رشد روز افزون جمعیت و افزایش تقاضا برای غذا و از سوی دیگر محدودیت منابع طبیعی، عدم رعایت اصول محیط¬زیست، مشاهده اثرات منفی فعالیت های کشاورزی بر محیط‌ طبیعی و انسانی منجر به بروز مشکلات فراوانی در این بخش شده است. در این راستا نظام کشاورزی پایدار گامی موثر در راستای تحقق حرکت همگام با طبیعت و توسعه پایدار می باشد. به منظور دستیابی به کشاورزی پایدار اولین و مهمترین گام شناخت جامع و کامل استعدادها، قابلیت ها، محدودیت ها و موانع محیطی و انسانی در مناطق مختلف می باشد. با شناخت عوامل فوق می توان با انتخاب اراضی مناسب بر اساس توان سرزمین به کشت محصولات با بازدهی بالا، تولید بهینه، حفظ قابلیت های محدوده کشت و کیفیت محیط زیست، بهبود وضعیت اقتصادی – اجتماعی دست یافت.

در کشاورزی به دلیل ارتباط تنگاتنگی که با محیط زیست دارد، به منظور رسیدن به تولید بهینه محصولات و کارایی بالاتر نیازمند شناخت علمی اراضی کشاورزی می باشیم. از این رو به منظور شناسایی و حل مشکلات موجود در بخش کشاورزی و تولید بهینه، تلفیق اطلاعات و بهره گیری از روش های مدیریتی مناسب راهکاری موثر و قابل قبول می باشد. در این خصوص در جهت ایجاد کشاورزی پایدار، کم نهاده و با عملکرد بالا رویکردی جدید تحت عنوان کشاورزی دقیق یا مدیریت متناسب با مکان معرفی شده است. اساس مفهوم کشاورزی دقیق، فناوری اطلاعات است. مهمترین مولفه تکنولوژی های کشاورزی دقیق نظارت عملکرد می باشد که اغلب به عنوان یکی از شاخص های پذیرش کشاورزی دقیق مورد بررسی قرار گرفته است زیرا در تمام نقاط جهان نظارت عملکرد عمومی ترین تکنولوژی کشاورزی دقیق بوده که بیشترین پذیرش ها را به خود اختصاص داده است. در واقع کشاورزی هوشمند یا دقیق با هدف مدیریت دقیق نهاده ها، با بهره گیری از فناوری اطلاعات به شناسایی تمامی فاکتورهای موثر بر عملکرد مزرعه می پردازد. در واقع با نظارت دقیق بر تمامی مراحل عملیات زراعی از قبل کاشت تا پس از برداشت، اطلاعات جامع و دقیقی از شرایط محیطی و عوامل موثر بر محصول را ارائه می دهد. در این رویکرد با تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده می توان در جهت تولید بهینه محصولات سالیانه و کاهش هزینه های اقتصادی حرکت کرد.

تحقیقات در ارتباط با کشاورزی دقیق از اواسط 1980 در ایالات متحده، کانادا، استرالیا، اروپای غربی آغاز شد. کشاورزی هوشمند یک استراتژی مدیریتی می باشد که با استفاده از فناوری اطلاعات به استخراج اطلاعات از منابع مختلف به منظور تصمیم گیری مناسب برای تولید محصول می پردازد. این روش شامل مطالعه و مدیریت تغییرات در زمینه های موثر بر محصول می باشد. هم چنین شامل نمونه برداری، نقشه برداری، تجزیه و تحلیل و مدیریت در نواحی خاص با تغییرات زمانی و مکانی با توجه به حاصلخیزی خاک، جمعیت آفت و ویژگی های محصول است. جمع آوری اطلاعات، تجزیه و تحلیل اطلاعات حاصله، اتخاذ تصمیمات مدیریتی مناسب و در نهایت اعمال عملیات مدیریتی بر پایه اطلاعات بدست آمده از مراحل اساسی در کشاورزی دقیق می باشد. در این رویکرد با رعایت مسائل زیست محیطی و در نظر گرفتن تمامی جنبه ها، تغییرات زمانی و مکانی را برای رسیدن به تولید مناسب و پایدار مدیریت می کند. نظر به اینکه عوامل موثر بر رشد گیاهان زراعی از جمله خصوصیات خاک، گیاه، علف-های هرز و... در هر بخش از مزرعه متفاوت است باید بهینه سازی مصرف نهاده های تولید برای هر قسمت از مزرعه به صورت جداگانه صورت گیرد. به این ترتیب این رویکرد منجر به افزایش پتانسیل کارایی مدیریت مزرعه از طریق شناخت کامل منطقه مورد بررسی توسط مدیران بخش کشاورزی می گردد. این فناوری با برآوردن نیاز گیاه زراعی در هر نقطه، افزایش کارایی تولید و کاهش یا به حداقل رساندن اثرات محیطی ناشی از فعالیت های کشاورزی باعث ارتقا سود اقتصادی، سلامت محیطی، پذیرش اجتماعی و فعالیت های تولیدی کشاورزی می گردد.

می توان گفت توسعه بسیاری از فناوری ها در قرن بیستم زمینه را برای گسترش مفهوم کشاورزی دقیق فراهم آورده است. دستیابی به این کشاورزی مستلزم ترکیب فناوری های کامپیوتر و اینترنت، سیستم موقعیت یاب جهانی، سنجش از دور(RS)، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، سیستم های حمایت از تصمیم گیری مکانی (SDSS)، نقشه سازی محصولات سالیانه، مدل های شبیه سازی محصول (CSMs)، فناوری نرخ متغیر ((VRT، کنترل خودکار در مزرعه، محاسبات تلفن همراه از طریق برنامه-های کاربردی، پردازش اطلاعات پیشرفته، بخش ارتباطات از راه دور می باشد.

به طور کلی مهمترین فاکتورهای تغییرپذیر موثر بر تولید کشاورزی پایدار را می توان در شش گروه قرار داد:
1- تغییرپذیری محصول
توزیع محصولات فعلی و قبلی
2- تغییرپذیری مزرعه
توپوگرافی – ارتفاع، شیب، جهت، نزدیکی به مرز مزرعه و آبراهه¬ها
3- تغییرپذیری خاک
حاصلخیزی خاک – N, P, K, Ca, Mg, C, Fe, Mn, Zn, Cu؛ حاصلخیزی خاک بر اساس کوددهی؛ خصوصیات فیزیکی خاک – بافت، تراکم، توان مکانیکی، میزان رطوبت و هدایت الکتریکی؛ خصوصیات شیمیایی – pH، درصد مواد آلی، ظرفیت تبادل کاتیونی؛ میزان دسترسی گیاه، ظرفیت نگهداری آب و هدایت هیدرولیکی و عمق خاک.
4- تغییرپذیری محصول
تراکم محصول، ارتفاع محصول، استرس مواد مغذی برای محصول، استرس آب، خصوصیات بیوفیزیکی، شاخص سطح برگ (LIA)، بیوماس، کیفیت محصول.
5- تغییرپذیری در فاکتورهای غیر عادی
هجوم علف های هرز، حشرات، نماتدها، بیماری ها، خسارات باد
6- تغییرپذیری مدیریتی
فعالیت های کشت و کار، محصول هیبرید، نرخ بذرپاشی، برنامه¬های کوددهی، مقابله با آفات، الگوهای آبیاری.
بررسی تغییرات زمانی و مکانی فاکتورهای فوق و تجزیه و تحلیل آن با بکارگیری فناوری های سنجش از دور، سیستم مکان یاب جهانی و سیستم اطلاعات جغرافیایی مقدور می باشد. به منظور مدیریت صحیح مزرعه با در دسترس بودن فناوری های RS، GIS، GPS، پایش محصولات سالیانه و نمونه برداری از خاک مدیریت بر اساس نقشه به راحتی مقدور می باشد. این رویکرد نیازمند تهیه ی نقشه های مختلف و تحلیل آن است. قابلیت های GIS در این راستا به خوبی مثمر ثمر واقع می شود. پایگاه داده مکانی در GIS تشکیل شده و تهیه نقشه های مختلف در این محیط بر اساس اطلاعات سنجش از دور، نمونه برداری خاک، پایش محصولات سالیانه و حسگرهای مختلف بدست می آید. به طور کلی در مدیریت مزرعه دو نوع پایگاه داده شامل پایگاه داده ایستا و پویا تشکیل می شود. پایگاه داده ایستا شامل اطلاعات مکانی بر حسب موقعیت مزرعه می باشد. در پایگاه داده پویا هدف اصلی تشکیل اطلاعاتی از تمامی رویدادهای مزرعه طی سال می باشد و کاربر اجازه بازیابی اطلاعات در زمان مورد نیاز را دارد. این پایگاه داده نوع آبیاری، کوددهی، مراقبت از گیاه، عملیات حفاظت و اختلالات وارد شده در مزرعه در طول سال را ثبت می کند. پایگاه داده ایستا شامل داده های ایستا مانند داده های خاک، آب و اقلیم می باشد که این فاکتورها در دوره کوتاه تغییر نمی کنند. بنابراین داده های مرجع از خاک، آب و اقلیم بر حسب محل مزرعه در پایگاه داده ذخیره می شود. به منظور تحلیل تغییرات زمانی و مکانی می توان از روش های پیشرفته زمین آمار استفاده کرد. تکنیک های مدل سازی محصول به منظور پیش بینی تغییرات در رشد محصول و بیماری های محصول بر اساس شرایط اقلیمی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
منابع
کوچکی، ع.، شباهنگ، ج.، خرم دل، س.، عظیمی، ر.، عاقل، ح.، مستندسازی مدیریت زراعی مزارع با استفاده از سیستم های GIS و Arc View ( نمونه کاربردی، مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، نشریه پژوهش های زراعی ایران، جلد 8، شماره 6، بهمن – اسفند 1389، ص 919-909.
Nahry, A.H., Ali, A.A., Baroudy, A.A., An approach for precision farming under pivot irrigation system using remote sensing and GIS techniques, Agriculture Water Management 98 (2011) 517-531.
Zhang, N., Wang, M., Wang, N., Precision agriculture – a worldwide overview, Computers and Electronics in Agriculture 36 (2002) 113-132.