البيانات الاساسيه

السيره الذاتيه

محمد مرتضى رجب الشرقاوى

عنوان رسالة الماجستير

الدقة الزراعية بإستخدام تقنيات الإستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية لإدارة التربة والمحاصيل

ملخص رسالة الماجستير

تظهر الزراعة المحكمة كأسلوب لإدارة الأنشطة الزراعية مع العمل الجاد لإيجاد حل لبعض المشكلات ولزيادة الربح الزراعى بواسطة مزيد من المعلومات الدقيقة عن المصادر الزراعية (مياة - تربة - نبات ) .على سبيل المثال تكثيف الانتاج من خلال إدارة وسائل المدخلات المتغيرة مثل (معدلات التطبيق – نوع وكيفية الحرث – جدولة الرى ). أيضا الزراعة المحكمة مبنية على إدارة الحقول المنزرعة وفقا لنوع التربة فى المناطق المختلفة ولكى تحسن على تنمية المحاصيل وإنتاجيتها. العناصر التكنولوجية المتخصصة التى سوف تستخدم من أجل الادارة المتخصصة للزراعة المحكمة هى "نظم المعلومات الجغرافية – نظام تحديد الاحداثيات الارضية – أجهزة الاستشعار – معدل التغير فى الطلب – مراقبة مراحل نمو المحصول" الاستشعار عن بعد هو الأداة المثالية لتقييم الغطاء الأرضى وحالة المحاصيل مع التغيرات التى تحدث لها . نظم المعلومات الجغرافية تستخدم من أجل عمل قاعدة بيانات للزراعة المحكمة على سبيل المثال (خرائط الاستخدام والغطاء الارضى-نوع التربة – مستوى التغذية .....إلخ ) فى الطبقات وحساب هذة المعلومات لكل موقع فى الحقل . كما انها يمكن ان تستخدم التحليلات المتخصصة ما بين الطبقات لخرائط تطور الطلب ,جهاز تحديد الاحداثيات الارضية (GPS) يستخدم من اجل تحديد المواقع مثل انتاجية المحصول – حدود ونوع المحصول – عينات التربة ....إلخ . كما انه يتيح القدرة على العودة بصفة متكررة لنفس الموقع . تخزين هذة المعلومات فى نظم المعلومات الجغرافية يجعل من الممكن تحديث نماذج للتغير الفراغى للمحصول. التغيير الفراغى للمحصول معقد لاسباب عديدة تتضمن خصائص التربة والخصوبة وأسلوب الإدارة, نماذج نمو المحصول (الاحصائية والفراغية ) تعد ادوات ممتازة لتقييم هذة المدخلات المعقدة ولتزيد الفهم العميق لأسباب هذة التغيرات الفراغية. هذا العمل يتضمن إستعمال الزراعة المحكمة مع الطرق الحديثة لأخذ العيناتالفراغية وربط الاستشعار عن بعد بنظم المعلومات الجغرافية ونظم تحديد الاحداثيات الارضية. التربة تلعب دورا أساسيا فى إنتاج المحاصيل فهى الوسط الذى يمد المحاصيل بالمغذيات وخصائصها الطبيعية تحدد صلاحية هذة المغذيات وكمية إمدادها للمحصول. تفهم العلاقة بين إنتاجية المحصول ونوعية المحصول وخصائص التربة له أهمية عالية فى الزراعة المحكمة ,كما أن تحليل عينات التربة يعد خطوة هامة فى إستنباط موقع معلوماتى متخصص كى يكون أساس لإضافات الجبس وقرارات التسميد وتتبع حالة العناصر الغذائية فى التربة طوال الوقت . الميزانية واحدة من العوامل المؤثرة فى توازن العناصر المتاحة ونوعية وطريقة اخذ العينات الممثلة,لهذا الغرض افضل عينة ممثلة يجب أن تكون موضوعية "يجب ان تتبع قاعدة عدم التحيز والتكلفة". تهدف هذة الدراسة إلى التنبؤ وزيادة إنتاجية البطاطس بإستخدام الزراعة المحكمة عن طريق إستخدام التقنيات التكنولوجية الحديثة مثل (أجهزة الاستشعار –عينات التربة والأدلة النباتية – مراقبة مراحل نمو المحصول – GPS - GIS ) خطة البحث عملية تجميع البيانات والمعلومات: 1- بيانات الإستشعار عن بعد - بيانات القمر الامريكى متعدد الاطياف و الذى يحتوى 8 قنوات طيفية - بيانات القمر المصرى إيجبت سات1 لمنطقة الدراسة وذو دقة إيضاحية عالية 7.5م 2- الخرائط - الخرائط الطبوغرافية - خرائط التربة - الخرائط الجيولوجية والجيومورفولوجية 3- الدراسات السابقة تجميع البيانات ( الجيولوجية والجيومورفولوجية , التربة , الاراضى المستخدمة والغطاء الارضى , نوعية المحاصيل واحتياجاتها الطبيعية ,بيانات المناخ ) والتى تم تجميعها بواسطة دارسين اخرين والجامعات الاخرى لإستخدامها كمرشد للدراسة الحالية . معالجة الصور: • إجراء التصحيحات الهندسية والراديومترية وإزالة تأثير الجو على الصور. • تحويل الصور بإستخدام (تحليل المركبات الاساسية– دليل الغطاء الارضى ) • تقسيم الصورة العمل الحقلى: • وضع خطة فعالة ومثلى لاخذ عينات التربة • جمع عينات تربة وتحليلها معمليا للحقل المستكشف . • التحليل الاحصائى المكانى لتحديد العلاقة بين التربة والإنتاجية ونوعية المحصول للعينات المختلفة تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية: • إنتاج نماذج فراغية لتحديد وحدات الإدارة المختلفة للمحصول. • التحليل الإحصائى المكانى لتحديد العلاقة بين نوعية التربة وإنتاجية المحصول. • إنتاج الخرائط المختلفة لمنطقة الدراسة . الخرائط المنتجة: • إنتاج خرائط التربة , صلاحية التربة , الاراضى المستخدمة والأراضى المغطاة , الإنتاجية والمناطق المدارة للمنطقة تحت الدراسة . النتائج المتحصل عليها : أولا :- طريقة أخذ العينات. 1- أوضحت النتائج أن استخدام نظم المعلومات الجغرافية و جهاز تحديد الاحداثيات الارضية قد ساهما بشكل فعال فى زيادة كفائة الطريقة العشوائية المتماثلة الجانبين لاخذ العينات فى منطقة الدراسة. ثانياً:- نتائج التحليل الكيماوى لعينة المياة. 1- الاملاح الكلية الذائبة EC بلغ الرقم 0.85 مليموز/سم اى 554 ppm وهو يقع فى المدى المنخفض. 2- نسبة ادمصاص الصوديوم على حبيبات التربة SARبلغت هذة النسبة 4 فلا تسبب اى مشاكل فى التربة وخاصة فى الاراضى الرملية , لم يتم العثور على كمية من الكربونات فى العينة ,من نتائج تحليل عينة المياة اتضح ان الاملاح الكلية الذائبة تقع فى المدى المنخفض. ثالثاً:- خرائط التربة الرقمية. 1- باستخدام نظم المعلومات الجغرافية والنماذج الاحصائية التنبؤية امكن انتاج خرائط التربة المختلفة والتى شملت خرائط الملوحة , نسبة كربونات الكالسيوم , القوام , الاس الهيدروجينى , دليل الارتفاعات الرقمية , ميل سطح التربة , نسبة التشبع , نسبة كاتيون الصوديوم المدمص. 2- التربة ذات قوام رملى ناعم 3- نسبة المادة العضوية منخفضة ويجب اضافة كميات من المادة العضوية لهذة التربة . 4- نسبة كربونات الكالسيوم صغيرة فى بعض المناطق ومتوسطة فى مناطق اخرى لذا لاتعتبر هذة الارض من الاراضى الجيرية . 5- درجةالحموضةpH تراوحت درجتها فى العينات من 7.2 :8 وتميل للقلوية . رابعاً :- خرانط التنبؤ بالانتاجية باستخدام خرائط التربة الرقمية. 1- أظهرت النتائج ان استخدام قاعدة بيانات تشمل خرائط التربة الرقمية وتخزينها باستخدام نظم المعلومات الجغرافية و معالجتها بالنماذج الاحصائية التنبؤية تمكن من التنبؤ بالانتاجية لمحصول البطاطس قبل الزراعة بدقة عالية . خامساً :- خراط الادلة النباتية. 1- تشير نتائج الدراسة إلى أن تقدير إنتاجية محصول البطاطس بأستخدام دلائل الغطاء النباتي (NDVI, SAVI and LAI ) كان معنوياً إحصائياً 2- كانت أعلى قيم لأدلة الغطاء النباتي المستنبطة من بيانات الأستشعار عن بعد عند 60 يوم من عمر النبات بينما كانت ذات قيم منخفضة عند 90 يوم من الزراعة و30 يوم من الزراعة والذى يرجع إلى تداخل الأنعكاسات الطيفية للتربة مع الأنعكاسات الطيفية للنبات. 3- كما أن النماذج الاحصائية للتربة و نمو المحصول اعطت نتائج ايجابية. 4- كما قيم بنجاح أداء مؤشر دليل الغطاء النباتي (NDVI) ومؤشر الغطاء النباتي للتربة المعدل (SAVI) مع البيانات المقاسة والمتوقعة للمحصول. سادساً:- خرانط التنبؤ بالانتاجية باستخدام الادلة النباتية. 1- تم تطبيق التحليل الإحصائي الإنحدار الخطي المتعدد بإستخدام طريقة الإختيار المتدرج لتطوير معادلات تجريبية لتقدير قيم إنتاجية المحصول من قيم الأدلة النباتية. 2- أظهرت نتائج المعادلات تجريبية قيم مرتفعة المعنوية لمعامل التحديد (R2) بقيم 0.90 و 0.95 و 0.92 وكذلك معامل التحديد المعدل (Adjusted R2) كانت 0.89، 0.94 و 0.91 للمرحلة الأولية و مرحلة منتصف الموسم ومرحلة أخر الموسم بالترتيب. 3- وعلاوة على ذلك كان التحقق من صحة نتائج المعادلات التجريبية إظهرت أرتباط كبير بين معامل المحصول المحسوب والمتوقع بقيم 0.84 و 0.91 و 0.87 للمرحلة الأولية و مرحلة منتصف الموسم ومرحلة أخر الموسم بالترتيب . 4- كما أظهرت نتائج تحليل القيم المحسوبة والمتوقعة لكلا من الانتاجية المتوقعة والمحسوبة لمحصول البطاطس أن مرحلة منتصف الموسم كانت أعلى دقة من مراحل النمو الأخرى. ومن خلال النتائج التي تم الحصول عليها نوصي بإستخدام نظم المعلومات الجغرافية والنماذج الاحصائية التنبؤية و أجهزة الإستشعار و مراقبة مراحل نمو المحصول و جهاز تحديد الاحداثيات الارضية لزيادة الربح الزراعى بواسطة مزيد من المعلومات الدقيقة عن المصادر الزراعية. فبيانات الإستشعار عن بعد (Remote Sensing data) هو الأداة المثالية لتقييم الغطاء الارضى وحالة المحاصيل مع التغيرات التى تحدث لها .كما ان نظم المعلومات الجغرافية (GIS) تستخدم من أجل عمل قاعدة بيانات لمدخلات الزراعة المحكمة على سبيل المثال (خرائط الإستخدام والغطاء الارضى-نوع التربة – مستوى التغذية .....إلخ ) فى الطبقات وحساب هذة المعلومات لكل موقع فى الحقل. كما انها يمكن ان تستخدم التحليلات المتخصصة ما بين الطبقات لخرائط تطور الطلب. جهاز تحديد الاحداثيات الارضية (GPS) يستخدم من اجل تحديد المواقع مثل انتاجية المحصول – حدود ونوع المحصول – عينات التربة ....إلخ . كما انه يتيح القدرة على العودة بصفة متكررة لنفس الموقع .

عنوان رسالة الدكتوراه

الزراعة المحكمة باستخدام التقنيات الحديثة للاستشعار عن بعد فى المناطق القاحلة

ملخص رسالة الدكتوراه

تلعب خصائص التربة دورا رئيسيا في تحديد سبب وآثار اختيار المحاصيل والإنتاجية المحصولية. فمورفولوجيا التربة توضح خصائص التربة التى قد تسبب مشكلات مقلقة. تهدف الزراعة الدقيقة إلى إدارة الحقول وفقًا للطبوغرافيا واستهلاك المحاصيل للمياه وأنواع التربة في المناطق المختلفة وتأثيرها على إنتاجية المحاصيل. هدفت الدراسة الحالية إلى استخدام تقنيات متقدمة للاستشعار عن بعد كأداة لحل التحديات التي تواجه المناطق المستصلحة الجديدة ، لا سيما في الأراضي القاحلة مثل ندرة المياه ومشاكل التربة ، حيث ان الزراعة الدقيقة هي طريقة إدارة تهدف إلى الوصول إلى أعلى إنتاج باستخدام أدنى المدخلات مع الحفاظ على سلامة البيئة المحيطة وإدارة الحقول على أساس أنواع ووحدات التربة في مناطق مختلفة. وعلاوة على ذلك ، تناقش الدراسة تأثير تقنيات الزراعة الدقيقة على إنتاجية المحاصيل وتسلط الضوء على تطبيق تقنيات GPS لضبط اضافات الأسمدة بمعلومية محتوى التربة من الفوسفور المتاح والبوتاسيوم المتاح والعناصر الدقيقة للتربة. أيضا تحقيق الإدارة المتكاملة باستخدام تقنيات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية عن طريق إنتاج تضاريس التربة وخرائط التربة المختلفة مثل الخصائص الفيزيائية للتربة والملوحة ودرجة الحموضة و CaCO3 والفوسفور المتاح و للبوتاسيوم المتاح والعناصر الصغرى المتاحة كالحديد والزنك والمنجنيز والمرتبطة بإنتاجية المحصول بمواقع الدراسة. وعلاوة على ذلك، دراسة العلاقة بين الخصائص الطيفية للنباتات والعائد المحصولى واستخدام معدل الري المتغير في جدولة الري بدقة خمسة امتار مربعة. أيضا ناقشت الدراسة تأثير تقنيات الزراعة الدقيقة على إنتاجية المحاصيل وتسلط الضوء على تطبيق تقنيات GPS لضبط اضافات الأسمدة بمعلومية محتوى التربة من الفوسفور المتاح والبوتاسيوم المتاح والعناصر الدقيقة للتربة. العناصر التكنولوجية المتخصصة التى استخدمت من أجل الادارة المتخصصة للزراعة المحكمة هى بيانات القمر الصناعى الامريكى لاندسات 8 – بيانات القمر الالمانى رابيد آى - نظم المعلومات الجغرافية – النظام العالمى لتحديد الاحداثيات الارضية – أجهزة الاستشعار مثل جهاز الاسبكتروراديوميتر– معدل التغير فى الاضافات الحقلية – الدلائل النباتية (EVI – NDVI – SAVI) لمراقبة مراحل نمو المحصول. أعتمدت منهجية الدراسة على تجميع البيانات المناخية والمعلومات المتاحة عن نوع ووحدات التربة المختلفة والغطاء النباتى بمنطقتى الدراسة فى الصالحية بالاسماعيلية و شرق بنى سويف - جمع عينات لمياه الرى وعينات تربة ممثلة لوحدات التربة المختلفة بالاستعانة بجهاز تحديد الاحداثيات العالمى GPS - جمع بيانات الإستشعار عن بعد مثل بيانات القمر الامريكى لاندسات 8 متعدد الاطياف و الذى يحتوى 11 قناة طيفية وبيانات جهاز الاسبكتروراديوميتر الحقلى والذى يحتوى 2150 قناة طيفية - الخرائط الطبوغرافية وخرائط التربة والخرائط الجيولوجية والجيومورفولوجية من الدراسات السابقة. إجراء المعالجة اللازمة للمرئيات الفضائية مثل إجراء التصحيحات الهندسية والراديومترية وإزالة تأثير الجو على القيم الرقمية للبيانات والمرئيات الفضائية المستخدمة؛ أيضا تحويل المرئيات بإستخدام (تحليل المركبات الاساسية– دليل الغطاء الارضى) وأجراء عملية تصنيف المرئيات الفضائية الملتقطة أثناء مراحل النمو المختلفة.فمن خلال استخدام بيانات الاقمار الصناعية الامريكية غير المكلفة لاندسات و التى تتميز بتوافر نطاقات حرارية يمكن استخدامها لحساب الاستهلاك المائى اليومى للمحاصيل و ذات دقة 30متر مما سمح بمراقبة نمو المحصول بحساب الادلة النباتية مثل NDVI و SAVI لمراقبة نمو المحصول بما اعطى دلائل على الانتاجية المحصولية وأظهرت النتائج ان استخدام قاعدة بيانات تشمل خرائط التربة الرقمية وتخزينها باستخدام نظم المعلومات الجغرافية ومعالجتها بالنماذج الاحصائية التنبؤية تمكن من التنبؤ بالانتاجية لمحصول الفول السودانى قبل الزراعة بدقة عالية. كما أوضحت النتائج المتحصل عليها أن طريقة أخذ العينات باستخدام نظم المعلومات الجغرافية وجهاز تحديد الاحداثيات العالمى قد ساهما بشكل فعال فى زيادة كفائة الطريقة المنتظمة لاخذ العينات فى منطقتى الدراسة. أيضا نتائج التحليل الكيماوى لمياة الرى أوضحت ان الاملاح الكلية الذائبة EC تقع فى المدى المنخفض بمعدل 0.85ديسيمنز/متر. كما أظهرت خرائط التربة الرقمية انه باستخدام نظم المعلومات الجغرافية والنماذج الاحصائية التنبؤية امكن انتاج خرائط التربة المختلفة والتى شملت خرائط الملوحة , نسبة كربونات الكالسيوم , القوام , الاس الهيدروجينى , دليل الارتفاعات الرقمية , ميل سطح التربة , نسبة التشبع. بالاضافة لخرائط الفسفور المتاح والبوتاسيوم المتاح والعناصر الصغرى كالحديد والمنجنيز والبورون. خريطة المادة العضوية اظهرت نسب منخفضة للغاية ويجب اضافة كميات من المادة العضوية للتربة.نسبة كربونات الكالسيوم بمنطقة الصالحية كانت منخفضة فى بعض المناطق ومتوسطة فى مناطق اخرى لذا لاتعتبر هذة الارض من الاراضى الجيرية بينما كانت مرتفعة جدا بمنطقة شرق بنى سويف. تباينت درجة الحموضةpH حيث تراوحت درجتها فى العينات من 7.1 الى .28 قبل الزراعةوتميل و 7.6 الى 8.2 اثناء الزراعة للقلوية ببيفوت الفول السودانى بالصالحية. كما تمت الاستعانة بجهاز الاسبكتروراديميتر الحقلى وهو احد التقنيات الحديثة للاستشعار عن بعد و الذى يمكنه اعطاء بيانات طيفية بدقة نانومترية (1 نانوميتر) بما يسمح بدراسة ادق لدلائل النبات وربطها بالانتاجية. ولقد اشارت الدراسة انه فى حالة استخدام هذا الجهاز وتوافره يمكن الحصول على معلومات بدقة عالية عن حالة النبات فى مراحل النمو المختلفة وتكوين فكرة عن جودة وكمية الانتاجية النهائية. فنتائج تحليل التباين الاحصائى اظهرت مدى معنوية الاختلافات للنطاقات الطيف المختلفة وخاصة منطقة الاشعة تحت الحمراء وهو مايتفق مع معظم الدراسات السابقة على محاصيل اخرى كالقمح والبطاطس وهو ما ساعد على الفهم العميق للخصائص الطيفية لمحصول الفول السودانى والذى لم يحظ بدراسات كافية لسلوكه الطيفى فى مدى 350 الى 2500 نانوميتر. ايضا تمت الاستعانة ببيانات القمر الالمانى رابيد اى والذى يتميز بدقة مكانية خمسة امتار وقدرة على التصوير اليومى, حيث تم استخدام خاصية حديثة وهى احد التقنيات الحديثة للاستشعار عن بعد وهى خاصية الدمج مع مخرجات القمر الامريكى لاندسات وذلك للحصول على نتائج ادق ولتحسين الدقة المكانية من ثلاثين مترا الى خمسة امتار لتعطى صورة دقيقة للدلائل النباتية مثل NDVI و SAVI وللحصول ايضا على نتائج دقيقة للاستهلاك المائى للمحاصيل المختلفة فى منطقة الدراسة حيث ركز البحث على نوعين من طرق الرى الحديثة وهى الرى بالرش فى بيفوت 22 و المزروع فول سودانى يشغل مساحة 67 هكتار و الرى بالتنقيط فى منطقة اشجار زيتون بشرق بنى سويف مساحتها مماثلة حوالى 67 هكتار. ولقد اظهرت النتائج ان استخدام عملية الدمج بين المرئيات الفضائية اعطت صورة دقيقة لحسابات الاستهلاك المائى للمحاصيل وخاصة فى حالة المنطقة المختارة الثانية لاشجار الزيتون حيث تبلغ مسافة بين الشجرتين حوالى خمسة امتار وهى تقريبا مساوية للدقة المكانية لبيانات القمر الصناعى رابيد آى الالمانى اى انه يمكن حساب الاحتياجات المائية لكل شجرة بواسطة بيانات الاستشعار واستخدام النتائج فى عملية جدولة الرى. وباستخدام نظم المعلومات الجغرافية و الاستعانة بنظام GPS العالمى لتحديد الاحداثيات تم تصميم شبكة الاحداثيات و تحديد اماكن اخذ القياسات الطيفية كما سمع جهاز GPS بامكانية العودة لنفس المواقع لاخذ القياسات الطيفية فى المراحل المختلفة لنمو المحصول. ولقد تضمنت نتائج الاختبارات الاحصائية ان منطقة الحافة الحمراء هى اكثر المناطق الطيفية لاعطاء ادلة نباتية للنمو والمحصول يليها حساب الNDVI الدقيق تبعا لقانون Rouse المعدل فى مرحلة 60 يوم من نمو المحصول. ولقد اعطت الدراسات السابقة صورة متكاملة عن حالة التربة و صفاتها المؤثرة على الانتاجية و بالاستعانة بتحليل الانحدار المتعدد Stepwise تم انتاج نماذج لتصف العلاقة بين الانتاجية وصفات التربة المختلفة وكان افضلها النموذج التالى والذى بلغت نسبة معامل الارتباط 91% ومعامل الارتباط المعدل 85% وهى قيم عالية نسبيا. كما اشارت الدراسة الى ان التقنيات الحديثة للاستشعار عن بعد لها فرصة واعدة لتحقيق الإدارة المتكامله والتنمية المستدامة لقطاع الزراعة بمصر وخاصة بالمناطق المستصلحة حديثا وهى مناطق قاحلة حيث تساوى قطرة مياه واحدة ثروة كبيرة. وعلى الرغم من ذلك واجهت هذة الدراسة صعوبات وتحديات عديدة؛ كوجود نسبة سحب عالية جدا فى ثلاثة مرئيات لاند سات 8 على الرغم من انها جميعا فى فصل الصيف ويفترض ان السماء صافية ولذا نوصى بزيادة الدراسات على استخدام البيانات الرادارية لكونها لاتتاثر بالسحب. أيضا بيانات رابيد اى بالرغم من توافرها بصورة يومية الا انه لايمكن طلب تصوير مساحات اقل من الف كم مربع فى المرة الواحدة وهو ما يمثل تكلفة عالية غير اقتصادية فى مصر لذا نوصى بالعمل على اطلاق قمر صناعى مصرى بدقة عالية ليساعد فى وضع خطط التنمية الزراعية. الاسبكتروراديوميتر بالرغم من دقته النانومترية الا انه عالى التكلفة جدا و لايوجد اجهزة متوافرة للاستعمال التجارى او السوقى فالجهاز موجودة فقط لدى هيئة الاستشعار. خامسا العمل الحقلى دائما ما يكون مكلف للغاية لذا توصى الدراسة باستخدام سجلات المزرعة لتسجيل الانتاجية الموسمية ونتائج تحليلات التربة و النبات ومناطق الاصابة بالحشائش بالاستعانه ب GPS و نظم المعلومات الجغرافية وهى تقنيات قليلة التكلفة نسبيا وسهلة التعلم. لذا توصى الدراسة بتطبيق منهجية العمل المقترحة لإدارة مناطق الاستصلاح الجديدة حيث ان مستقبل الزراعة فى مصر هو الإدارة المتكامله للزراعة المحكمة بإستخدام التقنيات الحديثة للإستشعار عن بعد فى المناطق القاحلة.