Penman–Monteith denklemi temelinde eksiksiz bir Nesnelerin İnterneti (IoT) pivot sulama modeli için otomatik doğrulama yöntemi

Tarlarda daha akıllı sulama

Dünya genelinde çiftçiler daha az su ile daha fazla gıda yetiştirmeye çalışıyor. Bu çalışma, sensörler, kablosuz bağlantılar ve bitkilerin su kullanımını hesaplayan iyi bilinen bir formülü kullanarak mahsullere sadece ihtiyaçları kadar su veren akıllı bir sulama sistemini tanımlıyor. Çalışma, dairesel "pivot" sulama makinelerine odaklanıyor ve hatalı veri yüzünden su israfı veya susuz bitkiler olmasını önlemek için sensör okumalarının nasıl otomatik olarak kontrol edileceğini açıklıyor.

Su kullanımını doğru yapmak neden zor

Mahsullere doğru miktarda su vermek bir musluğu açmaktan daha karmaşıktır. Bitkiler yapraklarından su kaybederken, toprak da suyu havaya bırakır; her ikisi de güneş ışığı, sıcaklık, rüzgâr ve nem gibi etkenlere bağlıdır. Geleneksel sistemler genellikle tahminde bulunur veya sabit programları izler; bu da aşırı sulama ya da eksik sulamaya yol açabilir. Yazarlar, önceki birçok akıllı sistemin bu faktörlerin bazılarından yoksun olduğunu, net performans testleri sunmadığını veya çok pahalı ya da dar kapsamlı olduğunu ve dolayısıyla çiftçilere eksiksiz ve güvenilir bir çözüm sağlamadığını gösteriyor.

Yeni sistemin arkasındaki fikir

Bu çalışma üç bileşeni tek bir eksiksiz modelde birleştiriyor. Birincisi, tarım biliminden gelen standart bir formülü kullanarak hava ve toprak koşullarını her metrekare için günlük su ihtiyarı tahminine çeviriyor. İkincisi, düşük maliyetli sensörlerle toprak sıcaklığı, hava sıcaklığı, nem, rüzgâr ve hava basıncını izleyen ve tarlanın küçük bölümlerine su veren basit kontrolörler ve vanalar içeren bir Nesnelerin İnterneti düzeni etrafında bir pivot sulayıcı kuruyor. Üçüncüsü, sistemin ne kadar iyi çalıştığını değerlendirmek için tahminlerin bitki su ihtiyacını ne kadar doğru hesapladığı ve ne kadar kolay ölçeklenip bakım yapılabildiği dahil olmak üzere açık kurallar tanımlıyor.

Sensörler ve kontroller nasıl çalışıyor

Saha denemesi iki sensör istasyonu kullanıyor. Biri toprak üzerinde veya içinde farklı derinliklerde toprak sıcaklığını, hava sıcaklığını, nemi ve basıncı ölçüyor. Diğeri yerde yaklaşık iki metre yükseğe monte edilerek rüzgâr hızı ve hava koşullarını ölçüyor. Bu istasyonlar okuduklarını WiFi üzerinden bir ana üniteye gönderiyor; ana ünite verileri görüntüleyen ve zaman içinde ne kadar su uygulanması gerektiğini hesaplayan bir web uygulaması çalıştırıyor. Bir sensör arızalandığında veya kablosuz bağlantı kesildiğinde hataların önüne geçmek için yazarlar her ölçüm için basit geçer/kalmaz kuralları oluşturuyor; bunlar güneş radyasyonu, toprak ısısı, mevsime göre hava sıcaklığı, rüzgâr hızı ve havadaki nem için kabul edilebilir aralıklar gibi kriterleri içeriyor. Bu aralıkların dışındaki okumalar şüpheli kabul edilerek sistemi yanıltıcı girişlerden koruyor.

Saha denemesinin gösterdikleri

Sistem, Tabuk Üniversitesi’nde bir çim saha üzerinde 49 gün boyunca test edildi. Bu süre zarfında sensörler her birkaç saatte bir veri topladı ve yazılım bu verileri her metrekare için günlük su gereksinimlerine dönüştürdü. Araştırmacılar hesaplanan su gereksinimlerini pivot sistemi kullanan saha yöneticilerinin gerçek uyguladığı su miktarlarıyla karşılaştırdı. Gerçekte uygulanan sulama miktarları sıklıkla hesaplanan ihtiyaçlardan yüksek olsa da, tahminler aynı genel deseni izledi ve günlük su talebindeki değişimin büyük kısmını açıkladı. Ekip ayrıca tahminlerinin gerçekte uygulanan suyla ne kadar yakın izlediğini göstermek için standart istatistiksel yöntemler kullandı.

Tarım için bunun anlamı

Genel okuyucu için temel mesaj, hava ve toprağı izleyen, kendi verilerinin kalitesini kontrol eden ve tarlanın ne kadar sulanacağı konusunda tavsiye veren pratik, nispeten düşük maliyetli bir sistemin artık kurulabileceğidir. Bu erken çim denemesinde yaklaşım, daha akıllı sulama için sağlam bir temel sağladı ve fazladan suyun muhtemel israf edildiği alanları ortaya koydu. Yazarlar, eksiksiz algılama, otomatik kontroller ve açık tasarım yönergelerinin kombinasyonunun diğer ürünler ve iklimler için gelecekteki sistemler adına bir şablon olarak hizmet edebileceğini; çiftçilerin suyu korumasına, maliyetleri düşürmesine ve sağlıklı verimi sürdürmesine yardımcı olacağını savunuyor.

Atıf: Elfaki, A.O., Albelwi, S.A., Lakhouit, A. et al. An auto-validation method for a complete IoT pivot irrigation model based on the Penman–Monteith equation. Sci Rep 16, 15670 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46804-3

Anahtar kelimeler: akıllı sulama, pivot sulama, IoT tarım, su yönetimi, evapotranspirasyon