کاربرد لیزر در کشاورزی | بررسی مزایا و چالش ها

کاربرد لیزر در کشاورزی شامل موارد زیر می‌باشد؛

تجزیه و تحلیل خاک به کمک فناوری لیزر

خاک حاوی موادی همچون آب، اکسیژن، مواد آلی و مواد معدنی است که برای رشد گیاهان و تولید محصولات سالم لازم هستند. به دلیل افزایش چشمگیر فعالیت انسان بر روی زمین، تولید مواد خطرناک و آلوده صنعتی و نفوذ آنها به خاک از طریق جذب این مواد توسط گیاهان، اکوسیستم و سلامت انسان‌ها و حیوانات را بسیار به خطر انداخته است. به همین خاطر نظارت دقیق بر ترکیب و نوع خاک در امر کشاورزی نه تنها برای سلامت محیط زیست بلکه برای سلامت انسان‌ها و همه موجودات امری ضروری است.

LIBS ابزاری است که به کمک لیزر قوی، تجزیه و تحلیل دقیق عنصر خاک را انجام می‌دهد. این ابزار از طریق طیف‌های نوری و با کمک طول موج که نوع عنصر خاک را نشان می‌دهد و شدت موج که غلظت خاک را مشخص می‌کند، ترکیب شیمیایی خاک و مواد مغذی، فلزات سنگین و آلاینده‌های سمی را نشان می‌دهد و با به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی، امکان کشاورزی و تولید محصول سالم را فراهم می‌سازد. در این زمینه نیز یک تحقیق منتشر شده در Science of the Total Environment ، از توانایی LIBS، برای تجزیه و تحلیل درشت مغذی‌ها ( Mg، Ca، K، P ) و ریزمغذی‌ها ( Fe، Cu، Na، Zn Mn ) در کودهای خاک نشان داده است که این روش به طور قابل توجهی، تجزیه و تحلیل کیفی کودهای خاک را بدون نیاز به آماده سازی نمونه شیمیایی امکانپذیر می‌کند.

تحریک زیستی به کمک لیزر

تحریک زیستی روشی برای افزایش جوانه زنی بذر و رشد گیاهان است. هنگامی که دانه گیاهان در معرض موج‌های لیزر قرار می‌گیرند، فوتون‎‌های لیزر توسط مولکول‌ها جذب و یکسری فعل و انفعالات شیمیایی را که باعث افزایش جوانه زنی و افزایش طول ریشه و ساقه گیاهان می‌شوند را ممکن می‌سازند. این روش به افزایش میزان پروتئین، آنتی اکسیدان و آنزیم‌های موجود در گیاهان هم کمک می‌کند تا بتوانند در مقابل خشکی هوا، شوری زمین و بیماری‌ها مقاوم باشند.

تسطیح زمین به کمک فناوری لیزر

تسطیح زمین به کمک لیزر، روشی با دقت سانتی متری در امر کشاورزی است. در این سیستم‌ها، فرستنده و گیرنده لیزر، با ارسال و دریافت پرتوهای لیزر که شامل اطلاعات مربوط به ارتفاع ناهمواری های زمین است، درجه بندی دقیق و عمل هموارسازی را انجام می‌دهند. طبق تحقیقات صورت گرفته، استفاده از تسطیح لیزری زمین ، 25 تا 30 درصد در صرف جویی مصرف آب و 5 تا 30 درصد در افزایش محصول موثر است. همچنین در این روش، امکان کنترل علف‌های هرز، افزایش مناطق قابل کشت، کارآیی کود و در نهایت افزایش تولید و سوددهی محصول نیز وجود دارد.

کنترل علف‌های هرز با کمک فناوری لیزری

روش‌های از بین بردن و کنترل علف‌های هرز در کشاورزی مانند استفاده از علف کش‌ها و یا خاک ورزی، مشکلات زیستی بسیاری را به دنبال دارد که سلامت انسان‌ها را نیز تهدید می‌کند؛ اما تابش پرتوهای لیزر بر روی علف‌های هرز، منجر به گرم شدن موضعی علف‌ها و به دنبال آن بی آبی و خشکی آنها می شود. بنابراین بدون آنکه آسیبی به گیاهان زراعی وارد شود، از رشد علف های هرز جلوگیری شده و از بین می روند. مطالعه ای که در Arogonomy منتشر شده، اثرات لیزر را بر روی گونه‌هایی از علف هرز خاص ( Brassica napus، Tripleurospermum inodorum و Stellaria media ) مورد بررسی قرار داده‌ است که در نتیجه آن محققان شاهد کاهش قابل توجهی از رشد علف‌های هرز و در موارد معدودی، از بین رفتن کامل آنها بوده‌اند.

کمک به فناوری‌های جدید

با استفاده از حسگرهای لیزر می‌توان با بالا بردن میدان دید، امکان نقشه برداری با وضوح بالا و مناسبی را به دست آورد و دسترسی سریعی به داده‌های مربوط به ارتفاع زمین، رطوبت خاک و سلامت محصول پیدا کرد. همچنین این داده‌ها را می‌توان با کمک هوش مصنوعی تجزیه و تحلیل نمود و با سیستم‌های کشاورزی دقیق ادغام کرد. به تازگی نیز دستگاه‌های لیزری از بین برنده علف‌های هرز یا به اصلاح Carbon Robotics LaserWeeder ، به عنوان بهترین روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی در کشاورزی معرفی شده اند که با از بین بردن حدود 5000 علف هرز در دقیقه، موفق به نابودی 99 درصد علف‌های هرز شده‌ و بدون وارد کردن آسیب به محصولات کشاورزی، در کاهش هزینه‌ها نیز موثر بوده‌اند.

پایداری محیط زیست با فناوری لیزری

یکی از عوامل موثر در تولید و افزایش گازهای گلخانه‌ای، کشاورزی است که تقریباً 5/13 درصد از فعالیت‌های انسان در این زمین را تشکیل می‌دهد؛ درحالی که استفاده از فناوری لیزر و سیستم‌های مبتنی بر آن می‌تواند با کاهش استفاده از مواد شیمیایی، به کمک محیط زیست و کشاورزی سالم بیاید و علاوه بر حفظ محیط زیست و حیوانات، محصولات سالمی را نیز در اختیار انسان‌ها قرار بدهد.