جدولة نظام الزراعة المائية الذكي لرفع كفاءة استخدام المياه

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 باحث بقسم بحوث هندسة الري والصرف الحقلي - معهد بحوث الهندسة الزراعية - مركز البحوث الزراعية - الجيزة - مصر.

2 باحث بقسم بحوث نظم ميكنة العمليات الزراعية - معهد بحوث الهندسة الزراعية - مركز البحوث الزراعية - الجيزة - مصر.

المستخلص

تهدف الدراسة المقدمة إلى إنشاء جدولة ذكية لنظم الزراعة المائية المفتوحة لرفع كفاءة استخدام المياه لمحصول الخيار في صوبة زراعية من خلال إنشاء وبناء وحدة تحكم ذكية اعتمادا علي Wi-Fi بناءً على استشعار مستوى محدد للرطوبة في وسط النمو (الرمل). تمت إضافة مواد تحتفظ بالماء لفترات طويلة إلى وسط النمو (الرمل) مثل مادة الكمبوزيت و التي تحتوي علي (90 ٪ طين أسوانى و 10 ٪ هيدروجيل) والبيرلايت مقارنة بالرمل فقط. أجريت التجارب بمحطة اختبار وابحاث الجرارات والآلات الزراعية بمحافظة الإسكندرية لموسم زراعة عام 2022 من 10 مارس إلى 18 يونيو. أظهرت النتائج التالي:
أن نظام التحكم الذكي في مناخ الصوب قد وفر نطاقًا مناسبًا لدرجة الحرارة (20-30 درجة مئوية) والرطوبة النسبية (40-70٪). أدى استخدام مواد الكمبوزيت والبيرلايت إلى زيادة المحتوى الرطوبي لوسط النمو مقارنة بالرمل فقط. كان أقل استهلاك للمياه 115 لترًا/م2 عند استخدام الكمبوزيت ، بينما كان أعلى استهلاك للمياه 211 لترًا/م2 عند استخدام الرمل فقط. كانت أعلى إنتاجية لمحصول خيار 19.7 كجم/م2 عند استخدام البيرلايت ، بينما كانت أقل إنتاجية هي 12.7 كجم/م2 عند استخدام الرمل فقط. كانت أعلى كفاءة في استخدام المياه  167 كجم/م3 عند استخدام الكمبوزيت ، في حين أن أقل كفاءة استخدام المياه كانت 60 كجم/م3 عند استخدام الرمل فقط حيث زادت كفاءة استخدام المياه بنسبة (177 ، 158٪) للكمبوزيت والبيرلايت مع الرمل كوسيط للنمو مقارنة بالرمل فقط.
وفقًا لدراستنا ، نوصي بتطبيق نظام جدولة ذكي يعتمد على تقنية Wi-Fi مع استخدام الكمبوزيت لتحسين الإحتفاظ بالماء في أوساط النموالرملية. وبالتالي ، أدى ذلك إلى توفير المياه في الزراعة المائية وزيادة الإنتاجية و كفاءة استخدام المياه.

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Abd-elhakim, A. I. (2019). Soil conditioner effect on soil wetting patterns under pulsed drip irrigation system. Misr Journal of Agricultural Engineering, 36(2): 473-492.‏
Abioye, E. A.; Abidin, M. S. Z., Mahmud, M. S. A., Buyamin, S., Ishak, M. H. I., Abd Rahman, M. K. I., and Ramli, M. S. A. (2020). A review on monitoring and advanced control strategies for precision irrigation. Computers and Electronics in Agriculture, 173, 105441.‏
Acuña, R. A.; Bonachela, S., Magán, J. J., Marfà, O., Hernández, J. H., and Cáceres, R. (2013). Reuse of rockwool slabs and perlite grow-bags in a low-cost greenhouse: Substrates physical properties and crop production. Scientia Horticulturae, 160, 139-147.‏
Ali, A. F. A. (2011). Study of Conditioning Effect of Hydrogels on Some Physical and Chemical Properties of Sandy Soil and Some Physiological Aspects in Cultivated Plants. A Thesis PhD, Bottany department, Facullty of Science, Sohag University.
Al-Jabari, M.; Ghyadah, R. A., and Alokely, R. (2019). Recovery of hydrogel from baby diaper wastes and its application for enhancing soil irrigation management. Journal of environmental management, 239, 255-261.‏
Andry, H.; Yamamoto, T., Irie, T., Moritani, S., Inoue, M., and Fujiyama, H. (2009). Water retention, hydraulic conductivity of hydrophilic polymers in sandy soil as affected by temperature and water quality. Journal of Hydrology, 373(1-2): 177-183.‏
Cassel, D. K.; and Nielsen, D. R. (1986). Field capacity and available water capacity. Methods of soil analysis: Part 1 Physical and mineralogical methods, 5, 901-926.‏
Chemicals, H. (2014). Nutritional recommendations for cucumber in open field's tunnels and greenhouses. Haifa Chemicals ltd.‏
Gallardo, M.; Thompson, R. B., and Fernández, M. D. (2013). Water requirements and irrigation management in Mediterranean greenhouses: the case of the southeast coast of Spain. Good Agricultural Practices for Greenhouse Vegetable Crops; Plant Production and Protection Paper, 217, 109-136.‏
Grewal, H. S.; Maheshwari, B., and Parks, S. E. (2011). Water and nutrient use efficiency of a low-cost hydroponic greenhouse for a cucumber crop: An Australian case study. Agricultural Water Management, 98(5): 841-846.‏
Hassan, A. A. (2012). The Origins of Protected Agriculture. 1st Ed, Arab House for Publishing and Distribution. Cairo, Egypt.
Incrocci, L.; Thompson, R. B., Fernandez-Fernandez, M. D., De Pascale, S., Pardossi, A., Stanghellini, C., and Gallardo, M. (2020). Irrigation management of European greenhouse vegetable crops. Agricultural Water Management, 242, 106393.‏
Ismail, S. M. (2002). Design and management of field irrigation systems. 1st Ed. Munshat elmaearif. Alex., Egypt. (In Arabic).
Ismail, S. M. (2009). Planning and Design of Irrigation Systems. Bostan elmarafa library, Alex., Egypt. (In Arabic).
James, L. G. (1988). Principles of farm irrigation systems design. John Wiley and Sons Limited.
Khalil, M. A. I. (1998). Water relations and irrigation systems. Munshat elmaearif. Alex., Egypt. (In Arabic).
Maghchiche, A.; Haouam, A., and Immirzi, B. (2010). Use of polymers and biopolymers for water retaining and soil stabilization in arid and semiarid regions. Journal of Taibah University for science, 4, 9-16.
Pascale, S. D.; Rouphael, Y., Pardossi, A., Gallardo, M., & Thompson, R. B. (2017). Recent advances in water and nutrient management of soil-grown crops in Mediterranean greenhouses. Acta Horticulturae, (1170), 31-44.‏
Rodríguez, D.; Reca, J., Martínez, J., Lao, M. T., and Urrestarazu, M. (2014). Effect of controlling the leaching fraction on the fertigation and production of a tomato crop under soilless culture. Scientia Horticulturae, 179, 153-157.‏
Seethalakshmi, E.; Shunmugam, M., Pavaiyarkarasi, R., and Joseph, S. (2021). An automated irrigation system for optimized greenhouse using IoT. Materials Today: Proceedings.‏
Sihombing, P.; Karina, N. A., Tarigan, J. T., and Syarif, M. I. (2018). Automated hydroponics nutrition plants systems using arduino uno microcontroller based on android. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 978, No. 1, p. 012014). IOP Publishing.‏
Thompson, R. B.; and Gallardo, M. (2003). Use of soil sensors for irrigation scheduling. Improvement of water use efficiency in protected crops. Advanced specialization course. Direccion General de Investigacion y Formacion Agraria de la Junta de Andalucia, HortiMed, FIAPA, Cajamar, 375-402.‏
Yang, L.; Yang, Y., Chen, Z., Guo, C., and Li, S. (2014). Influence of super absorbent polymer on soil water retention, seed germination and plant survivals for rocky slopes eco-engineering. Ecological Engineering, 62, 27-32.
Zaki, H. Z.; A. M. Altony and Taha, A. M. (2010). Cultivation of tomatoes and beans under low plastic tunnels. Technical Bulletin No. 5, Agriculture Research Center, Ministry of Agriculture. Egypt. (In Arabic).
Zin El-Abedin, T. K.; Mattar, M. A., and Alazba, A. A. (2015). Soil wetting pattern from subsurface drip irrigation as affected by application of a polyacrylamide layer. Irrigation and Drainage, 64(5): 609-618.