حال از این مقدار آب قابل جذب توسط ریشه، تنها بخشی از آن قابل مجاز به جذب می‌باشد. به این میزان MAD (Maximum Allowable Depletion) می‌گویند. این کمیت به نوع گیاه بستگی دارد. مثلا این عدد برای گیاه هویج ۵۰ درصد [1] است. این عدد مرز تنش خشکی را مشخص می‌نماید. در صورتی که محتوای آب قابل دسترس برای ریشه ([1]AWC) کمتر از این نسبت گردد، گیاه شروع به تجربه تنش خشکی می‌نماید. بنابراین یک سامانه هوشمند آبیاری باید بتواند :
- با توجه به نوع خاک ظرفیت خاک (Field Capacity) و میزان آب غیر قابل جذب توسط گیاه (PWP) را تخمین بزند
- مقدار محتوای آب موجود در خاک (VWC) را اندازه‌گیری نماید.
- با توجه به نوع گیاه MAD را تخمین بزند.
- مقدار محتوای آب موجود در خاک که مجاز به استفاده از آن را محاسبه کند
- با لحاظ پیش‌بینی آب و هوا و بارش احتمالی، در مورد آبیاری تصمیمگیری نماید.
دو فعالیت کلیدی در الگوریتم بالا، اندازه‌گیری VWC (Volumetric Water Content) و تصمیمگیری در مورد آبیاری کردن است. البته باید اشاره کرد که مقدار EC خاک و آب تعیین بر مقدار MAD تأثیرگذار هستند. بنابراین اندازه‌گیری مقدار EC یکی از ملزومات سامانه آبیاری هوشمند است. در ادامه به راهکارهای اندازه‌گیری VWC می‌پردازیم.
استفاده از ماهواره به عنوان سنسور
ماهواره‌ها می‌توانند با استفاده سنجش بخشی از طیف سیگنال‌های مایکروویو تخمین خوبی از میزان آب موجود در خاک را انجام دهند. اما ایراد این روش نداشتن قدرت تفکیک کافی در حد یک مزرعه است و عمدتا برای سنجش مناطق بزرگ جغرفیایی استفاده می‌شود.
نوترون‌های کیهانی
زمین همواره در معرض تابش‌ها و ذرات کیهانی است. در این فرایند نوترون‌های پرانرژی تولید می‌شوند که درون خاک نفوذ می‌کنند و از لایه‌های مختلف آن منعکس می‌شوند. با توجه به این که غلظت اتم هیدروژن در خاک، انرژی نوترون‌های منعکس شده را کاهش می‌دهد، با استفاده از یک شمارنده نوترون و تخمین انرژی آنها در نزدیکی سطح زمین می‌توان میزان رطوبت خاک را اندازه‌گیری کرد. وسعت پوشش یک سنسور نوترون کیهانی در حد چند ده هکتار است و برای مزارع کوچکتر قابل استفاده نیست. از طرفی سایر پارامترهای خاک، مانند EC و دمای آن در این روش قابل اندازه‌گیری نیست.
مدل‌های یادگیری آماری
پس از یک آبیاری کامل، تا حد اشباع، پارامترهای مختلفی می‌توانند به تدریج باعث کاهش رطوبت خاک شوند. اولین عامل جاذبه زمین است. جاذبه در زمان کوتاهی رطوبت خاک را تا میزان FC کاهش می‌دهد. پس از آن، عواملی مثل جنس خاک، دما و رطوبت هوا، تابش آفتاب و بارندگی، تعیین کننده روند کاهش رطوبت خاک هستند. با چند اندازه‌گیری اولیه و مقداری کالیبراسیون می‌توان با استفاده از یک مدل آماری که پیش‌تر آموزش داده شده، تخمین خوبی از میزان رطوبت خاک، در هر لحظه داشت. مزیت این روش ارزان‌قیمت و فارغ از سخت‌افزار بودن آن است. اما عیب آن تأثیرپذیری مزارع کوچک از عوامل خارجی، مانند عملکرد مزرعه مچاور و یا حتی تغییرات در نهرهای آب‌رسانی عمومی و یا تغییرات مکانیکی مزارع مجاور است. این روش نیز در ابعاد بزرگتر عملکرد بهتری می‌تواند داشته باشد. از طرفی سایر پارامترهای خاک، مانند EC نیز در نظر گرفته نمی‌شود.
سنسورهای خاک
استفاده از سنسورهای خاک با توانایی اندازه‌گیری «رطوبت»، «هدایت الکتریکی» (EC) و دمای خاک، مطمئن‌ترین روش پایش خاک است. این روش نسبت به مدل‌های یادگیری آماری گران‌تر، نسبت به روش‌های اندازه‌گیری ماهواره‌ای در دسترس‌تر و نسبت به روش شمارش نوترون‌ها ارزان‌تر است. مزایای فنی روش استفاده از سنسورها را می‌توان به شرح زیر برشمرد:
- قدرت تفکیک جغرافیایی اندازه‌گیری‌ها در این روش نسبت به همه روش‌ها بالاتر است.
- روش‌های ماهواره‌ای و مدل‌های آماری امکان کنترل پایان آبیاری را ندارند. اما با استفاده از سنسورها می‌توان در لحظه میزان رطوبت را اندازه‌گیری کرد و حتی در صورت کمبود منابع آب، از اشباع خاک و هدررفت آب به دلیل جاذبه زمین، اجتناب نمود.
- میزان هدایت الکتریکی (EC) خاک و آب در منابع در دسترس، تعیین کننده پارامترهای آبیاری هستند. مثلا در خاک با EC بالاتر، حتما MAD کاهش می‌یابد و همیشه خاک را باید مرطوب‌تر نگاه داشت. همینطور آب با EC بالا خاک را به میزان کافی برای استفاده ریشه رقیق نمی‌کند و مجدداً خاک باید همیشه مرطوب‌تر از خاکی نگاه داشته شود که با آب شیرین‌تر آبیاری می‌شود. بنابراین کمیت EC بسیار تعیین کننده است و تنها با تکیه بر VWC نمی‌توان تصمیم مناسبی برای آبیاری گرفت.
- کمیت EC علاوه بر آبیاری، در تصمیمگیری برای تغذیه خاک نیز بسیار می‌تواند کمک کننده باشد. در صورتی که از غلظت پایین سدیم در خاک اطمینان داشته باشیم، می‌توانیم از EC به عنوان معیاری از غنای خاک استفاده کنیم و با استفاده از سنسورهای میزان کود مورد نیاز هر بخش از مزرعه را محاسبه نماییم تا از کبود و یا بیش‌بود مواد غذایی اجتناب کنیم.
- دمای خاک، به خصوص در فضای قابل کنترل گلخانه تعیین کننده میزان فعالیت ریشه است. این کمیت علاوه به این که بر رشد گیاه تأثیر گذار است، تعیین کننده میزان مجاز Bulk EC در خاک نیز می‌باشد. در صورتی که در اثر فعالیت ریشه کم باشد، خاک با EC بالا می‌تواند باعث آسیب به گیاه گردد. اما در دمای بالاتر، ریشه توانایی جذب مواد غذایی و کاهش EC را دارد.
بنابراین استفاده از سنسورهای خاک، امکان آبیاری و مدیریت همه جانبه خاک مزرعه را فراهم می‌سازد. سامانه CloudiFarm با استفاده از سنسورهای بی‌سیم و با برد بلند که با باتری‌های با عمر طولانی تغذیه می‌شوند، امکان مانیتورینگ مزرعه را با حداقل هزینه و زحمت نگهداری فراهم می‌سازد. این سنسورها در سطح مزرعه نصب می‌شوند و با توجه به بی‌سیم بودن آنها مانعی در فعالیت‌های کشاورزی ایجاد نمی‌کنند. با توجه به عمر بسیار طولانی باتری‌ها، کشاورز دغدغه مدیریت این سنسورها را نخواهد داشت و در صورت بروز مشکل، واحد پشتیبانی فنی، پیش از مالک مزرعه مطلع شده و برای رفع نقص اقدام خواهد نمود. [1] Available Water Capacity
