دهد و به محیط زیست آسیب برساند. بنابراین، مدیریت بهینه آب آبیاری نه تنها برای حفظ منابع آبی بلکه برای تضمین امنیت غذایی و پایداری کشاورزی ضروری است. در سال‌های اخیر، سامانه‌های آبیاری هوشمند با هدف صرفه‌جویی در مصرف آب و کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی طراحی و توسعه یافته‌اند که می‌توانند راهکاری موثر برای این چالش باشند.

ایمان حاجی راد از گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تحقیقی جامع در خصوص روش‌ها و ابزارهای مدیریت هوشمند آبیاری و تاثیر آن‌ها در بهینه‌سازی مصرف آب انجام داده است. این پژوهش به بررسی فناوری‌های مختلف آبیاری هوشمند و مقایسه آن‌ها با روش‌های سنتی پرداخته و میزان صرفه‌جویی در مصرف آب را در هر یک از این روش‌ها مورد ارزیابی قرار داده است. محقق در این مطالعه به شناسایی و تحلیل ابزارهایی مانند حسگرهای رطوبت خاک، سامانه‌های مبتنی بر تبخیر و تعرق، حسگرهای باران و حسگرهای نوری پرداخته است.

در این مطالعه، ابتدا روش‌های مختلف مدیریت آبیاری هوشمند و ابزارهای مورد استفاده در آن‌ها شناسایی و معرفی شدند. سپس، محقق به مقایسه این فناوری‌ها با روش‌های سنتی آبیاری پرداخت و تاثیر هر یک از آن‌ها بر میزان صرفه‌جویی در مصرف آب آبیاری را بررسی کرد. این بررسی بر اساس مرور سوابق تحقیقات انجام شده در سطح جهان و تحلیل داده‌های موجود در مقالات علمی منتشر شده طی سال‌های اخیر صورت گرفت. محقق به بررسی عملکرد حسگرهای رطوبت خاک که میزان رطوبت موجود در خاک را اندازه‌گیری کرده و بر اساس آستانه‌های تعیین شده، رویدادهای آبیاری را کنترل می‌کنند، پرداخت. همچنین، سامانه‌های مبتنی بر تبخیر و تعرق که بر اساس داده‌های آب و هوایی عمل می‌کنند و حسگرهای باران که آبیاری را در زمان بارندگی متوقف می‌کنند، مورد بررسی قرار گرفتند. علاوه بر این، استفاده از حسگرهای نوری نصب شده بر روی پهپادها و وسایل پرنده بدون سرنشین که قادر به ارزیابی وضعیت گیاهان و تشخیص تنش آبی هستند، نیز در این پژوهش مورد توجه قرار گرفت.

نتایج این پژوهش که در «فصلنامه آب و توسعه پایدار» وابسته به دانشگاه فردوسی مشهد منتشر شده‌اند، نشان دادند که سامانه‌های آبیاری هوشمند مبتنی بر حسگرهای رطوبت خاک می‌توانند بین ۲۰ تا ۴۱.۵ درصد در مصرف آب آبیاری نسبت به روش‌های سنتی صرفه‌جویی کنند. این میزان صرفه‌جویی به آستانه رطوبتی که توسط کشاورزان تنظیم می‌شود بستگی دارد. سامانه‌های مبتنی بر تبخیر و تعرق اما عملکرد بهتری داشتند و توانستند بین ۲۰ تا ۴۸ درصد مصرف آب را کاهش دهند. دقت برآوردهای این سامانه‌ها نقش مهمی در افزایش کارایی آن‌ها دارد.

حسگرهای باران نیز در مقایسه با روش‌های آبیاری سنتی، بین ۷ تا ۵۰ درصد صرفه‌جویی در مصرف آب را به همراه داشتند. یکی از یافته‌های مهم این پژوهش، موفقیت سامانه‌های مبتنی بر حسگرهای نوری در ارزیابی تغییرات گیاه و خاک بود. این حسگرها که معمولاً بر روی پهپادها نصب می‌شوند، توانایی بیشتری در شناسایی تنش آبی گیاهان و ارزیابی وضعیت مزارع نسبت به روش‌های تجربی و آزمایشگاهی دارند. این فناوری می‌تواند اطلاعات دقیق‌تری از وضعیت مزرعه در اختیار کشاورزان قرار دهد و به آن‌ها کمک کند تا تصمیمات بهتری در خصوص زمان و میزان آبیاری بگیرند.

با توجه به محدودیت منابع آبی در بسیاری از مناطق جهان، بهینه‌سازی مصرف آب در بخش کشاورزی اهمیت فوق‌العاده‌ای پیدا کرده است. استفاده از تکنیک‌های نوین آبیاری هوشمند نظیر کنترلرهای مبتنی بر حسگرهای رطوبت خاک، سامانه‌های تبخیر و تعرق، حسگرهای نوری و استراتژی‌های کم‌آبیاری تنظیم شده، تاثیر زیادی در صرفه‌جویی در مصرف آب و حفظ عملکرد محصولات کشاورزی دارد. این سامانه‌ها به طور ویژه در کاهش بیش‌آبیاری موثر هستند و این امر از طریق اندازه‌گیری و تخمین شاخص‌های مختلفی مانند رطوبت خاک و شاخص تنش آبی گیاه انجام می‌شود.

استفاده از استراتژی‌های کم‌آبیاری، به‌ویژه در مراحل خاص رشد گیاه، می‌تواند منجر به کاهش جزئی عملکرد محصول شود، اما همچنان باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف آب می‌شود. به‌کارگیری این تکنیک‌ها برای محصولات مختلف کشاورزی از جمله گوجه‌فرنگی و سیب‌زمینی، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک، نیاز به تحقیقات بیشتری دارد تا بهره‌وری بیشتری حاصل شود.

البته به گفته محققان، ارزیابی توجیه اقتصادی این روش‌های آبیاری همچنان ضروری است تا کشاورزان بتوانند بر اساس تحلیل هزینه و فایده، تصمیمات مناسبی برای پیاده‌سازی این سیستم‌ها در مزارع خود اتخاذ کنند. ولی در کل، توسعه و گسترش این فناوری‌ها، به‌ویژه در مناطق با منابع آبی محدود، می‌تواند به مدیریت پایدار منابع آب و ارتقای امنیت غذایی در سطح جهانی کمک شایانی نماید. لذا پیشنهاد شده است که برای بهینه‌سازی مصرف آب و افزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی، استفاده از سیستم‌های هوشمند مبتنی بر حسگرهای مختلف باید در مزارع به طور گسترده‌تر پیاده‌سازی شود.

*