حلول إنترنت الأشياء (IoT) لزيادة الكفاءة والاستدامة في الزراعة

ما هو إنترنت الأشياء (IoT)

يشير مصطلح "إنترنت الأشياء" أو (IoT) إلى شبكة عالمية من الأجهزة المترابطة التي يمكنها جمع البيانات وتبادلها في الوقت الفعلي باستخدام مستشعرات مدمجة. ظهر مفهوم إنترنت الأشياء لأول مرة في خطاب ألقاه بيتر تي. لويس عام 1985، وتم تقديم المصطلح نفسه لأول مرة عام 1999 على يد المفكر البريطاني كيفن أشتون. يمكن أن يصف مصطلح "شيء" مجموعة واسعة من الأجهزة، بدءًا من الأجهزة المنزلية الذكية (مثل التلفزيون أو كاميرا المراقبة) وصولًا إلى الشخص الذي لديه جهاز تنظيم ضربات القلب. تشمل تطبيقات إنترنت الأشياء: المنازل والمدن الذكية، والرعاية الصحية، والزراعة، والخدمات اللوجستية، والصناعة التحويلية، وغيرها الكثير.

إنترنت الأشياء (IoT) في الزراعة

تُعتبر الزراعة أحد القطاعات التي يُتوقع أن تتأثر بشكل كبير بتطورات إنترنت الأشياء. يستخدم مصطلح "الزراعة الذكية" بشكل أساسي للتمييز بين تطبيقات حلول إنترنت الأشياء في المجال الزراعي. يتزايد تبني حلول إنترنت الأشياء في الزراعة بشكل مستمر. تهدف ممارسات الزراعة الذكية إلى مساعدة المزارعين حول العالم في مراقبة حقول المحاصيل باستخدام المستشعرات، والطائرات بدون طيار، والروبوتات، والأجهزة الذكية التي يمكنها جمع البيانات وتحليلها لتحسين الممارسات الزراعية. ترتبط كل هذه الأجهزة بإنترنت الأشياء، وباستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي، يمكن استخدام تحليل بيانات إنترنت الأشياء ("البيانات الضخمة") لأتمتة العمليات، والتنبؤ بالمواقف، وتحسين العديد من الأنشطة، حتى في الوقت الفعلي.

كيف يُستخدم إنترنت الأشياء في الزراعة – التطبيقات والأمثلة

يحتوي إنترنت الأشياء على العديد من الأمثلة والتطبيقات في الزراعة. فيما يلي أهمها:

الزراعة الدقيقة (Precision Farming)

تستخدم الزراعة الدقيقة تقنية إنترنت الأشياء لتعزيز الكفاءة والإنتاجية في العمليات الزراعية. يمكن للمزارعين جمع بيانات مفصلة عن ظروف الحقل عن طريق نشر مستشعرات إنترنت الأشياء، بما في ذلك بيانات الضوء، ودرجة الحرارة، وجودة التربة، والرطوبة، ومستويات ثاني أكسيد الكربون، ونشاط الآفات. يتيح جمع هذه البيانات في الوقت الفعلي للمزارعين اتخاذ قرارات دقيقة تستند إلى البيانات، مما يؤدي إلى تحسين استخدام المياه واستهلاك الطاقة وتطبيق الأسمدة والمبيدات الحشرية.

نتيجة لذلك، لا تؤدي الزراعة الدقيقة إلى تقليل التكاليف فحسب، بل تحسن أيضًا صحة المحاصيل وزيادة الغلة، مما يجعلها أحد أكثر تطبيقات إنترنت الأشياء فعالية في الزراعة. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تعزز الاستدامة البيئية عن طريق تحسين استخدام المياه والطاقة والمدخلات الأخرى، وبالتالي تقليل الأثر البيئي. تدعم الزراعة الدقيقة أيضًا الزراعة المقاومة للتغيرات المناخية من خلال تنفيذ ممارسات تتكيف مع تغير المناخ وتقلل من انبعاثات الغازات الدفيئة.

إدارة المحاصيل

مراقبة المحاصيل: تراقب المستشعرات المنتشرة في أنحاء المزرعة أو الحقل المحاصيل للكشف عن التغيرات في شدة الضوء، والرطوبة، ودرجة الحرارة، والخصائص الفيزيائية. تكتشف هذه المستشعرات التغيرات غير الطبيعية، وتحلل البيانات، وتُعلم المزارعين بذلك، مما يساعد على منع انتشار الأمراض وتتبع نمو المحاصيل عن بعد.
جودة التربة: يحدد تحليل صحة التربة مستويات المغذيات، والجفاف، وقدرة الصرف، والحموضة. تتيح هذه المعلومات تخطيط برامج الري المثلى واختيار أفضل المحاصيل/الأنواع. كما أنها تدعم الزراعة المتجددة من خلال توفير رؤى حول كيفية تعزيز المادة العضوية وبنية التربة لتحقيق ممارسات تتكيف مع المناخ.
الظروف الجوية: تجمع المستشعرات البيانات المتعلقة بالرطوبة، ودرجة الحرارة، ومستوى البلل، وهطول الأمطار، والندى، مما يساعد على التنبؤ بأنماط الطقس. توجه هذه المعلومات المزارعين في اختيار المحاصيل المناسبة للزراعة بناءً على الظروف المتوقعة والمناخ المحلي لمنطقتهم.

إدارة الثروة الحيوانية

تستفيد إدارة الثروة الحيوانية بشكل كبير من تقنية إنترنت الأشياء. يمكن لهذه التقنيات تحسين البيئة للحيوانات، وضمان رفاهيتها وإنتاجيتها الجيدة حتى في الظروف المناخية القاسية. تقوم مستشعرات إنترنت الأشياء المُثبتة على الحيوانات في المزرعة (مثل الأبقار، والدواجن، والخنازير) بمراقبة صحتها وسلوكها وموقعها.

تساعد هذه المستشعرات في اكتشاف الحيوانات المريضة في وقت مبكر، مما يسمح للمزارعين بعزلها ومنع انتشار الأمراض، ويقلل في الوقت نفسه من استخدام الأدوية. يشمل إنترنت الأشياء في إدارة الثروة الحيوانية أيضًا مراقبة الحقول لاتباع ممارسات التغذية المثلى، واستخدام المستشعرات اللاسلكية لتتبع ومراقبة الروائح والغازات الخطرة، وضمان عملية زراعية أكثر صحة وكفاءة.

أتمتة البيوت الزجاجية (البيوت المحمية)

تستخدم أتمتة البيوت الزجاجية تقنية إنترنت الأشياء لتعزيز الدقة والكفاءة في التحكم بالظروف البيئية. توفر مستشعرات إنترنت الأشياء بيانات في الوقت الفعلي عن الإضاءة، ودرجة الحرارة، وظروف التربة، والرطوبة. تقوم محطات الأرصاد الجوية والأنظمة الآلية بتعديل هذه الظروف إلى المستويات المثلى، بناءً على البيانات التي تم جمعها. يُعد هذا أمرًا ضروريًا بسبب التباين الكبير في المناخ داخل البيوت الزجاجية، والذي يمكن أن يؤثر على إنتاجية النبات. تُسهّل حلول إنترنت الأشياء السحابية الزراعية التحليل السريع للبيانات بتكلفة منخفضة، مما يُمكّن من اتخاذ قرارات مستنيرة واستخدام الموارد بكفاءة. غالبًا ما تتضمن هذه الأنظمة المراقبة عن بعد والمعالجة الميتا (meta-processing)، مما يساعد المزارعين على تحسين الري والعمليات الهامة الأخرى من أجل تحسين صحة المحاصيل وزيادة الغلة.

ما هي التحديات الرئيسية لإنترنت الأشياء في الزراعة؟

يفرض تطبيق إنترنت الأشياء في الزراعة عدة تحديات يجب على المزارعين التعامل معها قبل تبني هذه التقنية. أحد العوائق الرئيسية هو التكلفة المالية الكبيرة المرتبطة بتركيب المستشعرات في المناطق الزراعية الشاسعة. يشمل ذلك تكاليف شراء الأجهزة، وتركيب البرامج، وتشغيل النظام، واستهلاك الطاقة، والصيانة، والقوى العاملة. علاوة على ذلك، تتعرض أجهزة إنترنت الأشياء المُركّبة في الهواء الطلق لظروف بيئية قاسية، مما قد يؤدي إلى أعطال ميكانيكية، مما يزيد التكلفة أكثر. لذلك، يجب على المصنعين إعطاء الأولوية لاستخدام مواد متينة لضمان طول عمر وموثوقية أجهزة إنترنت الأشياء في البيئات الزراعية. علاوة على ذلك، هناك حاجة إلى جهود عالمية لتحسين الثقافة التكنولوجية لدى المزارعين وفهمهم لتطبيقات إنترنت الأشياء في الزراعة لضمان استخدامهم لهذه الأنظمة بفعالية. تشكل مخاوف خصوصية البيانات وأمنها أيضًا عوائق كبيرة أمام التطبيق على نطاق واسع، حيث يمكن للمتسللين استغلال نقاط الضعف في البيانات المخزنة على السحابة، مما قد يؤدي إلى تعطيل العمليات الزراعية والإنتاجية. ولمعالجة ذلك، يجب على المزارعين وصناع السياسات إعطاء الأولوية لتطبيق أنظمة تشفير موثوقة مثل "الحساب متعدد الأطراف" ودمج تقنية "البلوك تشين". أيضًا، تعاني العديد من المزارع في المناطق الريفية من محدودية الاتصال بالإنترنت، مما يجعل من الصعب نشر وصيانة أجهزة وأنظمة إنترنت الأشياء. أخيرًا، يلعب صناع السياسات الحكوميون أيضًا دورًا حاسمًا في صياغة سياسات اقتصادية لدعم المزارعين في تبني تكنولوجيا إنترنت الأشياء لتحسين إنتاجية الأراضي الزراعية.

تبني إنترنت الأشياء في الزراعة

تتقدم التكنولوجيا بسرعة لصالح الزراعة، وتقدم حلولًا مبتكرة تساعد على زيادة الغلة، وتعزيز الاستدامة، وتحسين استخدام المدخلات لتقليل التكاليف. يجب على المزارعين مواكبة التقنيات الجديدة مثل إنترنت الأشياء لتعزيز كفاءتهم وإنتاجيتهم.

يجب على المزارعين البقاء على اطلاع بأحدث التطورات التكنولوجية ليظلوا قادرين على المنافسة والاستفادة من هذه التطورات. يُعد التعليم المستمر، والاطلاع على المعدات الحديثة، والحصول على المواد التعليمية المناسبة أمورًا ضرورية لدمج هذه التقنيات بنجاح في عملياتهم الزراعية.

المراجع

Tzounis, A., Katsoulas, N., Bartzanas, T., & Kittas, C. (2017). Internet of Things in agriculture, recent advances and future challenges. Biosystems engineering, 164, 31-48.
Bhargava, K., Ivanov, S., & Donnelly, W. (2015, September). Internet of nano things for dairy farming. In Proceedings of the Second Annual International Conference on Nanoscale Computing and Communication (pp. 1-2).
Corkery, G., Ward, S., Kenny, C., & Hemmingway, P. (2013). Monitoring environmental parameters in poultry production facilities. In Computer Aided Process Engineering, CAPE Forum 2013, Graz University of Technology, Austria, 7-10 April 2013. Institute for Process and Particle Engineering, Graz University of Technology, Austria.
Ferentinos, K. P., Katsoulas, N., Tzounis, A., Kittas, C., & Bartzanas, T. (2014, August). A climate control methodology based on wireless sensor networks in greenhouses. In XXIX International Horticultural Congress on Horticulture: Sustaining Lives, Livelihoods and Landscapes (IHC2014): 1107 (pp. 75-82).
Piramuthu, S. (2022). IoT, Environmental Sustainability, Agricultural Supply Chains. Procedia Computer Science, 204, 811-816.
Rajak, P., Ganguly, A., Adhikary, S., & Bhattacharya, S. (2023). Internet of Things and smart sensors in agriculture: Scopes and challenges. Journal of Agriculture and Food Research, 14, 100776.