ما الذي يجب مراقبته في المزرعة العمودية؟

تعتمد المزارع العمودية على التحكم في الإضاءة والري والتهوية وتوصيل المغذيات. ومع ذلك، قد تختلف الظروف بين الرفوف ومناطق النمو ومراحل نمو المحاصيل.

موثوق به حلول إنترنت الأشياء للزراعة العمودية يساعد المشغلين على مراقبة هذه التغييرات في الوقت الفعلي، واكتشاف مشاكل المعدات في وقت مبكر، والحفاظ على ظروف محاصيل أكثر اتساقًا.

تشمل أهم المعايير التي يجب مراقبتها في المزرعة العمودية ما يلي:

• درجة حرارة الهواء والرطوبة
• تركيز ثاني أكسيد الكربون
• PAR وPPFD والفترة الضوئية
• درجة حموضة المحلول المغذي والتوصيل الكهربائي
• درجة حرارة الماء والأكسجين المذاب
• مستوى المياه وتدفق الري
• رطوبة التربة والتوصيل الكهربائي لمنطقة الجذور
• حالة المضخة والمروحة والإضاءة والجرعات

لماذا تعتبر مراقبة المزارع العمودية مهمة؟

تعتمد المزارع العمودية بشكل كبير على الأنظمة الميكانيكية والكهربائية. فإذا تعطلت مضخة أو مروحة أو وحدة جرعات أو دائرة إضاءة، فقد تتغير حالة المحاصيل بسرعة.

تساعد المراقبة المستمرة المزارعين على:

• الحفاظ على ظروف نمو مستقرة
• الكشف عن التغيرات غير الطبيعية في وقت مبكر
• تقليل الفحص اليدوي
• تحسين الري وإدارة المغذيات
• قارن بين الرفوف المختلفة ومناطق الزراعة
• تلقي تنبيهات عند توقف المعدات عن العمل
• سجل البيانات لتحسين المحاصيل في المستقبل

لا يقتصر الهدف على جمع البيانات فحسب، بل يهدف إلى تحويل قراءات المستشعرات إلى قرارات أسرع وأكثر موثوقية.

1. درجة حرارة الهواء ورطوبته

تؤثر درجة الحرارة والرطوبة بشكل مباشر على نمو النبات، والنتح، وخطر الإصابة بالأمراض.

في المزارع متعددة الطبقات، قد تكون الرفوف العلوية أكثر دفئًا بسبب الإضاءة، بينما قد تحتفظ المناطق السفلية أو ذات الكثافة الزراعية العالية برطوبة أكبر. غالبًا ما لا يكفي وجود مستشعر واحد على مستوى الغرفة.

ينبغي وضع أجهزة الاستشعار بالقرب من أغطية المحاصيل التمثيلية وعلى ارتفاعات مختلفة للرفوف. ويجب عدم تركيبها مباشرة بجوار المصابيح أو الأبواب أو منافذ التهوية أو فوهات الري.

يمكن أيضًا استخدام بيانات درجة الحرارة والرطوبة لحساب نقص ضغط البخار، أو VPD، والذي يوفر مؤشرًا أكثر فائدة لظروف نتح النبات.

بالنسبة للمشاريع التي تشمل أيضًا التحكم في المناخ، فإن مبادئ التصميم المستخدمة في نظام مراقبة البيوت الزجاجية ويمكن تطبيقها أيضاً على بيئات الزراعة الداخلية.

2. ثاني أكسيد الكربون

تستهلك النباتات ثاني أكسيد الكربون خلال فترة الإضاءة. في غرف الزراعة المغلقة، قد تنخفض مستويات ثاني أكسيد الكربون إذا لم تتم إدارة التهوية أو التزويد بشكل صحيح.

تساعد مراقبة ثاني أكسيد الكربون المشغلين على:

• حقن ثاني أكسيد الكربون الخاضع للتحكم
• تجنب تناول المكملات الغذائية غير الضرورية
• قارن الظروف بين المناطق
• تنسيق التهوية والإضاءة
• الكشف عن سوء توزيع الهواء

ينبغي تركيب أجهزة استشعار ثاني أكسيد الكربون بالقرب من مستوى المحاصيل ولكن بعيدًا عن منافذ الغاز المباشرة وتدفق الهواء القوي.

3. الإشعاع الضوئي النشط (PAR)، وكثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD)، والفترة الضوئية

تُعد الإضاءة من أهم المدخلات في الزراعة الرأسية.

صُممت أجهزة قياس الإضاءة (لوكس) لقياس الرؤية البشرية، بينما يُعد كل من الإشعاع الضوئي النشط (PAR) وكثافة تدفق الفوتونات الضوئية (PPFD) أكثر صلة بعملية التمثيل الضوئي في النباتات. مستشعر الإشعاع النشط ضوئياً يمكن أن يساعد في قياس كمية الضوء التي يمكن أن تستخدمها النباتات والتي تصل إلى غطاء المحصول.

ينبغي أن تشمل عملية الرصد ما يلي:

• PAR و PPFD
• توحيد الإضاءة بين الرفوف
• حالة تشغيل المصباح
• فترة الإضاءة
• الإضاءة اليومية المدمجة

يساعد هذا في تحديد مناطق الإضاءة الضعيفة، والتركيبات القديمة، وارتفاع المصابيح غير الصحيح، وأخطاء جدول الإضاءة.

4. درجة حموضة المحلول المغذي والتوصيل الكهربائي

في المزارع العمودية المائية، يعتبر الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي من أهم معايير إدارة المغذيات.

يؤثر الرقم الهيدروجيني على توافر العناصر الغذائية، بينما يوفر التوصيل الكهربائي مؤشراً على التركيز الكلي للأيونات المذابة.

قد تحدث التغييرات بسبب:

• امتصاص النبات للماء والمغذيات
• تبخر
• جرعات الأسمدة
• إضافة الماء العذب
• تسرب
• سوء الخلط

كامل نظام مراقبة الزراعة المائية يمكن مراقبة درجة الحموضة والتوصيل الكهربائي بالإضافة إلى درجة حرارة الماء والأكسجين المذاب والمستوى والتدفق.

لا يمكن لـ EC تحديد العناصر الغذائية الفردية، لذلك ينبغي استخدامه كمؤشر تشغيلي بدلاً من تحليل كامل للعناصر الغذائية.

5. درجة حرارة الماء والأكسجين المذاب

تؤثر درجة حرارة الماء على نشاط الجذور وتوافر الأكسجين المذاب.

مع ارتفاع درجة حرارة الماء، قد ينخفض مستوى الأكسجين المذاب. وقد يُشكل هذا مشكلة في الزراعة المائية في المياه العميقة وأنظمة الزراعة المائية المُعاد تدويرها.

يمكن أن تساعد مراقبة الأكسجين المذاب في الكشف عن:

• معدات التهوية المعطلة
• ضعف الدورة الدموية
• ارتفاع درجة حرارة الماء
• خطوط الهواء المسدودة
• زيادة كثافة الجذور

لذلك ينبغي تقييم درجة حرارة الماء والأكسجين المذاب معًا.

6. مستوى الماء وتدفق الري

لا يعني تشغيل المضخة بالضرورة أن المحاصيل تحصل على كمية كافية من الماء.

يمكن أن تؤدي الأنابيب المسدودة والصمامات المغلقة ووجود فقاعات الهواء وتآكل المضخات إلى انخفاض أداء الري.

يمكن لرصد مستوى المياه وتدفقها الكشف عما يلي:

• انخفاض مستويات المغذيات في الخزان
• خطر الفيضان
• تسرب الأنابيب
• خطوط الري المسدودة
• انخفاض أداء المضخة
• استهلاك غير متوقع للمياه

يمكن لهذه القياسات أيضًا دعم إعادة التعبئة التلقائية وحماية المضخة عند انخفاض مستوى السائل.

7. رطوبة الركيزة والتوصيل الكهربائي لمنطقة الجذور

لا تستخدم جميع المزارع العمودية الزراعة المائية ذات الجذور العارية. يستخدم الكثير منها ألياف جوز الهند أو الصوف الصخري أو ركائز أخرى.

في هذه الأنظمة، قد لا تعكس قياسات الخزانات بدقة الظروف المحيطة بالجذور.

A مستشعر EC للركيزة يمكن أن يساعد في مراقبة الملوحة بالقرب من منطقة الجذور. مستشعر رطوبة الركيزة EC يمكن الجمع بين قياسات الرطوبة ودرجة الحرارة والتوصيل الكهربائي.

تساعد هذه القراءات المزارعين على التكيف:

• توقيت الري
• مدة الري
• تركيز العناصر الغذائية
• إدارة الصرف
• جداول التنظيف

ينبغي تركيب أجهزة الاستشعار في منطقة الجذور النشطة بدلاً من تركيبها مباشرة بجانب جهاز الري.

8. حالة المعدات

ينبغي أن تشمل مراقبة المزارع العمودية أيضاً المعدات التي تحافظ على بيئة النمو.

تشمل المعدات المهمة ما يلي:

• مضخات الري
• مضخات جرعات المغذيات
• الجماهير
• وحدات تكييف الهواء
• أجهزة إزالة الرطوبة
• الصمامات
• دوائر الإضاءة
• أنظمة التهوية
• بوابات وأجهزة تحكم إنترنت الأشياء

إن الجمع بين قراءات المستشعرات وحالة المعدات يجعل الإنذارات أكثر فائدة.

على سبيل المثال، من المفترض أن يُظهر جهاز إنذار الرطوبة العالية ما إذا كانت مروحة الدوران أو مزيل الرطوبة قد توقف.

بنية مراقبة المزارع العمودية الموصى بها

يتضمن نظام مراقبة المزارع العمودية النموذجي أربع طبقات.

1. طبقة الاستشعار

يشمل ذلك درجة الحرارة والرطوبة وثاني أكسيد الكربون والإشعاع الضوئي النشط ودرجة الحموضة والتوصيل الكهربائي والأكسجين المذاب ومستوى الماء والتدفق وأجهزة استشعار الركيزة.

2. طبقة الاتصال

تتصل أجهزة الاستشعار بوحدة تحكم أو وحدة طرفية عن بعد أو مسجل بيانات أو بوابة من خلال طرق مثل:

• مودبوس RS485
• الإشارات التناظرية
• لوراوان
• إيثرنت
• واي فاي
• 4G
• MQTT
• تكامل واجهة برمجة التطبيقات (API)

3. طبقة المنصة

توفر المنصة ما يلي:

• لوحات معلومات في الوقت الفعلي
• الاتجاهات التاريخية
• مقارنة متعددة المناطق
• إشعارات الإنذار
• تصدير البيانات
• الوصول عن بعد
• تكامل واجهة برمجة التطبيقات (API)

4. طبقة التحكم

يمكن ربط بيانات المراقبة بما يلي:

• مضخات
• الصمامات
• الجماهير
• إضاءة
• معدات ثاني أكسيد الكربون
• أنظمة جرعات المغذيات
• أجهزة إزالة الرطوبة

JW-IoT حلول إنترنت الأشياء للزراعة الذكية دمج أجهزة الاستشعار وأجهزة الاتصال ومنصات الحوسبة السحابية ومعدات التحكم للزراعة الرأسية والزراعة المائية والزراعة في بيئات مُتحكم بها.

ما هي المعايير التي يجب إعطاؤها الأولوية؟

بالنسبة لمزرعة عمودية أساسية للخضراوات الورقية، فإن الأولويات الأولى عادة ما تكون:

1. درجة الحرارة والرطوبة
2. جدول PAR والإضاءة
3. درجة حموضة المحلول المغذي والتوصيل الكهربائي
4. درجة حرارة الماء
5. مستوى الماء وتدفقه
6. حالة المضخة والطاقة

قد تتطلب الأنظمة الأكثر تطوراً أيضاً مراقبة ثاني أكسيد الكربون، وضغط بخار الماء، والأكسجين المذاب، والتوصيل الكهربائي لمنطقة الجذور، ومراقبة الطاقة، والتحكم الآلي في المغذيات.

ينبغي أن يعتمد التكوين النهائي على:

• نوع المحصول
• طريقة الزراعة
• عدد الرفوف
• تصميم الري
• نظام الإضاءة
• متطلبات الأتمتة
• البنية التحتية للاتصالات

أخطاء شائعة في المراقبة

1. استخدام عدد قليل جدًا من أجهزة الاستشعار

لا يمكن لجهاز استشعار واحد أن يمثل كل رف في مزرعة عمودية كبيرة.

2. سوء وضع المستشعر

قد تعطي أجهزة الاستشعار الموضوعة بجانب الأضواء أو فتحات التهوية أو منافذ المغذيات قراءات غير دقيقة.

3. مراقبة الخزان دون مراقبة الجذور

قد يبدو الرقم الهيدروجيني (pH) والتوصيل الكهربائي (EC) في الخزان طبيعيين بينما تصبح رطوبة أو ملوحة منطقة الجذور غير مناسبة.

4. جمع البيانات بدون إنذارات

لوحة التحكم ليست كافية إذا لم يراقبها أحد باستمرار.

5. الأتمتة بلا حدود للسلامة

ينبغي أن تتضمن المضخات وأنظمة الجرعات أوقات تشغيل قصوى وفترات تأخير وإمكانية التجاوز اليدوي.

6. تجاهل المعايرة

تتطلب أجهزة استشعار الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي والأكسجين المذاب تنظيفًا ومعايرة منتظمة.

كيف يدعم نظام JW-IoT مراقبة المزارع العمودية

توفر شركة JW-IoT حلولاً متكاملة من أجهزة الاستشعار إلى المنصات للمزارع العمودية، وأنظمة الزراعة المائية، والبيوت الزجاجية، وغيرها من مشاريع الزراعة ذات البيئة المتحكم بها.

يمكن للنظام الكامل أن يدمج ما يلي:

• مستشعرات درجة حرارة الهواء والرطوبة
• مستشعرات ثاني أكسيد الكربون
• مستشعرات PAR
• أجهزة استشعار درجة حموضة الماء والتوصيل الكهربائي
• مستشعرات الأكسجين المذاب
• أجهزة استشعار درجة حرارة الماء ومستواه وتدفقه
• مستشعرات رطوبة الركيزة والتوصيل الكهربائي
• أجهزة RS485 Modbus
• بوابات LoRaWAN أو 4G
• لوحات معلومات سحابية وتنبيهات
• الري والضوابط البيئية

ال نظام مراقبة الزراعة العمودية JW-IoT يمكن تهيئتها وفقًا لنوع المحصول، وطريقة الزراعة، وعدد المناطق، ومستوى الأتمتة المطلوب.

خاتمة

ينبغي للمزرعة العمودية أن تراقب أكثر من مجرد درجة الحرارة والرطوبة.

تجمع الأنظمة الأكثر فعالية بين بيانات المناخ والإضاءة ومحلول المغذيات ومنطقة الجذور والري والمعدات في منصة واحدة.

كحد أدنى، ينبغي على معظم المزارع مراقبة ما يلي:

• درجة الحرارة والرطوبة
• جدول PAR والإضاءة
• الرقم الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي
• درجة حرارة الماء
• مستوى الماء وتدفقه
• حالة المضخة والمعدات

ينبغي على المزارع المتقدمة أيضًا مراعاة ثاني أكسيد الكربون، وضغط بخار الماء، والأكسجين المذاب، وظروف منطقة الجذور، واستخدام الطاقة.

تساعد البيانات الموثوقة من المواقع الصحيحة المزارعين على الحفاظ على ظروف مستقرة، واكتشاف حالات الفشل في وقت مبكر، وتحسين اتساق إنتاج المحاصيل.

لتخطيط تكوين مناسب لأجهزة الاستشعار والبوابات ومنصة المراقبة،, تواصل مع JW-IoT مع تحديد نوع المحصول، وطريقة الزراعة، وعدد الرفوف، والمعايير المطلوبة.

الأسئلة الشائعة

1. ما هي أهم معايير مراقبة المزارع العمودية؟

المعايير الرئيسية هي درجة الحرارة، والرطوبة، وثاني أكسيد الكربون، والإشعاع الضوئي النشط، ودرجة الحموضة، والتوصيل الكهربائي، ودرجة حرارة الماء، والأكسجين المذاب، ومستوى الماء، وتدفق الري، وحالة المعدات.

2. كم عدد أجهزة الاستشعار التي تحتاجها المزرعة العمودية؟

يعتمد العدد على حجم المزرعة، وارتفاع الرفوف، وتدفق الهواء، ونوع المحصول، ومناطق الري. عادةً ما تتطلب المنشآت الكبيرة أجهزة استشعار على مستويات رفوف متعددة.

3. لماذا ينبغي على المزارع العمودية مراقبة الإشعاع الضوئي النشط (PAR) بدلاً من قياس الإضاءة (lux)؟

يقيس كل من PAR و PPFD الضوء الذي يمكن للنبات استخدامه، بينما يعتمد اللوكس على الحساسية البصرية البشرية.

4. هل يكفي قياس الرقم الهيدروجيني (pH) والتوصيل الكهربائي (EC) لمراقبة العناصر الغذائية؟

إنها مؤشرات تشغيلية أساسية، لكن التوصيل الكهربائي لا يُظهر تركيز كل عنصر غذائي على حدة.

5. هل تحتاج كل مزرعة عمودية إلى مراقبة الأكسجين المذاب؟

وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص في زراعة المياه العميقة وأنظمة الزراعة المائية المعاد تدويرها.

6. هل يمكن أتمتة مراقبة المزارع العمودية؟

نعم. يمكن لبيانات المستشعرات التحكم في المضخات والصمامات والأضواء والمراوح وأنظمة ثاني أكسيد الكربون ومعدات جرعات المغذيات.

7. هل يمكن توصيل مستشعرات JW-IoT بوحدة تحكم موجودة؟

يمكن لأجهزة JW-IoT دعم واجهات مثل RS485 Modbus، والإشارات التناظرية، وLoRaWAN، و4G، وMQTT، وتكامل واجهة برمجة التطبيقات (API).

8. هل توفر شركة JW-IoT أنظمة مراقبة كاملة للمزارع العمودية؟

نعم. يمكن لشركة JW-IoT توفير أجهزة الاستشعار والبوابات ومسجلات البيانات وتكامل المنصة السحابية وأجهزة الإنذار ومكونات التحكم.