في البداية لابد من معرفة العمليات والمبادئ
الأساسيه لجدولة الري
ولفهم العمليات والمبادئ الرئيسية لجدولة الري بشكل أفضل ؛ طرقها الأربعة الأكثر
شيوعًا للعملية
- 1) التبخر وتوازن الماء (ET-WB)
-(2) رطوبة التربة
-(3) حالة مياه النبات
-(4) إلى جانب مزاياها وعيوبها ومقارنتها
و يتم تقديم تطبيقات الري ، بما في ذلك البرامج والبرامج وأجهزة التحكم المرتبطة
بها. بالنظر إلى أن بعض هذه الطرق تركز على استجابات النبات لرطوبة التربة
فإن تحديد مستويات رطوبة التربة المستهدفة ، مع التقديرات لحالة رطوبة التربة
الحالية هي مفتاح كل من جدولة الري. والتجديد الدقيق لرطوبة التربة للوصول إلى المستويات
المستهدفة.
وبسبب ذلك يجب مراعاة العوامل في نظام التربة والمحاصيل والغلاف الجوي التي تؤثر
على رطوبة التربة في عملية الجدولة.
نظرًا لأن جميع أنواع أساليب نظم المعلومات الأربعة تركز على المحتوى المائي
للتربة .
ويجب أن تركز طرق الجدولة المستقبلية على بناء بعض الاساليب حسب المعطيات المطلوبه
لنمو المحاصيل بأي طريقة كانت سواء تطوير نموذج او باستخدام خوارزميات ذكيه .
و يجب تطوير تطبيقات نظم معلومات أكثر عملية ودقيقة وقابلة للتكيف بسهولة لعمليات
الزراعة في الوقت الحقيقي. يجب تعزيز شبكات محطات الطقس والوصول إلى البيانات عبر
الإنترنت لتقديم خدمة أفضل .
مقدمة
تمثل مساحة الأراضي الصالحة للزراعة التي تبلغ مساحتها 1.55 × 109 هكتار حاليًا (2015) المزروعة في العالم حوالي 11٪ من إجمالي
مساحة الأرض (2019).
ومن المتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 13٪ بحلول عام 2050
من بين هذه الأراضي الصالحة للزراعة ، يخضع ما يقرب من 17٪ لأي شكل من أشكال إدارة
الري.
ومع ذلك ، فإن هذا الجزء الصغير نسبيًا من الأراضي المجهزة للري قد يساهم بما يصل
إلى 30٪ - 40٪ من إجمالي الناتج الزراعي في العالم
ومع المنافسه الزراعيه والصناعية المتزايدة على موارد المياه المحدودة ارتفعت
استهلاك المياه الزراعية .
-هدر
المياه أزمه كبيره جدا ؛ حيث أزمة ندرة المياه العالمية تزداد سوءًا في مواجهة
محدودية الأراضي الصالحة للزراعة والمروية ، وموارد المياه المحدودة .
يجب على الزراعة المستقبلية مع ذلك محاولة إطعام عدد متزايد من السكان. وهذا يضع
ضغوطًا أكبر على إدارة الري لتحسين كفاءة استخدام المياه (WUE)
والإنتاجية (منظمة الأغذية والزراعة 2001).
تطرح ندرة المياه أيضًا تحديات جديدة على مرافق المياه الحضرية ، حيث ستستمر
الحاجة إلى ري المناظر الطبيعية في النمو مع زيادة عدد السكان .
تم عمل جدول زمني بالنسبه لري المناظر الطبيعية ، أفاد الجدول الزمني المصمم جيدًا
كلاً من جودة النبات وتوفير المياه ، حيث تم تحقيق وفورات في المياه تقدر بنحو 20٪
إلى 50٪ عند استخدام ممارسات الحفاظ على المناظر الطبيعية المعتدله
تنبع أهمية الماء النباتات من دوره في دعم عملية التمثيل الضوئي ،
وتنظيم درجة الحرارة عن طريق
1- التبريد التبخيري
2- الحفاظ على اتجاه الورقة
3- نقل العناصر الغذائية داخل وعبر النبات
وبالتالي دعم نموها.
بينما يضمن الري نمو المحاصيل في المناطق التي لا يكون فيها هطول الأمطار كافياً
لدعم نمو المحاصيل وإنتاجيتها
يجب أن يتم جدولتها بشكل صحيح :-
_حتى لا تعاني المحاصيل من إجهاد مائي في مرحلة النمو الحرجة
_أو استخدام المياه الزائدة التي تؤدي إلى البرك والتشبع بالمياه ،
-والجريان السطحي أو تسرب عميق
ويجب العلم علي أنه المناطق التي تشكل فيها ملوحة التربة مصدر قلق ، يلزم استخدام
المياه الزائدة لتصفية الأملاح في ملف التربة.
فعلى مدى العقود القليلة الماضية ، تم اقتراح عدد من الطرق لجدولة وقياس العمق
المطلوب لتطبيقات الري الفردية. ونستعرض بعض من هذه الطرق بعد قليل.
تحديد توقيت وعمق الري المناسبين لنمو المحاصيل
نادرا ما تأخذ التقارير حول هذه الأساليب في
الاعتبار آثارها الاقتصادية أو السياسات الحكومية أو قيود إمدادات المياه. ومع ذلك
، فإن بعض الطرق تهدف إلى جدولة الري لتحقيق الإنتاجية المثلى للمياه وصافي
العوائد الاقتصادية. لا يدخل الري بالرشح بالملح في نطاق هذه الورقة : ومع ذلك .
فإن جداول الري التي تم تطويرها من خلال١5 طريقه المقدمة هنا ، يمكن أن تكون
بمثابة أساس القرارات الري الخاصة بترشيح الملح.
إن
كمية المياه المطبقة وتوقيت استخدامها على حد سواء ذات أهمية كبيرة في نظم
المعلومات سواء في المناظر الطبيعية أو التطبيقات الزراعية (ماكريدي وديوكس 2011 :
ب 2016 .
VALLIDES et al). يمكن أن يوفر الجدول الزمني الجيد للري،
الذي يتم تحقيقه من خلال معايره جيدة المعلومات وفورات كبيرة في مياه الري . سواء
كان ذلك لتطبيقات المناظر الطبيعية أو غلة المحاصيل الزراعية وجودتها أو جودة
العشب من بين أساليب نظم المعلومات المتنوعة التي تم اقتراحها وتطويرها.
يمكن تمييز أربعة أنواع وفقاً لما
تستند إليه الجدولة:
(1)
التبخر (ET) وتوازن مياه التربة
(2)
حالة رطوبة التربة
(3)
النبات حالة المياه
(4)
إخراج نموذج المحاكاة
التبخر ونتح التربة القائم على توازن المياة
النهج
القائم على ET-WB طريقة ET-WB
هي الطريقه المستخدمة على نطاق واسع حيث العنصر الاستهلاكي الرئيسي ، تبحر تتح المحاصيل
(ET) ، تم تقديره أولاً وفقاً للطرق الموضحة في ورقة الري والصرف رقم
56 الصادرة عن منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) (ألين وآخرون. (1998) . ثم حساب عجز
مياه التربة اليومي على أساس معادلة توازن الماء في التربة. يتم جدولة أحداث الري
عندما يتجاوز إجمالي نضوب المياة المتاحة
بسهولة الخام،
يختلف
أداء طرق المستندة إلى ET في ظل أنظمة الإدارة المختلفة. ديفيس وآخرون. (2009) أنه عند
الحفاظ على جودة العشب ، المعتمدة على ET
قللت بشكل كبير من استخدام مياه الري ومع ذلك . بالمقارنة مع أنظمة الري التقليدية
القائمة على التجربة ، فشل الري القائم على ET
في بعض الحالات في تحقيق نفس إنتاجية المحاصيل ) 2015 .Hunsaker et al) أو جودة العشب (ماكريدي وآخرون. (2009) بسبب انخفاض نسبة محتوى
التربة من الماء خلال موسم النمو. عند اختبار أداء وحدات التحكم في الري عبر
الأقمار الصناعية ، Devitt
et al )
2008 وجد أن 81% من وحدات التحكم المستندة إلى ET
(المجدولة تلقائياً وفقاً لبيانات (ET حققت توفيراً للمياه عندما تمت برمجة وحدات
التحكم بشكل فردي في كل موقع وفقا لتوصيات الشركة المصنعة.
تعتمد
الطريقة المعتمدة على ET تعتمد بشدة على (1) دقة المقدرة GET (2) بناء معامل محصول أفضل ( منحنى خلال موسم النمو باستخدام
معامل محصول فردي أو مزدوج أو نهج معايرة خاص بالموقع . (3) تقييم خصائص التربة
لتحديد قدرة التربة على الاحتفاظ بالمياه ، و (4) قياس هطول الأمطار الخاص
بالمواقع (ديفيس وديوكس 2010). إن تحسين دقة تقدير كل هذه المعلمات هو التحدي
الرئيسي للنهج القائم على ET-WB . وبالتالي لتقليل الخطأ التراكمي لتقدير
عجز المياه في التربة. التحدي الآخر لهذا النهج هو التباين المكاني والزماني على
نطاق واسع ET تقدیر. جودا وآخرون. (2008) وجدت أنه على
الرغم من أن يوميا ETتم تقديره بدقة بناء على بيانات
الاستشعار عن بعد، فإن الدقة المكانية والزمانية لهذه البيانات قد تحد من
استخدامها لرسم الخرائط المكانية ET التوزيع لأغراض جدولة الري ، ولا سيما على
مستوى الحقل 10-200 هكتار. ومع ذلك ، أظهر WB
15 القائم على ET-WB مزايا في بعض الحالات بسبب جدواها عندما .
يتم تنفيذ طريقة جدولة نظم المعلومات العلمية مقابل الخبرة لأول مرة خلال موسم
النمو ، فإن طريقة ET-WB سهلة التنفيذ نسبياً وثبت فعاليتها عند
بيانات الطقس الميدانية واقترحت منظمة الأغذية والزراعة منحنيات للمحصول متوفرة.
تظل
طريقة ET-WB مجدية حتى إذا كانت خصائص التربة غير معروفة
، باقتراض العجز المائي اليومي المتراكم في التربة المحسوب بواسطة ET يتم إخماد التقديرات في الوقت المناسب. على سبيل المثال، يمكن بدء
الري على فترات زمنية محددة (على سبيل المثال كل 3 أيام أو مرتين في الأسبوع)
لإخماد عجز مياه التربة المحسوب بواسطة ET
التقديرات جرابو وآخرون، 2013: ديفيس وآخرون. 2009). ومع ذلك، فإن إعادة شحن
التربة إلى نادي قد يزيد من خطر الترشيح إذا حدث هطول الأمطار في الأيام التي تلي
حدث الري مباشرة.
بفضل
سهولة الوصول إلى بيانات الطقس الميدانية ، فإن هذه الطريقة قابلة للتطبيق
في جميع أنحاء العالم ، وقد تم تطوير العديد من برامج
الري وأنظمة التحكم القائمة على ET لتسهيل الجدولة.
تطبيقات IS
تم تطوير بعض تطبيقات الكمبيوتر ،لمساعدة المهندسين
الزراعين من الحسابات الصعبة والحاجة إلى فهم علم
المعادلات . من بين هذه التطبيقات ، سيتم تسليط الضوء
على تطبيق SmartIrrigation . ترتبط هذه التطبيقات
بشكل صارم بجدولة الري ، أي توقيت الري وتحديد الكمية المناسبة.
تطبيق nSmartIrrigatio رائعة جدا حيث يتم تشغيلها على منصات الهواتف
الذكية. تم تطوير العديد من التطبيقات لنباتات مختلفة ،
مثل الحمضيات والعشب والفراولة والقطن والفوكادو والخضروات ، ولا تزال قيد التطوير
من أجل محاصيل أخرى ، مثل العنب وفول الصويا.
تتوفر هذه
التطبيقات على موقع الويب (Smart Irrigation Apps Group 2019) ، وقد تم إطلاق تطبيق nSmartIrrigatio لأول مرة في
عام 2013 وتم تطوير تطبيقات الحمضيات والعشب والفراولة في وقت قريب . تم تطوير
تطبيقات الري SmartIrigation استنادًا إلى نموذج توازن المياه ، باستخدام
بيانات الأرصاد الجوية ، ومعايير التربة ، وفينولوجيا المحاصيل ، ومعاملات
المحاصيل ، وتطبيقات الري لتقدير عجز المياه في منطقة الجذر .
ومن اهم ميزة هذا التطبيق انه يقوم بإعلام المستخدمين
عند الحاجة إلى الري وكمية المياه المراد تلقيها جنبًا إلى جنب مع المعايرة
والتحقق من الصحة والتقييم الميداني للنموذج المدمج في التطبيق.
تم الإبلاغ عن أن تطبيق الري الذكي للقطن القادر على
التنبؤ بمحتوى الماء في التربة بشكل معقول وعلى توفير المياه .
ولكن للاسف
الشديد هذه التطبيقات متاحة حاليًا فقط في فلوريدا وجورجيا وفقط لتلك المحاصيل
المزروعة في الحقول القريبة من محطات الأرصاد الجوية. بالنظر إلى التباين المكاني
في هطول الأمطار ، والمجموعة المحدودة من محطات الطقس ، فهي محدودة مكانيًا في وضع
جداول زمنية دقيقة.
إلى جانب تطبيق SmartIrigation ، تم تطبيق العديد من تطبيقات IS بنجاح.
باستخدام نهج معامل المحاصيل المزدوج.
معلومات لجدولة الري بسرعة. استخدام ميزان مائي قصير
الأجل يمكن تعديله وفقًا للاتجاهات المقاسة ،برنامج Washingto - وير .
يتيح سهولة الوصول إلى قيم ET من محطات نظام طقس الزراعة العامة.
في 2006 بالتحديد في ولاية واشنطن تم اختراع تطبيق
الإنترنت لقرار ري سابق قائم على الكمبيوتر الشخصي. - صنع برنامج يعتمد أساسًا على
ET وطريقة
توازن المياه. قدم على شبكة الإ نترنت. AQUAMAN ، لمساعدة مزارعي الفول
السوداني الأسترالي لجدولة الري .
وفي عام 2015 تم تطوير تطبيقًا للهواتف الذكية لتوسيع
استخدام جدولة الري بالمياه لنظام التطبيق الفعال ، طورتها ولاية كولورادو.
التنوع. بيريا وآخرون. قام (2017) بتطوير تطبيق متعدد
المنصات (IrriFresa) لجدولة دقيقة للري
والتي تتجاوز اتباع طريقة
CWSI التقليدية ثلاث قواعد أخرى:
(1) لا يلزم الري ما دام
CWSI يظهر اتجاه تنازلي
(2)
يجب إيقاف الري إذا كان الجواب لا يحدث انخفاض ملحوظ في
CWSI بعد عدة متتالية أحداث الري التي تتجاوز قدرة التربة
على الاحتفاظ بالمياه .
(3)
لا يلزم الري إذا كان الطلب التبخيري منخفضًا جدًا. أسروش وآخرون
(2015) أن طريقة CWSI-DT المقترحة
كانت قادرة على تجنب إشارات الإجهاد الخاطئة الناجمة عن تأثير الرياح ، واطلاق
النار النمو ، أو عوامل أخرى غير مرغوب فيها ، ولتقليل التأثير بسبب الظروف الجوية
المؤقتة ، إلى جانب الظروف المرتبطة بتركيب مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
وقياسه أخطاء تم التنفيس المسبق أيضًا عن إشارات الإجهاد الخاطئة في بداية الموسم
بمساعدة تقنيات التصوير الحراري أو تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء ،
تم استخدام طريقة CWSI لمراقبة
الإجهاد المائي المكاني والدقيق للمحاصيل
(Bellvert et al. 2016 ؛ O’Shaughnessy et al. 2011) ثم
جدولة ري متغير في مناطق مختلفة من الميدان.
·
أدى
اندماج التصوير الحراري والمرئي إلى تحسين دقة CWSI من
خلال حساب تأثيرات خلفية التربة على درجة الحرارة المؤكدة (Möller
et al.2006).
·
تم تطوير
2D-CWSI بواسطة تيلنج وآخرون (2007) بناءً على
مؤشر درجة حرارة الغطاء النباتي (VIT) شبه
منحرف(موران وآخرون 1994) سمح لتطبيق CWSI إلى
الحقول المغطاة جزئيا.
Temperature Stress Day Method
تعتمد طريقة TSD على
الفرق بين المجهد وغير مجهدة T ° ج من
محصول معين (Clawson and Blad 1982 جاردنر
وآخرون1981)
على
الرغم من أنه يتأثر بسهولة أكبر بعض العوامل البيئية (مثل الرطوبة)
(Clawson et al. 1989) ، نظرًا
لبساطتها ، تم تطبيق مؤشرات TSD في عدد من
الدراسات الحديثة (DeJonge et al. 2015 ؛
Taghvaeian et al. 2014). تغفايان وآخرون (2014) قام بتقييم مؤشر
TSD البسيط ، و درجات فوق غير مجهدة (DANS) ، والتي تمثل الفرق بين درجات الحرارة
المجهدة وغير المجهدة في المظلة.
تم
تطبيق DANS على زهور
عباد الشمس (Helianthus annuus L) ترتبط
ارتباطًا وثيقًا بالعديد من معلمات المحاصيل ، بما في ذلك جزء من الإشعاع النشط
ضوئيًا المعترض (fIPAR) ، مؤشر مساحة الورقة (LAI) ، وإمكانات ماء الأوراق ، ونمو الجذور.
وفقًا لذلك ، تم اقتراح وجود مؤشر
DANS بسيط يعتمد فقط على T ° c ويتم
تقديرها بطرح بسيط ، يمكن استخدامها بشكل فعال مثل CWSI في
مراقبة حالة مياه النبات وبالتالي في جدولة سقي عباد الشمس في المناطق (الجافة /
شبه الجافة).
DeJonge et al (2015) قام
بتقييم ستة على أساس درجة حرارة المظلة مؤشرات الإجهاد المائي ، بما في ذلك ثلاثة
مؤشرات سبق اقتراحها (CWSI ، DANS
و TTT) ، وثلاثة تم تقديمها حديثًا: درجات فوق
الحرجة درجة الحرارة (DACT ؛ درجة
الحرارة الحرجة تعادل درجة الحرارة العتبة المحددة في طريقة TTT) ، و DANS
(IDANS) المتكامل ، و DACT
(IDACT) المتكاملة.
أظهرت
تجربتهم أن الأمر بسيط تم إنشاء المؤشرات ، DANS و
DACT ، وبدائلها
المتكاملة تمثيلات مماثلة لحالة المياه مثل CWSI ، ولكن مع عدد أقل المعلمات نظرًا لبساطتها
، فمن المحتمل أن تكون طريقة TSD اعتمدها
المزارعون في جدولة الري لبعض المحاصيل في بعض المناطق.
Model-Based IS
·
تقتصر طرق نظم المعلومات
القائمة على النموذج التي تمت مراجعتها على تلك التي تميل إلى تحديد توقيت الري
وكميته لنوع معين بدلاً من تحديد توزيع مصادر إعادة المياه للعديد من الحقول أو
المحاصيل
·
يتم تلخيص طرق
IS المستندة إلى النموذج واستخدام النماذج القائمة على
العمليات ونماذج الانحدار.
·
الري
مجدول باستخدام نتائج محاكاة من نموذج قائم على العملية.
·
من أجل
الانحدار النماذج ، يتم جدولة الري باستخدام خوارزميات محسنة مبنية عليها معادلة
توازن الماء في التربة.
Process-Based Models
·
باستخدام
طرق IS المذكورة
سابقًا ، يمكن أن تكون الجدولة تتم على أساس استجابات المحاصيل / النبات لـ Θ ، وبالتالي فهي كذلك تخضع لتأثير الغلاف
الجوي ، ومراحل نمو المحصول ونوع التربة وما إلى ذلك.
·
للحصول على جدول ري أكثر دقة
وقابلية للتعليق ، نماذج قائمة على دراسة نظرية عملية نمو المحصول مع الأخذ في
الاعتبار تأثيرات نظام التربة للمحاصيل والغلاف الجوي بطريقة شاملة تم اختبارها.
·
من بين
هذه النماذج ، أداة تقييم التربة والمياه (SWAT) ، تم تمييز نماذج CROPWAT و
AquaCrop و RZWQM2 بتنسيق
هذا الاستعراض.
·
يمكن لهذه النماذج ، بعد
المعايرة المناسبة ، محاكاة استجابات المحاصيل بشكل دقيق للظروف الجوية والتربة
المتغيرة وسيناريوهات الإدارة ، على سبيل المثال ، منطقة الجذر المياه نموذج
الجودة (RZWQM2) .
·
نظرًا لأن هذه النماذج تساهم
في التحقيق في إعادة رعاية المحاصيل لأنظمة إدارة الري المختلفة ، فإنها في
المقابل الاستفادة من جدولة الري.
·
النماذج القائمة على العمليات
تستخدم بشكل شائع لتخطيط الري ولكن ليس لصنع القرار في الوقت الفعلي. لملء هذه
الفجوة ، Gu et al (2017) طور
برنامجًا ناعمًا ، IrrSch ، لتحديد توقيت الري وكميته بناءً على قام
RZWQM2 بمحاكاة الإجهاد المائي للنبات ونظام مياه التربة.
·
تم اعتماد
البرمجيات ، جنبًا إلى جنب مع أجهزة التحكم في الري في تجربة ميدانية جارية
لاختبار جدواها في الوقت الفعلي جدولة ري القطن Chen et
al( 2019).
·
يمكن
جدولة أحداث الري على غرار SWAT إما:
1. بواسطة المستخدم - من خلال
توفير مدخلات لتواريخ التطبيق والمبالغ وكفاءات التطبيق .
2. بواسطة وحدة الري
الأوتوماتيكية (Arnold et al. 1998 ؛
Neitsch وآخرون. 2011) ، حيث يتم الري إما بواسطة الماء عتبة
الإجهاد أو عتبة عجز المياه في التربة التي يحددها المستخدم.
·
يتم حساب
كمية الماء المطبقة لتجديد الجذر تربة المنطقة إلى fc (على
الرغم من اقتراح كمية أقل لتجنب الترشيح المستمر إذا حدث هطول الأمطار في الأيام
التالية) أو جزء منه للري الناقص. يحسب نموذج SWAT الإجهاد
المائي من خلال مقارنة النتح الفعلي والمحتمل للنبات (تا ، تبوت ، على التوالي).
·
النتح هو
إما محاكاة طريقة Penman-Monteith أو مشتقة
كدالة خطية للتبخر المحتمل للنتح (ETpot) و
LAI) (Neitsch et al. 2011 Sun و(رين
2014).
·
كل من صن
ورين (2014) وماير وديتريش وجد (2016) أنه عند استخدامه لجدولة الري ، فإن
SWAT نموذج بالغ في تقدير كمية الري المطلوبة باستمرار
لذلك فإن دقة النموذج في التحكم الآلي في الري يحتاج إلى تحسين.
·
تم تطويره
من قبل قسم تنمية الأراضي والمياه في منظمة الأغذية والزراعة ،
CROPWAT هو برنامج كمبيوتر لحساب مياه المحاصيل ومتطلبات الري
من البيانات المناخية والمحاصيل (Smith 1992 ؛ ساففا
وفرينكن 2002).
·
يستخدم
CROPWAT ما هو جوهريًا طريقة ET-WB ، جنبًا إلى جنب مع القدرة على التنبؤ
انخفاض الغلة بسبب الإجهاد المائي (Doorenbos and Kassam 1979).
·
لجدولة الري يتطلب
CROPWAT بيانات مناخية (درجة الحرارة ، والرطوبة النسبية ،
وسرعة الرياح ، وساعات سطوع الشمس ، وهطول الأمطار) ، بيانات المحاصيل (تاريخ
الزراعة ، منحنى Kc ، عمق التجذير على اختلاف مراحل النمو ،
ومستوى النضوب المسموح به ، وعامل استجابة الغلة
Ky) ، جنبًا
إلى جنب مع بيانات التربة (إجمالي مياه التربة المتاحة المحتوى ، استنفاد مياه
التربة الأولي).
·
الري تحت
CROPWAT يمكن أن يتم تشغيله بواسطة عتبة ، على فترات زمنية
محددة ، عن طريق كمية المياه المستنفدة المستنفدة من قبل مسبار الملغومة ، أو عن طريق
تقليل ET.
·
عمق الماء
المطبق هو المقدار المراد إرجاعه إلى fc أو إليه
مستوى ثابت أسفل أو أعلى من fc خلاف ذلك
، التجديد وفقًا لتقدير المستخدم في أحدث إصدار من CROPWAT.
تستند جميع الحسابات الى مطبوعات منظمة الاغذيه والزراعة
لسلسلة الري والصرف وذلك لاصدار(8.0)
على محاكاة جدولة الري الناقص..CROPWATتم تصميم
قدرة بواسطة سميث واخرون
كما تم تصميم هذه القدره بواسطة علماء اخرون على
اعتبارات مختلفه .يمكن جدولة احداث الري عن
طريق
1-تحديد وقت وعمق كل تطبيق يدويا
2-تطوير النموزج تلقائيا لجدول زمني بنسبه مئويه ثابته
لاستنفاذ لمياه المسموح بها في منطقه الجزر
طريقة جدولة أحداث الري
AQUAACROPوذلك باستخدام نموزج
والذي يعتمد على سلسله طويله من البيانات المناخيه
حيث يحسن وتيرة الري خلال مراحل نمو المحاصيل الحساسه
بناءٍ علي سمات تنمية المحاصيل ثم انشاء مخطط ري مبسط يمكن قرائته للمزارعين ويكون
مبسط بحيث يشير الى وتيرة الري خلال مرحاة نمو المحاصيل الحرجه
ومن النمازج المستخدمه في جدولة الري
1-نموزج احادي البعد ومع التركيز على تأثيرات الادارة على الدورة
الهيدرولوجية وجودة المياه وجودة المياه وانتاج المحاصيل والحراره والماء ويوفر
بيانات مناخيه ثم رصدها ميدانيا والتنبؤ عبر النترنت باستخدام برنامج قامو بتطويره
2-نموزج ميكانيكي احادي البعد لنظام التربه والنبات
والغلاف الجوي وهو قادر علي تقييم اثار تغير المناخ علي الطلب المستقبلي على الري
وبالتالي تسهيل تطوير المستخدم لاستراتيجيات التكيف
ISقبل تطبيق النمازج القائمه على عمليات
يجب معايرتها وبالتالي هناك الحاجه الى قياسات ميدانيه
تاريخيه حيث تعتمد علي دقة النموزج نفسه وجودة المعايره حيث قد تستمد توقيتا وكميه
خاطئه لري حقل ما خاصة عندما تحدث احداث هطول امطار زيرة بعد الري بفترة وزيجه حيث
يجب تحديث حالة مياه المحصول بمجرد تسجيل بيانات الطقس الحاليه نمازج الانحدار
اقترح بعض العلماء نمازج لتقليل الحجم الكلي للري خلال
موسم النمو بأكمله حيث تم اخضاع مشكله (التحكم الامثل لوظيفه توازن مياه التربه
,الحد الادني للقيود والحد الاقصى للمقدار )ومع ذلك تتطلب هذه الخوارزميات بيانات
طقس واللتي لايمكن التنبؤ بها وقد تؤدي الي فشل الطريقه المقترحة للتغلب على هذه
المشكلة
زاد من تحسين تخطيط الري من خلال تطبيق تقنيات التحكم
التنبئي النموزجي حيث تمت اعادة حساب مشكلة التحكم الامثل بشكل متكرر في كل فتره
زمنية من خلال متغيرات النظام المقاسه لغرض التحكم في الوقت الحقيقي MPCفي عام (2013)تم تطويروحدة
(Tsang&jim)تم استخدام بيانات الطقس فقط بمحاكاة على التنبؤ
استناداٍ الى اربعة متغيرات طقس يوميه ANNتم تدريب شبكة بينما عملت
الشبكه الضبابيه على تحديد توقيت الري وعمقه
ثم تم استخدام الكمبيوترالمحمول لتشغيل خوارزميات الزكاء
الاصطناعي ونقل اشارات التحكم في الوقت الفعلي الي جهاز التحكم في
الري لحساب قرارات الري المناسبه معANFIS,PLSRاستخدم برنامج
التعلم الالى مراعاة خصائص الطقس والمحاصيل والتربه الى جانب القياسات
الميدانيه من مستشعرات التربة
.في عام(2017)طبق نجوين واخرون خوارزمية مستعمرة النمل
للبحث عن جدول مثالي لتعظيم العائد الصافي لمحصول واحد
.يعد تطوير تلك البرامج واجهزة التحكم اللتي تتعامل مع
نمازج خوارزميات الانحدار امرا صعبا ولكنه مدفوع بالقيمه التجاريه في الوقت الفعلي
مزايا وعيوب مناهج نظم المعلومات
لكل من الانواع الاربعه من اساليب نظم المعلومات مزاياها
وعيوبها ,فهي فعاله في بعض الظروف ولكنها تقدم نتائج اق مثاليه في بعض المجالات
عندما لاتكون مناسبه او تعمل بشكل جيد
قدمت الطرق القائمه على قرائات مسبار النيوترون نتيجه
مماثله للطرق الي
EI,WBمن حيث استهلاك المياه مع الحفاظ على اشجار التفاح خاليه
من الاجهاد المائي وبالنظر الي خصائصها كونها اقتصاديه وسهلة التنفيذ ودقيقه الي
حد ما فقد تم التوصل الي ان الطرق المستنده
EI,WB كانت الخيار
الامثل بين هذه الطرق
EI,WBمن شروط تنفيذ الساليب المستنده الي
يجب ان تكون بيانات الغلالف الجوي متاحه ويمكن تطبيقها
الطرق المعمده علي النبات تحتاج الي اجهزه استشعار
وانظمة مراقبه ليتم تركيبها
ويعد تركيب اجهزه الاستشعار ونظام المراقبه في الحقل
امرا شاقا للمزارعين لذلك يفضلون تجهيز انفسهم بمقايس حراره تعمل بالاشعه تحت
الحمراء على نظام الري المحوري
ويجب ان يكون نهج ISمناسبا للظروف المحدده في
متناول اليد
ونجدر بالاشاره الي ان كل الطرق المستنده الي ET-WBوالطريقه
المستنده الي النموزج تحتاج فقط الي بيانات الطقس في الموقع عند التشغيل
في الختام يسعي نظام جدولة الري الي المحافظة علي مستوي
رطوبه معقول لنمو المحاصيل وتلبية
تطبيقات نظم المعلومات
1_المستندة
إلى المحتوي الرطوبي
تم
تطويره بواسطة دائرة البحوث الزراعية التابعة لوزارة الزراعة بالولايات المتحدة (USDA-ARS) وجامعة جورجيا على أساس 25 عاماً من البيانات حول إدارة الري
التي تراعي الحفظ وهو نظام خبير مصمم
لتقديم توصيات جدولة الري بناء على قياسات التربة مثل التربة igator Pro ودرجة حرارة التربة. يقتصر على ثلاثة محاصيل - الفول
السوداني والذرة والقطن - يسعى النظام إلى الحفاظ على درجات حرارة التربة
و ضمن نطاقاتها المثلى وفقا للمبادئ الموضحه بتشغيل الري في واحد أو أكثر من هذه
الحالات.
.1 التربة الجافة ،
2.
الإجهاد الحراري ، عندما تصل درجة الحرارة القصوى للتربة منذ آخر حدث ري (مطر أو
ري) إلى الحد الأقصى المسموح به
3.
عند الوصول إلى مرحلة نمو محصول معينة . يتم تطبيق الري حتى. AWC(حد المحتوي المائي المتاح ف التربه ) حتي تصل إلى الحد الأقصى
لنوع تربة الحقل.
2_المستندة إلى النبات IS(جدوله الري)
بدلاً
من استخدام 0 المحتوي الرطوبي لجدولة الري
. تستخدم أساليب نظم المعلومات القائمة على النبات. المؤشرات تعتمد طرق Is(جدوله
الري) المستندة إلى النبات على العلاقة بين الإجهاد المائي للمحاصيل وعجز مياه
التربة.
وفقاً لذلك،
يمكن استخدامها لتحديد المستوى الأمثل لنمو المحاصيل. نظراً لاختلاف الحساسية تجاه
عجز المياه بين الأنواع النباتية المختلفة والأنسجة النباتية والمراحل الفينولوجية
للمحاصيل.
فقد تم اقتراح مجموعة واسعة من قياسات الإجهاد المستندة إلى النبات
باعتبارها وثيقة الصلة بجدولة الري.
وجدت فئتين رئيسيتين:
1_المستندة
إلى حالة المياه النباتية.
(أ)-
القياسات المباشرة لإمكانات الأوراق / النسيج الخشبي / الساق.
(ب) والقياسات غير المباشرة لسماكة الورقة ، وتغير قطر الساق والفاكهة ،
وضغط التمزق
2_
تلك التي تعتمد على فسيولوجيا النبات - قياسات تدفق النسخ ، تجويف الخشب ، التوصيل
الثغري، والاستشعار الحراري يعتمد برنامج الري الفعال المستند إلى النباتات على ما
إذا كان أي قياس سيتم إجراؤه حسّاساً بدرجة كافية لتقييم عجز المياه بشكل صحيح
للنبات.
يوم الاجهاد الحراريTSD
يوم الإجهاد الحراري ((TSDواحدة من كبرى تحديات الطرق القائمة على درجة
حرارة المظلة هى الصبغ النهارى والتى تتبع عادة نمط الموجة الجيبية والتحقق من ذلك
فإن °Tيمكن إستخدامها للإشارة إلى الإجهاد
المائى للنبات مقارنة °Tمع منتصف النهار وجدت أن أوراق المياة
المحتملة فى حالة جيدة على الرغم من قياس °Tعدة مرات
خلال النهار وحساب متوسط CWSI ومع ذلك بالنسبة لتلك الطرق التى تتطلب
قياسات زمنية على سبيل المثال طريقه TTT.
فى معظم الحالات لا يكون عمق الرى المحسوب مهما لأن نظام التحكم لن ينهى الري حتى
يعود مؤشر إجهاد النبات المقاس إلى النطاق المطلوب لحساب تأخر محتمل فى الاستجابة
لبعض المحاصيل يمكن تطبيق عمق ثابت للري.
. طريقه درجة الحرارة والوقت والعتبة
تعمل طريقه TTT على تشغيل الرى فقط عندما يتجاوز المحصول الفترة الزمنية الملغومة
خلال يوم واحد .يتم تطبيق كمية المياة حسب المحلية اليومية ETعلى سبيل المثال . اقترح أن 30مم ماء تعادل ثلاث مرات ذروتها يوميا
على الذرة عندما يكون الوقت المتراكم اليومى لدرجة الحرارة أعلى من 28°. تم تقييم
طريقة TTT فى عدد من المناسبات وتم الإبلاغ عنها
لإظهار وعد لجدولة الرى التلقائى وهى طريقة سهلة التطبيق لأنها تحتاج فقط إلى °T،ومع ذلك يمكن أن يكون غير دقيق لأن درجة الحرارة المظلة يمكن أن
تتأثر درجة حرارة الحرارة المحيطة على سبيل المثال °Tيمكن أن يكون منتشى فى يوم حار حتى لو كان المحصول يسقى جيدا علاوة
على ذلك فإن طريقة TTT تأخذ بعين الاعتبار فقط فى درجة حرارة
المظلة والوقت الذى تم فئة تجاوز الحد الأدنى .
. طريقه مؤشر الإجهاد المائى للمحاصيل
تقوم طريقة مؤشر الإجهاد المائى
المحصول ((CWSI لجدولة الرى على أساس الإجهاد المائى
من المحصول للحصول على °Tوبخار الغلاف الجوي يتم حساب CWSI من العلاقة
5.D1=max(°Tc-°Ta
أقصى ضغط خط الأساس
D2=max(°Tc-Ta)6. محصول جيد الرى خط الأساس لاإجهاد مائى
.أين°Tأهى درجة
حرارة الهواء أو درجة الحرارة المظلةوخطوط الأساس والتى عادة ما تكون دالة خطية لVPD تستخدم لتمثيل تأثير VPD
يكون CWSI قريب من الصفر عندما يتم رى المحصول جيدا
ويقترب من 1.0 حيث يصبح الأجهاد المائى أكثر حدة.
. تستخدم هذه الطرق عادة لتحديد توقيت
الرى من خلال تقييم CWSI تحت معالجات الرى المختلفة ،وتم الحصول على
علاجات مجهدة وغير مجهدة بالكامل.تم تعيين عتبة CWSI
من قبل المستخدمين ويمكن أن تعمل على إطلاق الرى بإستخدام الاستشعار الحرارى °T.دقة خطوط الأساس هى مفتاح هذة الطريقة .
تم العثور على ثلاث طرق فى الأدبيات
للحصول على درجات الحرارة خط الأساس لتحديد CWSI -idsoو idsoحددت خطوط الأساس بإستخدام علاقة خطية
تجريبية.
على الرغم من أن تعريف idsoالتجربيى لخطوط الاساس CWSI ليس دقيقا مثل التعريفين الآخرين فقد تم تبينية بشكل عام من قبل مجتمع
الرى نظراً لأن درجة حرارة الأوراق تنقلب بسرعة مع التغيرات في الإشعاع وسرعة
الرياح ودرجة حرارة الهواء فإن درجة حرارة خط الأساس فى CWSI تتأثر بالتغيرات البئية تحت بيئة أكثر رطوبة.
تم اقتراح طريقة عتبة CWSI الزمنية ((CWSI
-TT للتغلب على الحد الذي
يجب قياس CWSI بالقرب من وقت الظهيرة الشمسية أو بعدة
فترة وجيزة وفى ظل ظروف خالية من السحب على غرار طريقه TTT.تقوم طريقة CWSI
-TT بتشغيل الرى عندما
تتجاوز قيمة CWSI الملاحظة لفترة أطول من الحد الزمنى مقارنة
بالرى اليدوى،أثبتت طريقة CWSI
-TT أنها أكثر فاعلية فى
جدولة رى حبوب الذرة الرفيعة.
الإحتياجات المائية للنباتات
_العوامل التي تؤخد في الاعتبار عند جدولة الري:
في دراسة اجريت في حديقة ابحاث الري بجامعة جورجيا تم
فيها مقارنة اساليب وطرق الري لمحصول القطن ومعالجته بطريقه بعليه صارمه وجدوا انه
في العام الرطب ادت طرق الجدوله الي انخفاض كبير في العائد وكفاءة استخدام المياه
من الري البعلي؛ تشير هذه الدراسه انه بالرغم من الاجهاد المائي الذي تعرض له
النبات (القطن) هناك ظواهر حفزت علي نموه، بالمثل عند ري القطن اول ريه بمجرد حدوث
اول مرحلة تصدع للتربه كان الري تطبيق لإعادة التربه الي اقصي محتوي رطوبه فعلي
متاح تم تطبيق المزيد من الري لبقية الموسم وتعزيز الازهار ومنع تعفن البذور
والحفاظ علي المحصول وتحقيق اكبر انتاجيه.
_وبالتعمق في الانواع الاربعه من جدولة الري وجد انها
تعتمد علي رطوبة التربه حيث انها تعمل كجسر اتصال بين طرق الري ومياه المحاصيل
اللازمه لنموه، بمعني اخر لتحسين نمو المحاصيل وتوفير المياه تهدف طرق ادارة الري
الي الوصول لمستوي رطوبي معين حيث يمكن ضمان نمو المحاصيل مع تحسين كفاءة استخدام
مياه الري ولتحقيق ذلك يجب تنفيذ ثلاث نقاط:
1_نحدد مستوي رطوبة التربه الذي يعزز نمو المحاصيل طوال
الموسم وتحديد مراحل النمو المختلفه من
خلال تطبيق معالجة الري المختلفه من خلال تطبيق طرق الري
المختلفه في الحقل قبل استخدام طرق الري التي تعتمد علي الرطوبه، علي سبيل المثال
عند استخدام مؤشرات الاجهاد المائي يتم تعريف الحد الادني للرطوبه علي انه مكان
الماء في التربه او مقدار الرطوبه عند السعه الحقليه.
2_تقدير رطوبة التربه الفعليه بشكل صحيح باستخدام القيمه
المستنتجه من قياس المستشعر في تحديد قيم الرطوبه من خلال الاساليب النباتيه او من
خلال طريقة البخر نتح .
3_استخدام كمية المياه الدقيقه لوصول التربه الي مستوي
الرطوبه المناسب لها ويتحقق ذلك بتكرار الري بحيث لايكون المحصول تحت ضغط الاجهاد
المائي ولا المبالغه في الري ستكون عملية تكرار الري اعلي عندما تكون كمية الري في
كلا منهما يحدث لها تصرف.
في العموم لجدولة الري المناسب يجب النظر في العوامل بما
في ذلك الطقس وخصائص التربه ونمو المحاصيل وتستخدم طريقة البخر نتح لتحديد كمية
المياه التي توجد في التربه من خلال النبات لتحقيق التوازن حيث ان الهدف هو قيمه
عامه تقدمها منظمة الاغذيه والزراعه دون مراعاة الظروف الخاصه بالموقع وفقا لذلك
يمكن ان تتراكم اخطاء تقدير تؤدي للري الخاطئ.
تستخدم الطرق المستنده الي رطوبة التربه او خصائص النبات
علي حد سواء للمستوي المستهدف وتم تطوير هذا من خلال الدراسات والنظر الي خصائص
النبات، وتقدر الرطوبه باستخدام القيمه المقاسه وبالتالي تجنب الخطاء التراكمي
ولكن بدرجه عاليه تعتمد علي موثوقية ودقة القياسات ومع ذلك يظل المستوي المستهدف
دون تغير خلال موسم النمو دون الاستجابه لظروف الطقس المختلفه ونمو المحاصيل، ومع
ذلك يجب مراعاة العديد من العوامل لذلك يمكن للنماذج الفشل في تقدير المحتوي
المائي الفعلي بدقه بسبب الخطاء المتراكم خلال موسم النمو.
لجدولة الري بشكل افضل يجب اخد العوامل المذكوره في
الاعتبار عند تحديد المستوي المستهدف وهناك حاجه الي تقدير دقيق للمحتوي المائي
الفعلي وضغط الماء يمثل طرق متقدمه لتحديد قيم الهدف المناسبة
باستخدام اكثر دقه او علي الاقل معايره بشكل جيد.
يمكن تقدير تقدير اجهاد النبات والوقت الفعلي بدقه علي
الرغم من انه يمكن تعزيز هذه الدقه عندما يكون
استخدام بعض القياسات عند تحديد عمق الري، تنبؤات الطقس
هي ايضا من العوامل الهامه ويجب تجنب الجريان السطحي او التسرب العميق ينبغي ان
يكون بيانات هطول الامطار المتوقعه قابله للتحديث، يسمح بتخزين الامطار في منطقة
الجذر من خلال عدم الري بشكل كامل الي السعه الحقليه مما يؤدي الي انخفاض محتوي
التربه والمياه اثناء فترات انخفاض هطول الامطار وبالتالي تؤثر علي جودة النبات،
هطول الامطار في غضون ايام قليله بعد الري يجعل الري اكثر كفاءة لانه سيتم تجنب
الترشيح العميق.
علي الرغم من ان نظم جدولة الري تستخدم علي نطاق واسع
بما في ذلك سهولة الاستخدام والاقتصاديه
وقيود توافر المياه او متطلبات ترشيح الاملاح لم تؤخد في
الاعتبار عند تطور هذه الانظمه علي سبيل المثال
نظرا لان الملح قد يرتفع من طبقات التربه العميقه او
ينشأ في مياه الري ذات النوعيه الرديئه يمكن ان الري
بالرش يستخدم خلال او بين مواسم الزراعه لحساب العمق
المطلوب لكل حدث ري لترشيح الاملاح خارح
منطقة الجذور.
الإستنتاجات ووجهات النظر في نظام جدولة الري
تتم مراجعة طرق جدولة الرى لتحسين نمو المحاصيل. يتم
تلخيص هذه الطرق وتصنيفها إلى عملية البخر
نتح والرطوبه القائمه علي النباتات والنماذج فجميع انواع الطرق قادرة علي جدولة
الري بنجاح عند تشغيلها بشكل صحيح مع المزيد من التطبيقات اللازمه لنظام جدولة
الري تم تطوير الادوات (البرامج ووحدات التحكم) لتسهيل عملية اتخاذ القرار ومع ذلك
يجب ان تتوصل اساليب نظم المعلومات الي حل وسط بين قابلية التطبيق العملي والدقه
وقابلية التعميم يمكن استخدام طريقة البخر نتح علي نطاق واسع بغض النظر
عن الظروف الميدانيه علي سبيل المثال التربه ونمو
المحاصيل طالما ان بيانات الطقس متوفره رغم انها عملية
مع المبادئ التوجيهيه المقدمه من منظمه التغذيه والزراعه
غير دقيقه للغايه في ظل الظروف الخاصة بالموقع خاصة عندما يتراكم خطأ التقديرات
اليوميه للرطوبه والطرق القائمه علي النبات شائعه ودقيقه عندما يكون القياس قابل
للتطبيق ولكنها اقل عمليه.
تحسين كفائة نظم المعلومات
يعتمدتحسين كفاءة نظم المعلومات على
فهمنا لاستجابات نمو المحاصيل للمياه ؛ وبالتالي ،
ينبغيتعزيز الدراسات المتعلقة بفينولوجيا
المحاصيل والاستجابات لمختلف العوامل في نظام التربة
يجب أن ، ("IS انظر
قسم "العوامل المدروسة في ) IS
في Θ
والمحاصيلوالغلاف الجوي. نظراً لأهمية
بناء على فهم متقدم لتأثيرها على نمو ، Θ يركزتطوير
طرق جدولة أكثر فاعلية على التحكم في
عتبة الإجهاد المائي بواسطة
/ Θ ومحددّ
جيداً Θ
المحاصيل.من خلال تقدير دقيق للوقت الفعلي
النموذج ،بالإضافة إلى بيانات التنبؤ
بالطقس والتغذية المرتدة المقاسة إذا كانت متوفرة ، يمكن
للنموذجالقائم على العملية أن ينتج نظام
ري أفضل من حيث توفير المياه ونمو النبات المناسب. عند
عرضتطوير وتطبيق الخوارزميات الذكية ، قد
تحقق نمذجة نظام التربة والمحاصيل والغلاف الجوي
الزراعيةتطورا على النماذج القائمة على
العمليات التقليدية وتؤدي إلى جدولة ري أكثر فعالية. يجب
دفعهذه الأساليب القائمة على نماذج
الانحدار إلى الأمام للتكامل مع البرامج أو أنظمة دعم القرار
لغرضالتشغيل في الوقت الحقيقي. أخيراً
وليس آخراً ، يجب تطوير المعدات الأقل تكلفة (مثل أجهزة
الاستشعارومحطة الطقس) بحيث تكون في
متناول المزارعين. علاوة على ذلك ، يجب تحسين إمكانية
الوصولإلى بيانات الطقس التاريخية
والمتوقعة على الإنترنت ، لا سيما في البلدان النامية. يجب دفع
هذهالأساليب القائمة على نماذج الانحدار
إلى الأمام للتكامل مع البرامج أو أنظمة دعم القرار لغرض
التشغيلفي الوقت الحقيقي. أخيراً وليس
آخراً ، يجب تطوير المعدات الأقل تكلفة (مثل أجهزة
الاستشعارومحطة الطقس) بحيث تكون في
متناول المزارعين. علاوة على ذلك ، يجب تحسين إمكانية
الوصولإلى بيانات الطقس التاريخية
والمتوقعة على الإنترنت ، لا سيما في البلدان النامية. يجب دفع
هذهالأساليب القائمة على نماذج الانحدار
إلى الأمام للتكامل مع البرامج أو أنظمة دعم القرار لغرض
التشغيلفي الوقت الحقيقي. أخيراً وليس
آخراً ، يجب تطوير المعدات الأقل تكلفة (مثل أجهزة
الاستشعارومحطة الطقس) بحيث تكون في
متناول المزارعين. علاوة على ذلك ، يجب تحسين إمكانية
الوصولإلى
بيانات الطقس التاريخية والمتوقعة على الإنترنت ، لا سيما في البلدان النامية.
الرموز
AWC = محتوي التربة الفعلي المتاح
AWCth = حد المحتوي المائي المتاح في
التربة
Dr = الرطوبة في عمق منطقة الجذر
Dالحد الاقصي لخط الاساس للاجھاد المائي
للمحاصیل = 1
ETc = تبخر نتح المحاصیل
ETpot = التبخر المحتمل
ETالتبخر المرجعي = 0
IS = جدولة الري
K c = معامل المحصول
LAI = مؤشر معامل الورقة
Lr = معامل ترشیح الملح
Ta = النتح الفعلي للنبات
Tpot = النتح المحتمل للنبات
T°
a = درجة حرارة الھواء
T°
c = درجة حرارة الظل
T°
th = مؤشر حرارة الظل
tth = مؤشر او منحي الوقت
VPD = عجز ضغط البخار الجوي
Θ = رطوبة التربة
θa = المحتوي
المائي الفعلي للتربة
θfc = رطوبة التربة
عند السعة الحقلیة
θpwp = رطوبة
التربة عند نقطة الذبول
θth= مؤشر رطوبة
التربة
ψm = محتویات
التربة
محتویات ماء الورقة
ψleaf =
تعليقات