كيف يُحسّن رصد الإشعاع النشط ضوئيًا إدارة نمو النباتات في البيوت الزجاجية

ما هو الإشعاع النشط ضوئياً؟

لا تستخدم النباتات جميع الإشعاعات الشمسية الواردة بنفس الطريقة.

فيما يخص مراقبة نمو النبات، فإن أحد أهم أجزاء الطيف الشمسي هو الإشعاع النشط ضوئياً, ، ويختصر عادةً إلى المستوى.

يشير مصطلح PAR عمومًا إلى الإشعاع داخل نطاق الطول الموجي 400-700 نانومتر, ، وهو ما يتداخل مع الأطوال الموجية المرتبطة عادةً بعملية التمثيل الضوئي.

وهذا ما يجعل قياس الإشعاع الضوئي النشط (PAR) مختلفًا عن قياس الإشعاع الشمسي العام.

يقيس مستشعر الإشعاع الشمسي واسع النطاق نطاقًا أوسع من الطاقة الواردة، بينما يركز مستشعر PAR تحديدًا على جزء الطيف الأكثر صلة بنشاط التمثيل الضوئي للنبات.

بالنسبة لمشغلي البيوت الزجاجية، ومصانع النباتات، ومرافق البحث، ومشاريع الزراعة الذكية، فإن هذا التمييز مهم.

السؤال الحقيقي ليس فقط:

“"ما مدى سطوع الدفيئة؟"”

إنها:

“"ما مقدار الضوء الذي يمكن للنباتات استخدامه والذي يصل فعلياً إلى غطاء المحصول؟"”

وهنا تبرز فائدة مراقبة الإشعاع الضوئي النشط (PAR).

تعرف على المزيد حول JW-IoT مستشعر إشعاع نشط ضوئيًا لمراقبة نمو النباتات في البيوت الزجاجية

لماذا يُعدّ الإشعاع الضوئي النشط (PAR) مهمًا في إنتاج البيوت الزجاجية؟

يُعد الضوء أحد العوامل البيئية الأساسية التي تؤثر على نمو النبات.

داخل البيوت الزجاجية، يمكن أن تتغير كمية الضوء المفيد الذي يصل إلى النباتات على مدار اليوم بسبب:

• الزاوية الشمسية
• غطاء سحابي
• تزجيج البيوت الزجاجية
• ستائر تظليل
• الظلال الهيكلية
• كثافة غطاء المحاصيل
• إضاءة إضافية
• التغيرات الموسمية

قد يكون لبيتين زجاجيين درجة حرارة ورطوبة هواء متشابهة، بينما يتلقيان ظروف إضاءة مختلفة تمامًا.

حتى داخل نفس الدفيئة، قد يختلف الإشعاع الضوئي النشط (PAR) بين:

• مستويات المظلة العلوية والسفلية
• المناطق المركزية والحواف
• المناطق المظللة وغير المظللة
• طاولات زراعة مختلفة
• أوقات مختلفة من اليوم

ولهذا السبب، لا ينبغي أن تعتمد إدارة الإضاءة في البيوت الزجاجية على الملاحظة البصرية فقط.

A مستشعر PAR يوفر معلومات قابلة للقياس حول ظروف الإشعاع التي تتعرض لها النباتات.

الإشعاع الضوئي النشط مقابل الإشعاع الشمسي: ما الفرق؟

أحد مصادر الالتباس الشائعة هو الفرق بين الإشعاع الشمسي و الإشعاع النشط ضوئياً.

تُستخدم أجهزة استشعار الإشعاع الشمسي بشكل شائع في الرصد الجوي، وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، ومحطات الأرصاد الجوية الزراعية.

ترتبط مستشعرات PAR بشكل أكثر تحديدًا بتفاعل النبات مع الضوء.

إحدى الطرق البسيطة لفهم الفرق هي:

تجيب هذه القياسات على أسئلة مختلفة.

على سبيل المثال، قد يعلم مشغل الدفيئة أن الإشعاع الشمسي الخارجي مرتفع، لكن هذا لا يعني بالضرورة أن جميع المحاصيل داخل الدفيئة تتلقى نفس الكمية من الضوء المفيد لعملية التمثيل الضوئي.

يمكن أن تؤثر هياكل البيوت الزجاجية والأغشية والزجاج وأنظمة التظليل وغطاء النبات على الإشعاع الذي يصل إلى المحصول.

ماذا يقيس مستشعر PAR؟

يُستخدم مستشعر PAR لقياس الضوء في النطاق النشط ضوئيًا.

في التطبيقات البستانية، يرتبط PAR عادةً بالقياسات القائمة على الفوتونات لأن عملية التمثيل الضوئي تستجيب لعدد الفوتونات ضمن نطاق الطول الموجي ذي الصلة بدلاً من مجرد إجمالي الطاقة الإشعاعية.

ولهذا السبب يستخدم مزارعو البيوت الزجاجية وباحثو النباتات في كثير من الأحيان قياسات الإشعاع الضوئي النشط (PAR) لتقييم ظروف إضاءة النباتات بشكل مباشر.

وبالتالي، يمكن استخدام مستشعر PAR كجزء من نظام مراقبة لملاحظة كيفية تغير الضوء المتاح للنبات:

• خلال النهار
• بين المواسم
• قبل وبعد التظليل
• تحت أضواء النمو الإضافية
• عبر مناطق الدفيئة المختلفة
• على ارتفاعات مختلفة لغطاء المحاصيل

ليس الهدف قياس نمو النبات بشكل مباشر.

بدلاً من ذلك، يوفر المستشعر أحد المتغيرات البيئية التي تساعد في تفسير ظروف نمو النبات.

PAR و PPFD: هل هما الشيء نفسه؟

يُعد كل من PAR و PPFD مصطلحين مرتبطين ارتباطًا وثيقًا، لكنهما ليسا نفس المفهوم تمامًا.

المستوى يصف نطاق الطول الموجي النشط في عملية التمثيل الضوئي.

كثافة تدفق الفوتونات الضوئية, أو كثافة تدفق الفوتونات الضوئية، تصف كمية الفوتونات النشطة ضوئياً التي تصل إلى سطح ما بمرور الوقت.

بالنسبة للمزارعين، يعد هذا التمييز مفيدًا لأن PPFD يوفر طريقة عملية للتعبير عن شدة ضوء النبات الفورية.

في نظام مراقبة البيوت الزجاجية، يمكن استخدام بيانات كثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD) لفهم ما يلي:

• سواء كانت النباتات تتلقى ضوءًا عاليًا نسبيًا أو منخفضًا نسبيًا
• كيف تُغير الإضاءة الإضافية بيئة الإضاءة
• كيف يؤثر التظليل على الإشعاع على مستوى المحاصيل
• ما إذا كانت مناطق الدفيئة المختلفة تتلقى ظروف إضاءة مماثلة

ومع ذلك، فإن القراءة اللحظية الواحدة لا تمثل سوى لحظة واحدة.

لتحليل إضاءة المحاصيل على المدى الطويل، ينبغي تسجيل القياسات بمرور الوقت.

لماذا لا تكفي قراءة واحدة لمؤشر PAR؟

من الأخطاء الشائعة قياس الضوء مرة واحدة والافتراض أن النتيجة تمثل الدفيئة بأكملها.

في الواقع، ظروف الإشعاع في الدفيئة متغيرة.

يمكن أن يتغير معدل التعرض المحتمل بشكل كبير بسبب:

• غيوم متحركة
• تغير زاوية الشمس
• فتح أو إغلاق أنظمة التظليل
• المباني المجاورة
• نمو المحاصيل
• التغيرات الموسمية

ولهذا السبب، توفر المراقبة المستمرة معلومات أكثر فائدة من القراءات اليدوية العرضية.

يمكن لجهاز استشعار PAR الثابت تسجيل التغييرات بمرور الوقت وإرسال البيانات إلى مسجل البيانات أو وحدة التحكم أو منصة مراقبة إنترنت الأشياء.

وهذا يجعل من الممكن مقارنة ظروف الإضاءة مع معايير الدفيئة الأخرى.

استخدام بيانات الإشعاع الضوئي النشط مع أجهزة استشعار أخرى للدفيئة

تزداد قيمة مؤشر الإشعاع الضوئي النشط (PAR) عند تحليله مع قياسات بيئية أخرى.

قد يجمع نظام مراقبة البيوت الزجاجية بين ما يلي:

• المستوى
• درجة حرارة الهواء
• الرطوبة النسبية
• ثاني أكسيد الكربون
• رطوبة التربة أو الركيزة
• درجة حرارة التربة
• المفوضية الأوروبية
• بيانات الري
• أحوال الطقس

وهذا يخلق صورة أكثر اكتمالاً للبيئة المتنامية.

على سبيل المثال، قد يؤدي التعرض القوي للإشعاع الضوئي النشط مع ارتفاع درجة الحرارة إلى خلق بيئة زراعية مختلفة تمامًا عن التعرض القوي للإشعاع الضوئي النشط مع درجة حرارة معتدلة.

وبالمثل، قد يؤثر انخفاض الإشعاع الضوئي النشط خلال فترات الغيوم على الطلب على الري بشكل مختلف عن الظروف الساطعة والجافة.

وبالتالي، فإن دور مستشعر PAR ليس مجرد قياس معزول.

وهو جزء من نطاق أوسع نظام مراقبة نمو النبات.

كيف تدعم مراقبة الإشعاع الضوئي النشط قرارات إضاءة البيوت الزجاجية؟

تُستخدم الإضاءة التكميلية بشكل متزايد في البيوت الزجاجية التجارية والزراعة ذات البيئة المتحكم بها.

ومع ذلك، فإن تشغيل الأضواء ببساطة وفقًا لجدول زمني ثابت قد لا يعكس ظروف الإضاءة الطبيعية الفعلية.

يمكن أن يوفر رصد الإشعاع الضوئي النشط (PAR) مرجعًا في الوقت الفعلي للضوء المتاح للمحاصيل.

على سبيل المثال:

عندما يكون الإشعاع الضوئي النشط طبيعياً مرتفعاً

قد توفر الإضاءة التكميلية فائدة إضافية أقل اعتمادًا على المحصول واستراتيجية الإنتاج.

عندما ينخفض الإشعاع الضوئي النشط الطبيعي

قد يكون استخدام الإضاءة التكميلية أكثر فائدة إذا كان المزارع يحاول الحفاظ على بيئة إضاءة محددة.

عند تفعيل التظليل

يمكن لبيانات PAR أن توضح مدى تأثير نظام التظليل على ظروف الإضاءة على مستوى المحاصيل.

تتمثل الميزة الرئيسية في أن المزارعين يمكنهم تقييم الإضاءة بناءً على الظروف المقاسة بدلاً من الافتراضات.

مراقبة الإشعاع الضوئي النشط في البيوت الزجاجية متعددة المناطق

غالباً ما تحتوي البيوت الزجاجية الكبيرة على مناطق بيئية متعددة.

قد يختلف توزيع الضوء بسبب:

• توجيه المبنى
• هيكل السقف
• تصميم الستائر
• ارتفاع المحصول
• وضع المعدات
• المباني أو الأشجار القريبة

بالنسبة لهذه المشاريع، قد لا يمثل مستشعر PAR واحد الدفيئة بأكملها بشكل كامل.

قد يكون اتباع نهج مراقبة متعدد النقاط أكثر ملاءمة.

يمكن تركيب أجهزة الاستشعار في مناطق تمثيلية حتى يتمكن المشغلون من المقارنة:

• القسم الشمالي مقابل القسم الجنوبي
• المناطق الطرفية مقابل المناطق المركزية
• كتل زراعية مختلفة
• مناطق إضاءة مختلفة
• ارتفاعات مختلفة للمظلات

يُعد هذا الأمر مفيدًا بشكل خاص عندما تقوم أنظمة إدارة البيوت الزجاجية بالفعل بتقسيم الري أو التهوية أو الإضاءة إلى مناطق تحكم منفصلة.

مراقبة الإشعاع الضوئي النشط للمزارع العمودية والزراعة الداخلية

يُعد رصد الإشعاع النشط ضوئياً مفيداً أيضاً في الزراعة الداخلية.

على عكس البيوت الزجاجية التقليدية، تعتمد المزارع العمودية بشكل كبير أو كلي على الإضاءة الاصطناعية.

وهذا يخلق تحدياً مختلفاً في مجال المراقبة.

يحتاج المزارعون إلى معرفة ما إذا كان نظام الإضاءة يوفر إضاءة متسقة على مستوى المحصول في جميع أنحاء:

• أرفف مختلفة
• ارتفاعات رفوف مختلفة
• أوضاع تثبيت مختلفة
• مراحل النمو المختلفة

يمكن استخدام مستشعرات PAR للتحقق من توزيع الإضاءة وتحديد المناطق التي تتلقى ضوءًا أكثر أو أقل من المتوقع.

يُعد هذا الأمر ذا قيمة خاصة أثناء التشغيل التجريبي، وضبط النظام، والتشغيل طويل الأمد.

الإشعاع الضوئي النشط والضوء اليومي المتكامل

تُعد قياسات الإشعاع الضوئي النشط الفوري مفيدة، لكن تعرض النبات للضوء يعتمد أيضًا على الوقت.

ولهذا السبب، قد يقوم المزارعون أيضًا بتقييم ضوء يومي متكامل, ، والتي تُعرف عادةً باسم DLI.

يمثل DLI إجمالي كمية الضوء النشط ضوئياً الذي يتم تلقيه على مدار اليوم.

يوفر هذا منظورًا مختلفًا عن قراءة واحدة لمؤشر كثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD).

على سبيل المثال:

قد يتلقى المحصول ضوءًا قويًا لفترة قصيرة، ولكنه يتلقى القليل نسبيًا من الضوء الإجمالي خلال بقية اليوم.

قد تتلقى محاصيل أخرى ضوءاً معتدلاً لساعات طويلة.

يمكن أن ينتج عن هذين الشرطين بيئات إضاءة يومية مختلفة تمامًا.

تتيح المراقبة المستمرة للإشعاع الضوئي النشط للمزارعين تسجيل المعلومات اللازمة لتحليل الضوء على المدى الطويل بدلاً من الاعتماد فقط على القياسات الموضعية.

أين ينبغي تركيب مستشعر PAR؟

يُعد موضع التركيب مهماً لأن المستشعر يجب أن يمثل ظروف الإضاءة المهمة للتطبيق.

بحسب هدف المراقبة، يمكن وضع مستشعر PAR:

• بالقرب من مستوى غطاء المحاصيل
• فوق غطاء المحاصيل
• داخل دفيئة
• في منطقة إنتاج نموذجية
• بالقرب من منطقة إضاءة إضافية
• على مستويات متعددة في تطبيقات البحث

يجب ألا يتم تظليل المستشعر بشكل غير مقصود بواسطة الهياكل أو الكابلات أو المعدات القريبة إلا إذا كان هذا التظليل جزءًا مقصودًا من عملية القياس.

بالنسبة لمشاريع البيوت الزجاجية، يجب أن يراعي تخطيط التركيب ارتفاع المحصول الحالي والمستقبلي.

قد لا يظل الوضع الذي يناسب الشتلات الصغيرة مناسبًا بعد نمو الغطاء النباتي.

التطبيقات الشائعة لأجهزة استشعار الإشعاع النشط ضوئياً

يمكن أن يكون رصد الإشعاع الضوئي النشط مفيداً في العديد من بيئات إنتاج النباتات.

البيوت الزجاجية التجارية

تُستخدم لمراقبة الإضاءة على مستوى المحاصيل ومقارنة مناطق البيوت الزجاجية المختلفة.

الزراعة الذكية

مُدمجة مع أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة والتربة والري لدعم المراقبة البيئية.

بحوث النبات

تُستخدم لتوثيق ظروف الإضاءة أثناء دراسات المحاصيل أو علم وظائف الأعضاء أو الدراسات البيئية.

الزراعة العمودية

تُستخدم لتقييم توزيع الإضاءة الاصطناعية بين الرفوف ومستويات الزراعة.

حضانات الأطفال

تُستخدم لمقارنة التعرض للضوء بين مناطق التكاثر والإنتاج.

رصد الأحوال الجوية الزراعية

يمكن أن تكمل القياسات الأرصادية الأوسع نطاقاً عندما تكون هناك حاجة إلى بيانات إشعاعية قابلة للاستخدام من قبل النباتات.

كيف يتناسب مستشعر PAR مع نظام الدفيئة الذكية

قد يبدو تصميم نظام مراقبة البيوت الزجاجية النموذجي كما يلي:

مستشعر الإشعاع الضوئي النشط + مستشعر درجة الحرارة/الرطوبة + مستشعر التربة + مستشعر ثاني أكسيد الكربون

↓

مسجل البيانات / بوابة إنترنت الأشياء

↓

RS485 / لوراوان / 4G / إيثرنت

↓

منصة سحابية أو نظام تحكم في الدفيئة

↓

البيانات التاريخية + التنبيهات + التحليل البيئي

ينبغي أن تعتمد بنية النظام الدقيقة على متطلبات المشروع.

في بعض التطبيقات، تُستخدم بيانات PAR بشكل أساسي للمراقبة والتحليل.

وفي حالات أخرى، قد يصبح أحد المدخلات العديدة التي يستخدمها نظام أتمتة الدفيئة.

النقطة المهمة هي أن بيانات الضوء تصبح جزءًا من نفس مجموعة البيانات البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة والري وغيرها من ظروف المحاصيل.

الأسئلة الشائعة حول برنامج PAR

1. ماذا يعني PAR في نمو النبات؟

يرمز PAR إلى الإشعاع النشط ضوئياً.

يشير ذلك عمومًا إلى نطاق الطول الموجي 400-700 نانومتر المرتبط بعملية التمثيل الضوئي للنباتات.

2. هل PAR هو نفسه ضوء الشمس؟

لا.

يحتوي ضوء الشمس على نطاق أوسع بكثير من الأطوال الموجية.

يشير مصطلح PAR فقط إلى جزء من طيف الضوء المستخدم عادةً لتوصيف الإشعاع النشط ضوئياً.

3. هل PAR هو نفسه PPFD؟

ليس تماماً.

يصف PAR نطاق الطول الموجي ذي الصلة، بينما يعبر PPFD عن تدفق الفوتونات الذي يصل إلى سطح ما ضمن هذا النطاق.

4. لماذا يتم قياس الإشعاع الضوئي النشط (PAR) في البيوت الزجاجية؟

لأن كمية الضوء التي يمكن أن تستخدمها النباتات داخل الدفيئة يمكن أن تختلف باختلاف الظروف الشمسية والتظليل وهياكل الدفيئة وغطاء المحاصيل والإضاءة الاصطناعية.

5. هل يمكن لجهاز استشعار واحد للإشعاع الضوئي النشط (PAR) مراقبة دفيئة بأكملها؟

بالنسبة للبيوت الزجاجية الصغيرة والمتجانسة نسبياً، قد يكون موقع واحد ممثل كافياً للمراقبة الأساسية.

بالنسبة للبيوت الزجاجية الأكبر حجماً أو الأكثر تعقيداً، قد توفر نقاط المراقبة المتعددة معلومات أكثر فائدة.

6. هل يمكن استخدام مستشعرات PAR تحت مصابيح LED المخصصة لنمو النباتات؟

نعم، يعد رصد الإشعاع الضوئي النشط (PAR) ذا صلة شائعة بالزراعة في البيئات الخاضعة للتحكم حيث يتم استخدام الإضاءة الاصطناعية.

ينبغي اختيار المستشعر وتركيبه وفقًا للمشروع المحدد وبيئة الإضاءة.

خاتمة

يُعد الإشعاع النشط ضوئياً أحد أكثر القياسات المتعلقة بالضوء فائدةً للزراعة الحديثة في البيوت الزجاجية والبيئات الخاضعة للتحكم.

بدلاً من مجرد السؤال عما إذا كانت الدفيئة "مضيئة بما فيه الكفاية"، يمكن للمزارعين قياس كيفية تغير الضوء ذي الصلة بالنباتات بمرور الوقت وعبر مناطق الإنتاج المختلفة.

عند دمج بيانات PAR مع:

• درجة حرارة
• رطوبة
• ظروف التربة أو الركيزة
• ثاني أكسيد الكربون
• الري
• قياسات بيئية أخرى

يصبح ذلك جزءًا من استراتيجية أكثر شمولاً لمراقبة نمو النبات.

بالنسبة لمشاريع البيوت الزجاجية الذكية، فإن قيمة مراقبة الإشعاع الضوئي النشط لا تقتصر على المستشعر نفسه فقط.

تكمن القيمة الحقيقية في ربط بيانات الإضاءة ببقية بيئة الدفيئة حتى يتمكن المشغلون من اتخاذ قرارات أكثر استنارة بشأن الإضاءة والتظليل وإدارة المحاصيل.

استكشف JW-IoT مستشعر إشعاع نشط ضوئيًا لمراقبة نمو النباتات في البيوت الزجاجية لتطبيقات البيوت الزجاجية، وأبحاث النباتات، والزراعة الذكية.