مستشعرات رطوبة التربة ومستشعرات المطر ومقاييس التدفق للري

ما حساس رطوبة التربة وكيف يساعد في الري؟

حساس رطوبة التربة هو مجس يُدفن في منطقة الجذور ويقيس إما كمية الماء التي تحتفظ بها التربة (المحتوى المائي الحجمي، بوحدة %) أو قوة احتفاظ التربة به (شدّ ماء التربة، بوحدة الكيلوباسكال أو السنتيبار)، ليتمكن المزارعون من الري عندما تحتاج النباتات فعليًا إلى الماء بدلًا من الاعتماد على مؤقّت ثابت. وبدمجه مع حساسات المطر ومقاييس التدفق، يحوّل نظام الري من التخمين إلى ري قائم على القياس وقابل للتحقق.

يقارن هذا الدليل بين الأنواع الرئيسية للحساسات، ويقدّم عتبات معتادة لبدء الري، ويوضح كيفية تركيب المجسات، ويشرح دور حساسات المطر ومقاييس تدفق الري في المزارع والصوبات الزراعية والمشاتل. ولاختيار وحدة التحكم نفسها، راجع دليلنا حول وحدات التحكم الذكية في الري.

مقارنة بين أنواع حساسات رطوبة التربة

تنقسم حساسات رطوبة التربة إلى فئتين: حساسات الشدّ، التي تبيّن مقدار الجهد الذي تبذله الجذور لاستخلاص الماء، والحساسات الحجمية، التي تبيّن كمية الماء الموجودة في التربة. ويصلح النوعان لجدولة الري؛ ويتوقف الاختيار المناسب على التربة والمحصول والميزانية والطريقة التي تريد قراءة البيانات بها.

تصلح وحدة مستشعر مقاومي ذات سنّين، تُباع لهواة الإلكترونيات، لنبات في أصيص أو مشروع صفي، كما تساعد مستشعرات رطوبة الحدائق البسيطة المغروسة في التربة أصحاب المنازل على تحديد موعد الري. أما شبكات المستشعرات التي تُوجّه قرارات الري في المزارع، فتُعد مجسات السعة الكهربائية ومستشعرات شد ماء التربة الخيار المهني المعتمد.

كيف تستخدم حساس رطوبة التربة لجدولة الري؟

تُجدول الري باستخدام مستشعر رطوبة التربة عبر تحديد عتبة تعويض الرطوبة التي يبدأ عندها الري، وعتبة الامتلاء التي يتوقف عندها، ثم متابعة حركة القراءات بينهما. والهدف هو إبقاء منطقة الجذور بين السعة الحقلية والنقطة التي يبدأ عندها إجهاد المحصول.

العتبات المعتادة لبدء الري

تعتمد عتبات بدء الري على قوام التربة والمحصول ومرحلة النمو. وتنشر خدمات الإرشاد الزراعي الجامعية قيمًا خاصة بكل محصول؛ أما النطاقات التالية فهي نقاط بداية شائعة لمستشعرات شد ماء التربة، تُضبط لاحقًا بناءً على الملاحظة الميدانية:

• الترب الرملية: تُروى عند نحو 10–30 kPa، لأن الرمل يحرر معظم مائه المتاح عند شد منخفض.
• الترب الطميية: تُروى عند نحو 30–50 kPa.
• الترب الطينية والطميية الطينية: تُروى عند نحو 50–80 kPa لكثير من المحاصيل الحقلية.
• الخضروات سطحية الجذور المروية بالتنقيط: تُحافظ عادةً على رطوبة أعلى، باتجاه الطرف الأدنى من هذه النطاقات.

عند استخدام مستشعرات المحتوى المائي الحجمي، يراقب المزارعون عادةً شكل المنحنى بدلًا من الاعتماد على رقم مطلق: ترتفع القراءة فجأة بعد الري، وتنخفض سريعًا مع تصريف الماء، ثم تستقر عند السعة الحقلية. وتُحدد عتبة تعويض الرطوبة عند النقطة التي يتباطأ فيها الانخفاض اليومي، ما يدل على أن الجذور بدأت تواجه صعوبة في امتصاص الماء.

الصوبات الزراعية والمحاصيل المزروعة في أوساط زراعية

في الصوبات الزراعية التي تستخدم ألياف جوز الهند أو الصوف الصخري أو الخث، تقيس مستشعرات رطوبة وسط الزراعة المحتوى المائي وEC (التوصيل الكهربائي) داخل لوح وسط الزراعة، وغالبًا ما تُستخدم مع قياسات نسبة التصريف وموازين الوزن. وتبدأ أنظمة كثيرة الري بناءً على الإشعاع الشمسي المتراكم، وتستخدم قراءات الرطوبة لضبط حجم دفعة الري وتوقيتها بدقة. ويغطي دليل أنظمة الري في الصوبات الزراعية لدينا هذه الاستراتيجيات.

كيفية تركيب حساسات رطوبة التربة

موضع المستشعر أهم من علامته التجارية: فالمجس المثبّت جيدًا في موضع ممثل لظروف الموقع يتفوق على مجس مرتفع الثمن في موضع غير مناسب. اتبع هذه الخطوات:

1. اختر مواقع ممثلة للظروف السائدة. ضع محطات القياس في تربة تمثل كل منطقة ري، مع تجنب المواضع المنخفضة وحواف الحقول ومسارات العجلات. استخدم محطة واحدة على الأقل لكل منطقة، وزد العدد حيث تتباين التربة.
2. ضع المجس داخل منطقة البلل. في الري بالتنقيط، ثبّت المجس بالقرب من خط المنقطات، عادةً على بُعد 10–30 cm (4–12 in) من أحد المنقطات وبالقرب من صف النباتات.
3. ثبّت المستشعرات على عمقين أو أكثر. للخضروات، يكون ذلك عند نحو ثلث وثلثي عمق الجذور، مثلًا عند 15 cm و30 cm (6 و12 in). وللبساتين والكروم، غالبًا عند 30 cm و60 cm (1 و2 ft) أو أعمق.
4. اضمن تلامسًا جيدًا مع التربة. استخدم مثقاب تربة بقطر مناسب، وأضف مزيجًا طينيًا من التربة والماء لمستشعرات شد ماء التربة، وتجنب الفراغات الهوائية حول مجسات السعة الكهربائية.
5. احمِ الكابلات ومسجلات البيانات من الآلات والقوارض وأشعة الشمس، وضع علامة على الموقع.
6. اترك المستشعرات حتى تستقر لعدة دورات ري قبل الاعتماد على القراءات، ثم قارنها بقياس بمسبار يدوي أو باختبار تحسس التربة.

يوضح المستشعر الأعمق ما إذا كانت مياه الري تصل إلى أسفل منطقة الجذور أم تتجاوزها؛ فإذا ارتفعت قراءته بشدة بعد كل رية، فإن دورات الري أطول من اللازم.

ما وظيفة حساس المطر في نظام الري؟

مستشعر المطر مفتاح صغير يوقف عمل وحدة التحكم الآلي في الري بعد هطول كمية محددة من المطر، فلا تعمل الرشاشات أثناء العاصفة أو بعدها مباشرةً. وتستخدم معظم هذه المستشعرات أقراصًا استرطابية تنتفخ عند البلل وتفتح الدائرة الكهربائية؛ وتعود إلى وضعها الأصلي عندما تجف الأقراص. وتتيح الوحدات المعتادة ضبط الإيقاف عند هطول نحو 3–20 mm (1/8–3/4 in) من المطر، ويشتمل كثير منها على مستشعر تجمد يمنع الري قرب درجة التجمد.

• مستشعر المطر للرشاشات ومستشعر المطر للحدائق: وحدات سلكية أو لاسلكية تُثبّت على حافة سقف أو عمود في موضع مكشوف للسماء، وتُوصل بأطراف المستشعر في وحدة التحكم.
• اللوائح: تشترط بعض الولايات الأمريكية، ومنها فلوريدا، تركيب جهاز لإيقاف الري عند هطول المطر في أنظمة الري الآلي للمسطحات العشبية؛ تحقّق من المتطلبات المحلية السارية.
• في المزارع: يُعد مستشعر المطر وسيلة أمان مفيدة لتعطيل الري في المشاتل المكشوفة ومناطق الحقول، لكنه يرصد هطول المطر فقط، ولا يعرف مدى رطوبة منطقة الجذور. وتوفر مستشعرات رطوبة التربة ومحطات الطقس داخل المزرعة التي تحسب التبخر والنتح (ET) جدولة أفضل بكثير.

مقاييس التدفق وحساسات التدفق للري

يقيس عداد تدفق مياه الري كمية المياه التي تتلقاها كل منطقة فعليًا، ما يجعله أفضل أداة منفردة للكشف عن التسربات والانسداد ومشكلات المضخات. كما يدعم إعداد تقارير استخدام المياه وإضافة جرعات الأسمدة بالتناسب مع التدفق.

أنواع عدادات تدفق مياه الري

• العدادات الميكانيكية التوربينية ومتعددة النفاثات: عدادات متينة ومعقولة التكلفة لتدفق مياه الري، مزودة بقرص لعرض الحجم التراكمي ومخرج نبضي اختياري.
• عدادات وولتمان: عدادات توربينية كبيرة القطر للخطوط الرئيسية التي يبلغ قطرها نحو 50 mm (2 in) فأكثر.
• العدادات الكهرومغناطيسية (mag): بلا أجزاء متحركة، مع فقد ضغط منخفض جدًا ودقة عالية؛ تتحمل المياه المتسخة، لكنها تحتاج إلى مياه موصلة للكهرباء ومصدر طاقة.
• عدادات الموجات فوق الصوتية: تُركب ضمن خط الأنابيب أو تُثبّت خارجيًا عليه، وتفيد في تحديث الأنظمة القائمة دون قطع الأنابيب.
• مستشعرات التدفق ذات العجلة المجدافية والمستشعرات المعتمدة على تأثير هول: مستشعرات تدفق صغيرة تُركب ضمن الخط ولها مخرج نبضي، وتشيع في وحدات التحكم ووحدات التسميد بالري.

كيفية استخدام بيانات التدفق

سجّل التدفق الطبيعي لكل منطقة عندما يكون النظام جديدًا ونظيفًا. بعد ذلك، تشير القراءة الأعلى بكثير من القيمة المرجعية إلى تسرب أو تمزق في خط فرعي؛ وتشير القراءة الأدنى منها إلى انسداد أو مرشح متسخ أو صمام لا يفتح بالكامل. ويمكن لكثير من وحدات التحكم إيقاف ري منطقة تلقائيًا عند ارتفاع التدفق. ركّب العدادات مع مقاطع أنابيب مستقيمة قبلها وبعدها وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة، وغالبًا ما يكون طول المقطع على كل جانب عدة أضعاف قطر الأنبوب، وضعها بعد المرشح لحماية الأجزاء المتحركة. ويوضح دليل صيانة الري بالتنقيط وإصلاحه لدينا كيفية التعامل مع تغيرات التدفق.

أنظمة مراقبة الرطوبة اللاسلكية والحساسات الذكية

تربط المراقبة اللاسلكية مستشعرات الحقل بلوحة متابعة أو وحدة تحكم، فتُتاح القراءات على الهاتف دون الحاجة إلى التجول في كل قطعة زراعية. وعادةً ما يرسل مستشعر الرطوبة الذكي أو عداد التدفق اللاسلكي بياناته عبر إحدى الشبكات التالية:

• Wi-Fi: مناسب بالقرب من المباني والصوبات الزراعية؛ ويلائم مستشعر تدفق يعمل عبر Wi-Fi وحدات التحكم الرئيسية القريبة من المكتب.
• LoRa / LoRaWAN: مدى طويل (غالبًا عدة كيلومترات في المناطق المفتوحة) مع استهلاك منخفض للطاقة، وهو خيار شائع لمحطات القياس الحقلية.
• الشبكات الخلوية NB-IoT أو LTE-M أو 4G: لا تحتاج إلى بوابة اتصال حيث تكون التغطية جيدة.
• المخرجات السلكية: SDI-12 أو RS-485/Modbus أو 4–20 mA أو 0–5 V للاتصال المباشر بوحدات التحكم ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).

تتيح أجهزة مراقبة الري التي تجمع بيانات رطوبة التربة والتدفق والضغط والطقس لمدير واحد الإشراف على مناطق عديدة وتوثيق استخدام المياه. اطّلع على الزراعة الذكية باستخدام IoT لمعرفة كيفية بناء هذه الأنظمة، وعلى نظام الري الزراعي بتقنية IoT للاطلاع على مثال لوحدة تحكم رئيسية متصلة.

اختيار الحساسات: قائمة تحقق للمشتري

اختر المستشعرات بحسب القرار الذي تريد أن تدعمه، ثم طابق المخرجات والطاقة ووسائل الاتصال مع وحدة التحكم لديك. حدّد البنود التالية عند طلب عروض الأسعار:

• القياس: المحتوى المائي الحجمي أو شد ماء التربة أو كلاهما؛ وأضف درجة حرارة التربة وEC إذا كنت تستخدم التسميد بالري.
• الأعماق وعدد محطات القياس في كل منطقة، وما إذا كنت تحتاج إلى مجسات تقيس قطاع التربة على أعماق متعددة.
• المخرج والبروتوكول: SDI-12 أو Modbus أو 4–20 mA أو 0–5 V أو مخرج نبضي للتدفق.
• الطاقة: عمر البطارية، أو خيار اللوح الشمسي، أو التغذية من وحدة التحكم.
• الاتصال: Wi-Fi أو LoRaWAN أو شبكة خلوية أو توصيل سلكي بوحدة التحكم الرئيسية.
• مقاس عداد التدفق وتصنيف ضغطه ودقته لكل منطقة أو للخط الرئيسي.
• المتانة: أغلفة لمستشعرات الرطوبة الخارجية مصنفة لتحمل الدفن والأشعة فوق البنفسجية والقوارض.

عند إقران شبكة مستشعرات رطوبة التربة بوحدة تحكم تتصرف بناءً على البيانات، فإنها تسترد تكلفتها عادةً من خلال توفير المياه والطاقة، وزيادة استقرار الإنتاج، والإنذار المبكر بأعطال النظام.

الخطوات التالية

تصنّع Mars Vertical Farm وحدات تحكم رئيسية للري وآلات للتسميد بالري جاهزة لتقنية IoT، وتستقبل مدخلات الرطوبة والتدفق وEC/pH. تصفّح مجموعة معدات الري والتسميد بالري، أو أخبرنا بمحصولك ومناطق الري والشبكة التي تفضلها لنقترح حزمة مستشعرات وتحكم، مع توريد مباشر من المصنع وتهيئة مخصصة.