Irrigation IoT Management : 'IOT' सक्षम सिंचाई प्रबंधन !

Irrigation IoT Management ‘IOT’ सक्षम सिंचाई प्रबंधन !

पौधों मे के पानी पर आधारित सिंचन व्यवस्थापन ला सकता है कृषीक्रांती !

प्रत्येक जीवित वस्तु या पौधे की वृद्धि के लिए मुख्य रूप से ऊर्जा की आवश्यकता होती है. यह ऊर्जा विभिन्न पोषक तत्वों की सहायता से प्राप्त या उत्पादित की जाती है.

जीवित चीजें पौधों और अन्य जानवरों को खाकर ऊर्जा प्राप्त करती हैं. साथ ही, जड़ों द्वारा मिट्टी से पानी और पोषक तत्व ग्रहण किए जाते हैं.

रंध्रों के माध्यम से पत्तियों द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड को हवा से अवशोषित किया जाता है. इन दोनों वस्तुओं को सूर्य के प्रकाश से प्राप्त ऊर्जा की सहायता से संसाधित किया जाता है. यह प्रक्रिया शर्करा और ऑक्सीजन पैदा करती है. इस प्रकार पौधे को अपनी वृद्धि के लिए पानी की आवश्यकता होती है.

पौधे मिट्टी से पानी कैसे प्राप्त करते हैं ?

पौधे अपनी जड़ों द्वारा मिट्टी में उपलब्ध जल को अवशोषित करते हैं. जड़ों द्वारा अवशोषित जल विभिन्न कोशिका परतों के माध्यम से जाइलम में प्रवेश करता है. जाइलम एक पौधे में एक सूक्ष्म स्तंभ (बस ट्यूब) है जो जड़ से तने के माध्यम से पत्तियों की नोक तक चलता है.

ऊपर से पत्तियों में मौजूद पानी को प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में इस्तेमाल करने के बाद पानी की और मांग बढ़ जाती है. इसी प्रकार जलीय पौधे अपनी जड़ों द्वारा जल का अवशोषण करते हैं. अवशोषित जल जड़ से पत्ती तक जाइलम में जल स्तंभ बनाता है.

इस स्तम्भ में जल के अणु संसंजन के गुण के कारण एक दूसरे से चिपक जाते हैं. इसलिए, यह जल स्तंभ जल के अणुओं में बिना किसी विराम के निरंतर या अविच्छिन्न रहता है.

जब सूर्य का प्रकाश (यानी ऊर्जा) उपलब्ध होता है, तो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए पत्ती पर रंध्रों को खोलकर कार्बन डाइऑक्साइड को हवा से अवशोषित किया जाता है.

साथ ही पर्यावरण में विभिन्न कारकों की प्रतिक्रिया के रूप में पत्ती कोशिकाओं में पानी वाष्पित हो जाता है. इसे वाष्पोत्सर्जन भी कहते हैं.

वाष्पोत्सर्जन की प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न तनाव जाइलम से जल को खींच लेता है. जैसे ही ऊपरी परत में पानी के अणु वायुमंडल में वाष्पित होते हैं, जाइलम में उनके नीचे पानी के अणु संसंजन के गुण के कारण ऊपर की ओर बढ़ते हैं. चूंकि यह क्रिया नियमित रूप से जारी रहती है, पानी जड़ों से पत्तियों तक लगातार अवशोषित होता रहता है.

जाइलम में यह जल स्तंभ निरंतर बना रहता है. अर्थात यदि मिट्टी में पर्याप्त पानी और पोषक तत्व हों और प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक ऊर्जा (सूर्य का प्रकाश) उपलब्ध हो तो भोजन और ऊर्जा के उत्पादन की प्रक्रिया नियमित रूप से चलती रहती है. सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में इस निर्बाध प्रक्रिया के कारण पौधे बढ़ते हैं.

वास्तव में, प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से भोजन और ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए बहुत कम (केवल 5 प्रतिशत) पानी की आवश्यकता होती है. लेकिन जब कर्ब पत्ती पर माइक्रोप्रोर्स के माध्यम से हवा को अवशोषित करता है (कर्ब से बहुत अधिक हवा को अवशोषित करता है), पानी वाष्पीकरण के माध्यम से खो जाता है. यह अनुपात लगभग 95 प्रतिशत जितना अधिक है.

प्रकाश संश्लेषण और प्रकाश संश्लेषण की दोनों प्रक्रियाएँ पौधे के जीवन भर नियमित रूप से जारी रहती हैं, हालांकि वे सूर्य के प्रकाश और वायुमंडलीय कारकों के आधार पर बढ़ती या घटती हैं. इसलिए, पौधों (या फसलों) द्वारा लगातार पानी को मिट्टी से अवशोषित किया जाता है. इससे मिट्टी में पानी या नमी कम हो जाती है.

यदि पौधों को मिट्टी से पर्याप्त पानी नहीं मिलता है, तो पौधे की पत्तियाँ बंद हो जाती हैं. हालांकि अन्य सभी कारक उस समय उपलब्ध होते हैं, प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से भोजन और ऊर्जा बनाने की प्रक्रिया धीमी या बंद हो जाती है. यह फसल के विकास पर प्रतिकूल प्रभाव डालता है. अत: फसलों के उचित विकास के लिए मिट्टी में पानी उपलब्ध कराने की आवश्यकता है. यह वर्षा के कारण स्वाभाविक रूप से होता है. या हमें फसलों की जरूरत के हिसाब से जरूरत पड़ने पर पानी देना पड़ता है। इसे ही हम सिंचाई प्रबंधन कहते हैं.

अत: फसलों के उचित विकास के लिए मिट्टी में पानी उपलब्ध कराने की आवश्यकता है. यह वर्षा के कारण स्वाभाविक रूप से होता है. या हमें फसलों की जरूरत के हिसाब से जरूरत पड़ने पर पानी देना पड़ता है. इसे ही हम सिंचाई प्रबंधन कहते हैं.

पौधों और सिंचाई प्रबंधन में पानी की स्थिति पौधे के विभिन्न भागों में पौधे की जल स्थिति या वर्तमान संयंत्र जल क्षमता अलग-अलग होती है. अर्थात जड़ों, तने और पत्तियों की जल धारण क्षमता अलग-अलग होती है. उनकी संयुक्त राशि का अर्थ है पूरे पौधे की जल स्थिति (पौधे की जल स्थिति) या पौधे की वर्तमान स्थिति में जल धारण क्षमता.

पौधे की जल स्थिति फसल के प्रकार और उसके विकास के चरण, वाष्पोत्सर्जन (जैसे तापमान, आर्द्रता, सौर विकिरण, हवा की गति, आदि) को प्रभावित करने वाले विभिन्न पर्यावरणीय कारकों और मिट्टी की जल सामग्री पर निर्भर करती है. मिट्टी में पानी की मात्रा उतनी ही होनी चाहिए जितनी पौधे में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के लिए पानी की स्थिति जरूरी है.

यदि मिट्टी में पानी की नमी कम हो जाती है तो पौधे में पानी का स्तर भी कम हो जाता है. यदि यह स्थिति एक निश्चित स्वीकार्य स्तर से कम हो जाती है, तो प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है और फसल की उपज कम हो जाती है.

यानी मिट्टी में पानी की मात्रा ऐसी होनी चाहिए कि पौधे में पानी का स्तर निर्दिष्ट अनुमेय स्तर से ऊपर रहे. यदि यह स्तर कम हो जाता है, तो मिट्टी की नमी को बढ़ाना होगा। यानी सिंचाई जरूरी है. यहाँ हमारे सामान्य प्रश्न “फसलों की सिंचाई कब करें?” का वैज्ञानिक उत्तर है.

पौधे में पानी की स्थिति को ध्यान में रखते हुए मिट्टी में नमी का अनुमान लगाना चाहिए. इस नमी की सिंचाई द्वारा आपूर्ति किए जाने की उम्मीद है जब तक कि पानी की मात्रा मिट्टी की एक निश्चित नमी क्षमता (यानी, हमारे सामान्य बोलचाल में – वाष्प अवस्था) तक नहीं पहुंच जाती.

सभी स्थानिक और अस्थायी रूप से अलग-अलग कारकों पर वास्तविक समय की जानकारी प्राप्त करके, एक कुशल और सटीक सिंचाई प्रबंधन प्रणाली के लिए ‘फसल जल स्थिति’ आवश्यक है। एक ही समय में आपके खेत में विभिन्न बदलते कारकों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए विभिन्न IoT सक्षम सेंसर उपयोगी होते हैं.

फसल जल की स्थिति पर इस नियमित जानकारी को जोड़ने से बेहतर व्यवस्था हो सकती है. सेंसर का उपयोग खेत में लगातार फसल की पानी की स्थिति को मापने के लिए किया जा सकता है.

IoT सक्षम इन-प्लांट जल स्थिति मापन सेंसर संयंत्र जल स्थिति संवेदक दो प्रकार के होते हैं.
1. संपर्क सेंसर
2. गैर संपर्क सेंसर संपर्क

संवेदक

जैसा कि नाम से पता चलता है ये पौधे या फसल के बहुत करीब (संपर्क में) होते हैं. इस संपर्क संवेदक के माध्यम से फसल द्वारा दैनिक प्रकाश संश्लेषण और वाष्पोत्सर्जन प्रक्रियाओं के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी की मात्रा को मापा जा सकता है. इस तरह के दो तरह के ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्स’ इनेबल्ड कॉन्टैक्ट सेंसर भी उपलब्ध हैं.

सैप प्रवाह सेंसर पौधे से पानी और पोषक तत्वों के प्रवाह को सैप प्रवाह कहा जाता है. सैप प्रवाह का उपयोग प्रकाश संश्लेषण और प्रकाश संश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी की मात्रा के संकेतक के रूप में किया जा सकता है. यदि फसल तेजी से बढ़ रही है, तो वर्षा अधिक होती है. साथ ही रस का प्रवाह भी अधिक होता है.

सैप प्रवाह कम पाया जाता है, जिसके दौरान प्रकाश संश्लेषण और प्रकाश संश्लेषण कम होता है. यानी फसलों पर दबाव है. ऐसे में फसल को सिंचाई की जरूरत होती है. सैप फ्लो सेंसर पौधे के जाइलम में पानी के प्रवाह को माप सकता है. ये सेंसर पेड़ के तने में लगे होते हैं जैसा कि चित्र में दिखाया गया है. ये सेंसर वास्तव में जाइलम में सैप की गर्मी की मात्रा को मापते हैं.

ऊष्मा की यह मात्रा रस प्रवाह में परिवर्तित हो जाती है.
सैप प्रवाह दिन के दौरान अधिक होता है जब पौधा सक्रिय रूप से वाष्पोत्सर्जन करता है. इसलिए रात में जब बहुत कम या कोई रिसाव नहीं होता है, तो सैप का प्रवाह कम होता है. संलग्न ग्राफ दिखाता है कि कैसे रस प्रवाह दिन-प्रतिदिन और दिन-प्रतिदिन बदलता रहता है. दिन के दौरान जब सैप प्रवाह अधिक होता है, सैप प्रवाह अधिक होता है और रात में जब सैप प्रवाह नहीं होता है, तो सैप प्रवाह कम होता है.

चित्र में, जब मिट्टी में पर्याप्त पानी की नमी होती है, तो सैप प्रवाह को नीले ग्राफ द्वारा दिखाया जाता है. इसमें रस का दैनिक प्रवाह लगभग समान रहता है. जैसे ही मिट्टी की नमी घटती है, सैप प्रवाह को लाल ग्राफ द्वारा दर्शाया जाता है.

रस का प्रवाह दिन-ब-दिन कम होता जा रहा है. जैसा कि इस ग्राफ में दिखाया गया है, चौथे दिन सैप प्रवाह निर्दिष्ट स्तर से नीचे गिर जाता है और सिंचाई की आवश्यकता होती है.

इन सेंसरों में ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्स’ को सक्षम करते हुए संयंत्र में रस प्रवाह को लगातार मापने की क्षमता है. इस संवेदक के प्रयोग से ‘संयंत्र जल आधारित’ स्थान और समय के आधार पर सिंचाई को प्रभावित करने वाले कारकों को मानकर वास्तविक समय में स्वत: कुशल और सटीक सिंचाई प्रबंधन किया जा सकता है.

ऐसे सेंसर का उपयोग करके कुछ फसलों के लिए ‘इंटरनेट ऑफ थिंग्स’ सक्षम सिंचाई प्रबंधन प्रणाली विकसित करने के उदाहरण हैं. लेकिन इस सेंसर पर आधारित एक IoT सक्षम प्रणाली को पूरी तरह से विकसित करने के लिए कुछ पहलुओं को ठीक करने की आवश्यकता है जैसा कि नीचे बताया गया है.

1. विशिष्ट फसलों के लिए अनुमेय सैप प्रवाह स्तर का निर्धारण (अर्थात वह स्तर जिसके नीचे सैप प्रवाह गिरने पर सिंचाई की आवश्यकता होती है)

2. विभिन्न मिट्टी के प्रकारों के लिए मिट्टी के पानी की नमी और सैप प्रवाह का सहसंबंध

3. इस प्रकार का सेंसर सिंचाई की आवश्यकता का पता लगाता है यदि वास्तविक सैप प्रवाह अनुमेय सैप प्रवाह से नीचे आता है

कितनी सिंचाई की जाये ये वर्षा पर आधारित है. फसल की सिंचाई के लिए मिट्टी को पानी देना होता है. इसलिए, वाष्पोत्सर्जन के साथ-साथ मिट्टी से पानी के वाष्पीकरण को जानना होगा (या अनुमान) क्योंकि मिट्टी से पानी का वाष्पीकरण जलवायु जैसे विभिन्न कारकों पर निर्भर करता है.

इसलिए, ‘पौधे के पानी’ के आधार पर सिंचाई का प्रबंधन करते समय (अर्थात यह तय करना कि फसल को कितना और कब पानी देना है), प्रक्रियाओं (प्रकाश संश्लेषण और वाष्पोत्सर्जन) को ठीक से मापना आवश्यक है, जिसके लिए फसल को वास्तव में पानी की आवश्यक