جودة رش النباتات عند استخدامها بواسطة الطائرات الآلية (الدرون)

مساعدون طائرون لمحاصيل أكثر صحة

تنتقل الطائرات بدون طيار بسرعة من كونها أجهزة ترفيهية إلى أدوات مجتهدة في المزارع. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً بمظاهرٍ مخادعة لكنه ذو عواقب كبيرة: عندما يطير درون رش صغير منخفضاً فوق نباتات فردية، ما مدى فعالية تغطية السائل الواقي للأوراق فعلاً؟ من خلال قياس كيفية دفع الدوارين للهواء والقطرات عبر نباتات اللفت والبطاطس الحقيقية بعناية، يوضح الباحثون كيف أن ارتفاع الطيران وتدفق الهواء وكثافة النبات معاً تحدد ما إذا كانت الرشاشات تصل إلى أعماق الظلة أم تبقى عالقة على الأوراق العلوية. يمكن أن تساعد نتائجهم في جعل رش الطائرات بدون طيار أكثر فعالية ضد الآفات وأكثر لطفاً بالبيئة.

لماذا يختلف الرش بواسطة الطائرات عن الطرق التقليدية

تتحرك أجهزة الرش التقليدية عبر الحقول على عجلات، مجرورة بعارضة طويلة تحتوي على فوهات على ارتفاع ثابت. في المقابل، تحوم الطائرات بدون طيار على مراوح دوارة، تحمل خزاناً صغيراً وعدداً قليلاً من الفوهات تحت المراوح. هذا الاختلاف مهم: فالهواء السريع الذي تضغطه المراوح إلى الأسفل يغير كيفية انتشار القطرات وسقوطها والتصاقها بالنباتات. إذا استُخدم بشكل جيد، يمكن لهذا الدفع السفلي أن يدفع القطرات إلى داخل الظلة ويقلل الانجراف إلى الحقول المجاورة. وإذا استُخدم بشكل سيئ، فقد يُؤدي إلى تغطية غير متجانسة أو قذف المواد الكيميائية بعيداً عن الهدف. ومع تحول الزراعة نحو أنظمة «ذكية» تعالج النباتات المتضررة أو البقع الصغيرة فقط، يصبح فهم تدفق الهواء هذا أمراً ضرورياً.

ممر اختبار، طائرة اختبار، ونوعان من المحاصيل

لعزل تأثير الطائرة عن تغيرات الرياح والطقس، بنى الفريق ممرّاً مخبرياً سحب طائرة ذات ست مراوح بسرعات مسيطَر عليها فوق نباتات مزروعة في أوعية. تحت إحدى المراوح ركبوا فوهة مسطحة واحدة من نوع «فلات-فان» الشائع الاستخدام في أجهزة الرش الزراعية. اختبروا ارتفاعي طيران: نحو نصف متر فوق قمم النباتات، مماثل لعارضة رشة الحقل، ومتر واحد. كما ضبطوا ثلاث حالات للمراوح: متوقفة تماماً، وتدور بسرعة تعادل حالة الخزان الفارغ، وتدور أسرع لمحاكاة خزان ممتلئ. كانت المحاصيل المستهدفة اللفت، ذات الظلة المفتوحة نسبياً، والبطاطس ذات الظلة الكثيفة—محصولان مهمان للغذاء والوقود الحيوي ويوفران تحديات بنيوية مختلفة لاختراق الرش.

متابعة الهواء والقطرات عبر الظلة

قاس الباحثون أولاً سرعات الهواء الهابطة تحت المراوح باستخدام عدة مقياسات رياح صغيرة. لاحظوا نفاثات هواء قوية ومركزة مباشرة تحت المراوح تضعف وتتساوى مع المسافة ومع ارتفاع الطيران الأكبر. بعد ذلك، قاسوا كيف غيّر هذا الهواء نمط الرش من الفوهة باستخدام صفوف من جامعات صغيرة. بدون تدفق المراوح، أدى رفع الفوهة من 0.5 إلى 1.0 متر إلى توسيع الرش لكن تخفيفه في الوسط، ما خلق «سرجاً» بجرعة أقل مباشرة تحت الفوهة. عندما دارت المراوح، ضيَّق الهواء النمط بحوالي 20 بالمئة وزاد حجم القطرات في المركز، خاصة عند الارتفاع الأكبر. بعبارة أخرى، ضغط دفع المراوح ودفع تيار الرش وزاده تركيزاً.

كيف تتحكم كثافة النبات في وصول الرش

لمعرفة ما الذي وصل فعلاً إلى النباتات، وضع الفريق ملصقات لاصقة صغيرة على عدة ارتفاعات داخل ظلال اللفت والبطاطس، ثم استخدموا صبغة لحساب كمية السائل التي ضربت كل مستوى. زادت المراوح الدوارة باستمرار كمية السائل في المستويات السفلية في كلا المحصولين، مما أظهر أن تدفق الهواء ساعد في دفع القطرات إلى الداخل. ومع ذلك، طبعت بنية النبات هذا التأثير بقوة. كان لمؤشر مساحة الورقة في اللفت قيمة أقل بكثير — وهو مقياس لمقدار سطح الورقة فوق متر مربع من الأرض — مقارنةً بالبطاطس. سمحت ظلتها المفتوحة للقطرات المدفوعة بالدفع السفلي بالوصول إلى الطبقات الأعمق وأنتجت تغطية أكثر تجانساً من الأعلى إلى الأسفل. في المقابل، حجزت الأوراق الكثيفة للبطاطس القطرات، لذا تلقت الأجزاء السفلية نسبياً القليل من الرش حتى مع تدفق هواء قوي، وتفاوتت التغطية بشكل كبير بين المستويات.

الطيران منخفضاً لرشّات أذكى وأنظف

من خلال تحليل آلاف القياسات، بما في ذلك درجة تجانس تلتقط مدى اتساق توزيع الرش عبر مستويات النبات، استنتج المؤلفون أن عاملين يهيمنان على جودة الرش من رشاشات الطائرات الصغيرة: ارتفاع الطيران وخضرة النبات. الطيران على ارتفاع أقل—نحو نصف متر فوق المحصول—حسّن التجانس والاختراق، بينما دمَّر الطيران الأعلى ونوَّع بصمة الرش. في الوقت نفسه، كان من الأسهل علاج النباتات ذات مؤشر مساحة ورقة أقل، مثل اللفت المختبر، بشكل متساوٍ مقارنةً بالنباتات الكثيفة مثل البطاطس. تشير النتائج إلى أن «الطائرات الروبوتية» المستقبلية ينبغي أن تضبط ارتفاعها وترتيب الفوهات وفقاً لبنية المحصول، مستخدمةً دفع المراوح عمداً لدفع القطرات إلى داخل الظلة. إذا نُفذ ذلك بشكل صحيح، فقد يمكّن علاجاً دقيقاً للنباتات التي تحتاج الحماية فقط، مما يقلل من هدر المواد الكيميائية ويحد من التلوث البيئي.

الاستشهاد: Berner, B., Chojnacki, J., Kukiełka, L. et al. Plant spraying quality when used by drone-robots. Sci Rep 16, 11147 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40649-6

الكلمات المفتاحية: رش بالطائرات بدون طيار, الزراعة الدقيقة, حماية المحاصيل, انحراف الرش, مؤشر مساحة الورقة