Mở đầu

Nước là nguồn tài nguyên rất quan trọng trong nông nghiệp. Tuy nhiên việc sử dụng nước như thế nào cho có hiệu quả thì không phải ai cũng làm được. Từ trước đến nay việc sử dụng nước đa phần đến từ kinh nghiệm của người nông dân, những con người đã gắn bó lâu năm với nghề. Tuy nhiên không phải lúc nào kinh nghiệm của họ cũng giúp họ đưa ra những quyết định đúng trong việc sử dụng nước. Với những quyết định thiếu chính xác có thể làm cho hiệu quả canh tác bị ảnh hưởng.

Ví dụ như: khi bơm quá nhiều nước gây ra sự xói mòn đất, đất bị bạc màu mất đi chất dinh dưỡng cây cối dễ bị chết ngạt, ngập úng, hay khi bơm quá ít khiến đất bị khô cằn cây không đủ nước không phát triển được, hay bơm không đúng lúc, đúng chỗ khiến cây bị bênh, bị ảnh hưởng đến năng suất, bơm không đúng cây cần bơm...

Có thể thấy rằng việc sử dụng nước của chúng ta còn đi theo hướng cảm tính, không có những căn cứ chính xác. Vì vậy ngày nay với sự phát triển của công nghệ đặc biệt là công nghệ Internet của vạn vật (IoT) đang giúp chúng ta khắc phục được điều đó.

Vài nét sơ lược về Internet của vạn vật (IoT).

Thực chất Internet của vạn vật (IoT) là công nghệ dùng để liên kết các thiết bị, máy móc, điện thoại thông minh, máy vi tính... trên nền internet. Cũng chính vì vậy quy mô của IoT sẽ là rất lớn, sẽ có một số lượng khổng lồ các cảm biến, thiết bị, máy móc được quản lý và giao tiếp với nhau.

Hình 1: Minh họa quá trình thu thập và xử lý dữ liệu

Hình 2: Minh họa về IoT trong nông nghiệp

Hiện nay có rất nhiều các loại cảm biến đo các thông số môi trường, từ cảm biến đo độ ẩm đất, nhiệt độ đất, rồi các cảm biến đo độ ẩm không khí, đo nhiệt độ không khí, hay đo độ dinh dưỡng trong đất như độ PH... Tất cả các thông số mà chúng thu thập được sẽ gửi về nền tảng xử lý để phân tích và xử lý từ đó cho ta biết được chính xác về khu vườn, nông trại của chúng ta hiện nay như thế nào, đang cần gì, đồng thời cũng có thể đưa ra được các dự báo có độ chính xác cao.

Từ những thông tin mà các cảm biến thu thập được, IoT sẽ cho ta những thông tin cần thiết để sử dụng nguồn nước sao cho hiệu quả.

Tưới nước đúng lúc

Ngày nay với sự biến đổi khí hậu thời tiết thất thường, thay đổi đột ngột, thì con người khó mà có thể ứng phó kịp thời với sự thay đổi đó. Tuy nhiên IoT có thể giúp người nông dân giải quyết vấn đề này rất dễ dàng. Từ các cảm biến được đặt hợp lý trong khu vườn, nông trại của người nông dân, chúng sẽ thu thập các thông số của môi trường một cách liên tục và gửi dữ liệu đó về các bộ vi xử lý từ đó sẽ xử lý theo kịch bản đã được lập trình từ trước bởi người dùng hoặc có thể gửi dữ liệu đó cho người nông dân để họ tự đưa ra quyết định.

Không chỉ có vậy các khi IoT thu thập đủ dữ liệu của môi trường nó còn có thể đưa ra cho ta các dự báo có độ chính xác cao. Từ đó giúp ta trong việc đưa ra các quyết định sử dụng nước.

Ví dụ: Các cảm biến sẽ cho ta biết được về độ ẩm đất, nhiệt độ của đất... rồi cho ta biết trời sắp mưa hay không. Nếu trời sắp mưa có nên tưới nước nữa hay không hay là mở mái che để che mưa cho cây...

Có thể thấy việc đưa ra các cảnh báo sẽ giúp ta có sự chuẩn bị chu đáo hơn, tránh mất mùa, tăng năng suất, chất lượng nông sản.

Tưới nước đúng chỗ

Chỗ ở đây không chỉ là một khu vực trong những khu vườn rộng lớn mà còn là những bộ phận của cây trồng. Chúng ta phải tưới làm sao cho đúng khu vực, đúng bộ phận.

Với khu vườn, trang trại lớn: có thể thấy không phải khu vực nào cũng có các thông số môi trường giống nhau, và để có thể biết được thông số môi trường của cả khu vườn, nông trại rộng lớn là điều hết sức khó khăn với phương thức canh tác truyền thống. Tuy nhiên IoT có thể giúp ta làm được điều đó, từ những con cảm biến được đặt trong các khu vực của nông trại chúng ta có thể dễ dàng biết được toàn bộ thông số môi trường của tất cả các khu vực trong nông trại của mình. Và khi đã biết được các thông số đó người nông dân hoàn toàn có thể điều khiển quá trình tưới nước sao cho phù hợp nhất.

Ví dụ như: Một quả đồi trồng cây ăn quả, thì tại đỉnh đồi sẽ có nhiệt độ thấp hơn so với nhiệt độ ở chân đồi, độ ẩm cũng khác như vậy thì các tưới tiêu cũng phải khác.

Đối với cây trồng: Không chỉ tưới đúng chỗ trong một khu vườn mà còn là đúng chỗ trên cây. Bởi vì mỗi cây có cấu tạo sinh học khác nhau vì thế nên cũng cần tưới ở những bộ phận khác nhau. Ví dụ như cây cà chua nó cần tưới nhẹ nhàng vào gốc, thân mà không được tưới trực tiếp lên lá vì dễ khiến cây bị bệnh. Hay như cây tiêu: với lá to, rễ không chỉ ở dưới đất mà còn rễ bám trên các trụ tiêu như vậy việc tưới không chỉ vào gốc rễ cây mà còn cần vào lá và các trụ. Với IoT thì việc tưới đúng bộ phận trên cây là vô cùng đơn giản, các con cảm biến được gắn trên cây sẽ cho biết về toàn bộ thông tin của cây cũng như là môi trường xung quanh cây. Từ đó với những kịch bản đã được cài đặt sẵn, hoặc tự người dùng điều khiển thì ta có thể tưới đúng bộ phận cần tưới.

Tưới nước phù hợp

Tưới nước không chỉ cần đúng lúc, đúng chỗ mà còn cần đúng kiểu. Để chọn được kiểu tưới phù hợp không chỉ căn cứ vào việc cần phải tưới cho cây nào mà còn dựa trên nhiều yếu tố khác như, điều kiện về nguồn nước, khả năng đầu tư thi công hệ thống.

Về loại cây: Như đã nói ở trên mỗi loại cây có một cấu tạo sinh học khác nhau vì thế không chỉ cần tưới vào các bộ phận khác nhau mà còn cần tưới các kiểu khác nhau để mang lại hiệu quả tốt nhất. Quay trở lại với cây tiêu: có thể thấy ta phải tưới đều lên cả lá, thân, rễ, việc này nếu tưới theo cách thủ công thì khá là khó khăn hơn nữa lại còn tốn nước. Tuy nhiên nếu như ta tưới bằng cách phun mưa, chi phí hoạt động rẻ mà lại đem lại hiệu quả cho cây. Mặc dù vậy thì không phải cây nào cũng cần tưới phun mưa. Một số loại cây lại thích hợp với loại tưới nhỏ giọt như là cây hoa, một số loại rau, củ, quả trồng cách xa nhau.

Về nguồn nước: ở những nơi có điều kiện nước khan hiếm thì ưu tiên số một là tưới cho rễ vì thế hệ thống phun mưa được ưu tiên hơn so với tưới nhỏ giọt. Các cảm biến của IoT sẽ có thể giúp ta biết được về điều kiện nguồn nước cũng như điều kiện khí hậu hoặc dự báo thời tiết, từ đó ta hoàn

Như vậy có thể thấy với sự ổn định của mình thì hệ thống phun mưa sẽ mang lại giá trị bền vững hơn.

Từ những yếu tố trên có thể thấy việc chọn kiểu tưới phù hợp không hề dễ dàng. Trong khi đó với một hệ thống IoT chúng ta hoàn toàn có thể xác định được cây trồng phù hợp với kiểu tưới nào, rồi điều kiện về nguồn nước ra sao không những vậy ra còn có thể dự đoán được số tiền đầu tư là bao nhiêu từ đó chọn được kiểu tưới phù hợp nhất. Trên thực tế hiện nay còn có một kiểu tưới khác đó là những hệ thống phun mưa di động có thể điều khiển từ xa. Trong tương lai khi mà các hệ thống phun mưa di động này phổ biến, cùng với đó là tích hợp chúng vào các hệ thống IoT dễ dàng hơn thì việc tưới tiêu của bà con sẽ vô cùng dễ dàng.

Ví dụ như với cây mía: Trồng mía trên những cánh đồng vài hecta thậm chí là hàng trăm hàng ngàn hecta với khoảng cách giữa các cây rất dày, cùng với đó là lợi nhuận từ cây mía cũng không quá cao. Vì vậy nếu như là lắp các hình thức tưới nhỏ giọt chi phí sẽ là quá lớn, rất lâu mới có thể thu hồi vốn được. Còn với hệ thống phun mưa thì lại cần thì cũng là một chi phi không hề thấp bà con cũng khó lòng mà lắp đặt được. Tuy vậy nếu như hình thức phun mưa di động có thể điều khiển từ xa phổ biến thì tuy cũng là một khoản đầu tư khá là cao tuy nhiên với một cánh đồng rộng như vậy thì lại tiết kiệm rất nhiều.

Tưới nước đúng liều lượng.

Cây trồng vào mỗi thời điểm khác nhau lại có những nhu cầu sử dụng nước khác nhau, không chỉ có vậy mỗi loại cây cũng có những nhu cầu sử dụng nước riêng. Chính vì vậy việc làm sao cung cấp đủ nước cho từng loại cây trồng, từng thời điểm là điều không hề đơn giản. Đối với các phương thức tưới nước thủ công thì việc tưới nước hợp lý chỉ đến từ kinh nghiệm của bà con nông dân. Tuy nhiên hiện nay với sự phát triển của khoa học công nghệ việc tưới đúng liều lượng theo nhu cầu của cây và điều kiện môi trường là khả thi. Đơn giản như:chỉ cần có các cảm biến trong IoT, chúng ta có thể biết được cây trồng đang ở giai đoạn phát triển nào để tưới nước cho phù hợp. Ví dụ như với cây cà chua thường được tưới vào lúc sáng sớm chúng ta có thể sử dụng các cảm biến đo cường độ ánh sáng để từ đó có thể tưới khi trời sáng, hoặc là dùng các bộ thời gian thực để cài đặt giờ tưới cho cây. Không những vậy ở những giai đoạn phát triển cây cũng cần lượng nước khác nhau. Như cây cà chua thì khi đơm hoa, kết quả nó cần tưới nhiều nước nhất, lúc này phải dùng các cảm biến hoặc các cameraIP để theo dõi liên tục quá trình phát triển từ đó đưa ra được phương án tối ưu nhất.

Kết luận

Có thể thấy rằng mặc dù có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng của vụ mùa, nhưng nước có lẽ là một trong những điều quan trọng nhất. Việc tưới tiêu sao cho hợp lý đóng vai trò cực kỳ quan trong trong việc đảm bảo mùa màng bội thu. Tưới cây không chỉ cần tưới đúng loại cây, đúng lúc, đúng chỗ mà còn đúng kiểu, đúng liều lượng giúp đạt được hiệu quả lớn nhất. Tuy nhiên thời gian gần đây với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công nghệ cao đang được ứng dụng vào nông nghiệp ngày càng nhiều tiêu biểu như Internet của vạn vật (IoT), phân tích, xử lý dữ liệu lớn(BigData), và cơ sở hạ tầng mạng băng rộng thế hệ mới đã được triển khai, cho phép đơn giản hóa quá trình tưới nước cho bà con nông dân, đồng thời còn giảm thiểu lãng phí và cắt giảm chi phí hoạt động. Giờ đây bà con nông dân sẽ không còn phải vất vả suy nghĩ xem làm thế nào để có thể tưới cây hiệu quả nữa. Thay vào đó họ chỉ cần cho biết là trồng cây gì là hệ thống sẽ hỗ trợ các công việc còn lại.

Tài liệu tham khảo

Ví dụ về mô hình iot trong nông nghiệp:

http://homeos.vn/sanpham.php?id=4&&news=39

Bản báo cáo về nông nghiệp thông minh:

BRL_Libelium_Smart_Agriculture_Whitepaper của beechamresearch

Nên chọn hình thức tưới phun mưa hay tưới nhỏ giọt:

https://nhabeagri.com/chon-hinh-thuc-tuoi-phun-mua-hay-tuoi-nho-giot/

Tưới nhỏ giọt- giải pháp công nghệ cao trong nông nghiệp:

http://ahtp.hochiminhcity.gov.vn/web/hoat-dong-nghien-cuu-ung-dung/tuoi-nho-giot-giai-phap-cong-nghe-cao-trong-nong-nghiep

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia:

https://vi.wikipedia.org/wiki/T%C6%B0%E1%BB%9Bi_nh%E1%BB%8F_gi%E1%BB%8Dt

Nguyễn Hồng Quân