تستطيع الطائرات بدون طيار حمل مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار الاستشعار عن بُعد، والتي يمكنها الحصول على معلومات متعددة الأبعاد وعالية الدقة عن الأراضي الزراعية، وتحقيق رصد ديناميكي لأنواع متعددة من هذه المعلومات. تشمل هذه المعلومات بشكل رئيسي معلومات التوزيع المكاني للمحاصيل (تحديد موقع الأراضي الزراعية، وتحديد أنواع المحاصيل، وتقدير المساحة ورصد التغيرات الديناميكية، واستخراج البنية التحتية للحقول)، ومعلومات نمو المحاصيل (المعايير الظاهرية للمحصول، والمؤشرات الغذائية، والغلة)، وديناميكيات عوامل إجهاد نمو المحاصيل (رطوبة الحقل، والآفات، والأمراض).
معلومات مكانية عن الأراضي الزراعية
تتضمن معلومات الموقع المكاني للأراضي الزراعية الإحداثيات الجغرافية للحقول وتصنيفات المحاصيل، المُحصل عليها من خلال التمييز البصري أو التعرف الآلي. ويمكن تحديد حدود الحقول من خلال الإحداثيات الجغرافية، كما يمكن تقدير مساحة الزراعة. تتميز الطريقة التقليدية لرقمنة الخرائط الطبوغرافية، كخريطة أساسية للتخطيط الإقليمي وتقدير المساحة، بضعف توقيتها، والفرق بين موقع الحدود والوضع الفعلي كبير ويفتقر إلى الحدس، مما لا يُسهم في تطبيق الزراعة الدقيقة. يمكن للاستشعار عن بُعد باستخدام الطائرات بدون طيار الحصول على معلومات شاملة عن الموقع المكاني للأراضي الزراعية آنيًا، مما يتميز بمزايا لا تُضاهى للطرق التقليدية. تُمكّن الصور الجوية من الكاميرات الرقمية عالية الدقة من تحديد وتحديد المعلومات المكانية الأساسية للأراضي الزراعية، ويُحسّن تطوير تقنية التكوين المكاني دقة وعمق البحث في معلومات موقع الأراضي الزراعية، ويُحسّن الدقة المكانية مع إدخال معلومات الارتفاع، مما يُتيح رصدًا أدق للمعلومات المكانية للأراضي الزراعية.
معلومات عن نمو المحاصيل
يمكن وصف نمو المحاصيل من خلال معلومات حول المعايير الظاهرية، والمؤشرات الغذائية، والغلة. تشمل هذه المعايير الغطاء النباتي، ومؤشر مساحة الورقة، والكتلة الحيوية، وارتفاع النبات، وغيرها. هذه المعايير مترابطة وتُميز نمو المحاصيل، وترتبط ارتباطًا مباشرًا بالغلة النهائية. وهي مهيمنة في أبحاث رصد المعلومات الزراعية، وقد أُجريت المزيد من الدراسات.
1) المعلمات الظاهرية للمحصول
مؤشر مساحة الورقة (LAI) هو مجموع مساحة الورقة الخضراء أحادية الجانب لكل وحدة مساحة سطح، وهو يُمكّن من توصيف امتصاص المحصول للطاقة الضوئية واستخدامها بشكل أفضل، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بتراكم المواد الخام للمحصول والعائد النهائي. يُعد مؤشر مساحة الورقة أحد أهم معايير نمو المحاصيل التي تُرصد حاليًا بواسطة الاستشعار عن بُعد باستخدام الطائرات بدون طيار. يُعد حساب مؤشرات الغطاء النباتي (مؤشر الغطاء النباتي النسبي، ومؤشر الغطاء النباتي المُوَحَّد، ومؤشر الغطاء النباتي المُحسَّن للتربة، ومؤشر الغطاء النباتي التفاضلي، إلخ) باستخدام بيانات متعددة الأطياف، وإنشاء نماذج انحدار باستخدام بيانات ميدانية، طريقةً أكثر نضجًا لعكس المعلمات الظاهرية.
ترتبط الكتلة الحيوية فوق الأرض في المرحلة المتأخرة من نمو المحاصيل ارتباطًا وثيقًا بكلٍّ من الغلة والجودة. حاليًا، لا يزال تقدير الكتلة الحيوية باستخدام الاستشعار عن بُعد بواسطة الطائرات بدون طيار في الزراعة يعتمد في الغالب على البيانات متعددة الأطياف، ويستخلص المعلمات الطيفية، ويحسب مؤشر الغطاء النباتي للنمذجة؛ وتتميز تقنية التكوين المكاني بمزايا معينة في تقدير الكتلة الحيوية.
2) مؤشرات التغذية للمحاصيل
تتطلب المراقبة التقليدية للحالة الغذائية للمحاصيل أخذ عينات ميدانية وتحليل كيميائي داخلي لتشخيص محتوى العناصر الغذائية أو المؤشرات (الكلوروفيل والنيتروجين وما إلى ذلك)، بينما يعتمد الاستشعار عن بعد بواسطة الطائرات بدون طيار على حقيقة أن المواد المختلفة لها خصائص امتصاص انعكاسية طيفية محددة للتشخيص. تتم مراقبة الكلوروفيل بناءً على حقيقة أنه يحتوي على منطقتي امتصاص قويتين في نطاق الضوء المرئي، وهما الجزء الأحمر من 640-663 نانومتر والجزء الأزرق البنفسجي من 430-460 نانومتر، بينما يكون الامتصاص ضعيفًا عند 550 نانومتر. تتغير خصائص لون وملمس الأوراق عندما تكون المحاصيل ناقصة، واكتشاف الخصائص الإحصائية للون والملمس المقابلة لأوجه القصور المختلفة والخصائص ذات الصلة هو مفتاح مراقبة العناصر الغذائية. وعلى غرار مراقبة معلمات النمو، لا يزال اختيار النطاقات المميزة ومؤشرات الغطاء النباتي ونماذج التنبؤ هو المحتوى الرئيسي للدراسة.
3) إنتاج المحاصيل
تُعدّ زيادة إنتاجية المحاصيل الهدف الرئيسي للأنشطة الزراعية، ويُعدّ التقدير الدقيق للإنتاجية أمرًا بالغ الأهمية لكلٍّ من إدارات الإنتاج الزراعي وصنع القرارات الإدارية. وقد سعى العديد من الباحثين إلى تطوير نماذج لتقدير الإنتاجية بدقة تنبؤ أعلى من خلال التحليل متعدد العوامل.
الرطوبة الزراعية
غالبًا ما تُرصد رطوبة الأراضي الزراعية باستخدام طرق الأشعة تحت الحمراء الحرارية. في المناطق ذات الغطاء النباتي الكثيف، يُقلل إغلاق ثغور الأوراق من فقدان الماء بسبب النتح، مما يُقلل من تدفق الحرارة الكامنة على السطح ويزيد من تدفق الحرارة المحسوسة على السطح، مما يُسبب بدوره زيادة في درجة حرارة المظلة، والتي تُعتبر درجة حرارة المظلة النباتية. ولأن مؤشر الإجهاد المائي يعكس توازن طاقة المحصول يُمكن أن يُحدد العلاقة بين محتوى الماء في المحصول ودرجة حرارة المظلة، فإن درجة حرارة المظلة التي يتم الحصول عليها بواسطة مستشعر الأشعة تحت الحمراء الحرارية يُمكن أن تعكس حالة رطوبة الأراضي الزراعية؛ ويمكن استخدام التربة العارية أو الغطاء النباتي في المناطق الصغيرة لعكس رطوبة التربة بشكل غير مباشر مع درجة حرارة باطن الأرض، وهو المبدأ القائل بأن: الحرارة النوعية للماء كبيرة، ودرجة حرارة الحرارة بطيئة التغير، وبالتالي فإن التوزيع المكاني لدرجة حرارة باطن الأرض خلال النهار يُمكن أن ينعكس بشكل غير مباشر في توزيع رطوبة التربة. لذلك، يمكن أن يعكس التوزيع المكاني لدرجة حرارة باطن الأرض خلال النهار توزيع رطوبة التربة بشكل غير مباشر. وتُعدّ التربة العارية عامل تداخل مهم في رصد درجة حرارة الغطاء النباتي. وقد درس بعض الباحثين العلاقة بين درجة حرارة التربة العارية وغطاء المحاصيل الأرضي، ووضحوا الفجوة بين قياسات درجة حرارة الغطاء النباتي الناتجة عن التربة العارية والقيمة الحقيقية، واستخدموا النتائج المصححة في رصد رطوبة الأراضي الزراعية لتحسين دقة نتائج الرصد. وفي إدارة إنتاج الأراضي الزراعية الفعلية، يُعدّ تسرب الرطوبة في الحقول أيضًا محور الاهتمام، وقد أُجريت دراسات باستخدام أجهزة التصوير بالأشعة تحت الحمراء لرصد تسرب الرطوبة في قنوات الري، ويمكن أن تصل دقتها إلى 93%.
الآفات والأمراض
استخدام مراقبة انعكاس الطيف القريب من الأشعة تحت الحمراء للآفات والأمراض النباتية، على أساس: الأوراق في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة من الانعكاس بواسطة أنسجة الإسفنج والتحكم في أنسجة السياج، والنباتات الصحية، وهاتين الفجوتين النسيجيتين مملوءتين بالرطوبة والتوسع، وهي عاكس جيد للإشعاع المتنوع؛ عندما يتضرر النبات، تتضرر الورقة، وتذبل الأنسجة، وينخفض الماء، وينخفض انعكاس الأشعة تحت الحمراء حتى يضيع.
يُعدّ الرصد الحراري بالأشعة تحت الحمراء لدرجة الحرارة مؤشرًا مهمًا أيضًا على آفات وأمراض المحاصيل. تحافظ النباتات في الظروف الصحية، بشكل رئيسي من خلال التحكم في فتح وإغلاق ثغور الأوراق على تنظيم النتح، للحفاظ على استقرار درجة حرارتها؛ في حالة المرض، ستحدث تغيرات مرضية، وستحدد تفاعلات العامل الممرض مع العائل في العامل الممرض على النبات، وخاصةً فيما يتعلق بالجوانب المتعلقة بالنتح، الجزء المصاب من ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة. بشكل عام، يؤدي استشعار النبات إلى اختلال تنظيم فتح الثغور، وبالتالي يكون النتح أعلى في المنطقة المصابة منه في المنطقة السليمة. يؤدي النتح القوي إلى انخفاض في درجة حرارة المنطقة المصابة وفرق أكبر في درجة الحرارة على سطح الورقة منه في الورقة الطبيعية حتى تظهر بقع نخرية على سطح الورقة. تموت الخلايا في المنطقة الميتة بشكل كامل، ويفقد النتح في ذلك الجزء بشكل كامل، وتبدأ درجة الحرارة بالارتفاع، ولكن لأن بقية الورقة تبدأ بالإصابة، فإن فرق درجة الحرارة على سطح الورقة يكون دائمًا أعلى من نظيره في النبات السليم.
معلومات أخرى
في مجال رصد معلومات الأراضي الزراعية، تتعدد تطبيقات بيانات الاستشعار عن بُعد باستخدام الطائرات بدون طيار. على سبيل المثال، يمكن استخدامها لاستخراج مساحة الذرة المتساقطة باستخدام خصائص نسيجية متعددة، وقياس مستوى نضج الأوراق خلال مرحلة نضج القطن باستخدام مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI)، وإنشاء خرائط وصفية لتطبيق حمض الأبسيسيك، والتي تُرشد بفعالية رش حمض الأبسيسيك على القطن لتجنب الإفراط في استخدام المبيدات الحشرية، وغيرها. ووفقًا لاحتياجات رصد وإدارة الأراضي الزراعية، يُعدّ البحث المستمر في معلومات بيانات الاستشعار عن بُعد باستخدام الطائرات بدون طيار وتوسيع نطاق تطبيقاتها اتجاهًا حتميًا في التطوير المستقبلي للزراعة المعلوماتية والرقمية.
وقت النشر: ٢٤ ديسمبر ٢٠٢٤