היסטוריה קצרה של אגרופיזיקה

התפתחויות מוקדמות באגרופיסיקה

ההתפתחויות המוקדמות ביותר בתחום האגרופיזיקה התרחשו באמצע עד סוף המאה ה-19 כאשר מספר מדענים בולטים החלו לחקור אמפירית פרקטיקות חקלאיות תוך שימוש בעקרונות מהפיסיקה והכימיה. מדען אחד כזה היה תומס סמואל מלתוס, כלכלן וחוקר אנגלי שכתב: "מסה על עקרון האוכלוסייה, כפי שהוא משפיע על השיפור העתידי של החברה." חיבור זה, שפורסם בשנת 1798, הפך לבסיס לבקרת אוכלוסין ומדיניות חקלאית. המאמר של מלתוס גרם למדענים חברתיים וקובעי מדיניות להבין טוב יותר כיצד אספקת מזון וגידול אוכלוסיה אנושיים קשורים. קבוצות אלה של אנשים החלו בסופו של דבר ללמוד שיטות חקלאות באופן אמפירי, תוך יישום עקרונות מדעיים כמו כימיה ופיזיקה למחקר אגרונומיה. מדען נוסף שתרם לפיתוחים המוקדמים של האגרופיזיקה היה יוסטוס פון ליביג, כימאי גרמני ופרופסור באוניברסיטת גייסן. באמצע שנות ה-1800 פרסם ליביג סדרה של חיבורים על האופן שבו כימיה משפיעה על החקלאות. חיבורים אלה היוו את הבסיס לכימיה חקלאית מודרנית. מחקריו של ליביג על פרקטיקות חקלאיות הובילו לתגליות בתחומי כימיה של הקרקע, דישון והזנת צמחים. הוא גם פיתח הבנה כללית של הקשר אדם-אדמה-צמח והשפעת תנאי האטמוספירה על צמיחת הצמחים.

יסודות האגרופיסיקה

אגרופיזיקה היא יישום הפיזיקה לאגרונומיה, שהיא חקר מדעי החקלאות. גם אגרונומיה וגם מדע החקלאות הם תחומים בינתחומיים הכוללים דיסציפלינות מדעיות מרובות. אגרופיזיקה היא בעצם האבקה צולבת של פיזיקה ואגרונומיה. הפסקאות הבאות מתארות את תחומי המשנה השונים של האגרופיסיקה. אגרמטאורולוגיה, הידועה גם כמטאורולוגיה חקלאית, היא חקר דפוסי מזג האוויר המשפיעים ישירות על גידול היבול והתשואות על ידי ניתוח תופעות אטמוספריות כמו טמפרטורה, לחות, משקעים, קרינת שמש, מהירות וכיוון הרוח, קרניים אולטרה סגולות וגורמים סביבתיים אחרים המשפיעים חַקלָאוּת. אגרונומיה היא היישום של מדעי הקרקע, מדעי הצמחים, גנטיקה ומדעי התזונה על פרקטיקות חקלאיות. מטרתו הכללית היא לשמור על בריאותם של אדמה, צמחים ובעלי חיים בסביבה חקלאית. פרקטיקות אגרונומיות תלויות באקלים, אך גם בצמחים, בבעלי החיים ובמערכות האקולוגיות שנחקרים. מטאורולוגיה היא תת-דיסציפלינה חשובה של אגרונומיה החוקרת את האקלים ומזג האוויר המשפיעים על צמיחת והתפתחות הצמחים. הפיזיקה החקלאית מיישמת את חוקי הפיזיקה על פרקטיקות חקלאיות. זהו חקר התכונות הפיזיקליות של קרקעות, צמחים, מים וגורמים אחרים הקשורים לייצור מזון, סיבים ומוצרים חקלאיים אחרים. פיזיקאים חקלאיים חוקרים את זרימת המים והאוויר באדמה, גידול צמחים, השפעות גזים שונים והשפעת הקרינה על צמחים. ביופיסיקה חקלאית היא יישום חוקי הפיזיקה על אורגניזמים ביולוגיים כגון בני אדם, צמחים ובעלי חיים. ביופיסיקאים חקלאיים חוקרים את ההשפעות של אור, קול וצורות אחרות של אנרגיה על מערכות ביולוגיות.

אגרומטאורולוגיה

אגרמטאורולוגיה, הידועה גם כמטאורולוגיה חקלאית, היא חקר דפוסי מזג האוויר המשפיעים ישירות על גידול היבול והתשואות על ידי ניתוח תופעות אטמוספריות כמו טמפרטורה, לחות, משקעים, קרינת שמש, מהירות וכיוון הרוח, קרניים אולטרה סגולות וגורמים סביבתיים אחרים המשפיעים חַקלָאוּת. תת-התחום של אגרופיזיקה הוא החוקר את הקשר בין דפוסי מזג האוויר לצמיחת היבול והתשואות. אגרמטאורולוגים משתמשים במספר סוגים של נתונים, כולל תצפיות מזג אוויר, תמונות לוויין ומודלים ממוחשבים, כדי לחזות דפוסי מזג אוויר שעשויים להשפיע על צמיחת היבול והתשואות. הנתונים שהם אוספים וחוזים משמשים חקלאים ותאגידים חקלאיים לניטור וניהול יבולים שנמצאים בייצור. אגרמטאורולוגים יכולים לעבוד עבור סוכנויות ממשלתיות פדרליות ומדינתיות, חברות פרטיות ואקדמיה. רבים מהם עובדים עבור מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי (NASA), המשתמשת בלוויינים כדי לאסוף נתונים על דפוסי מזג אוויר ברחבי העולם. אגרמטאורולוגים אחראים לאיסוף נתונים על תנאי הקרקע והמים, התפתחות היבול ודפוסי מזג האוויר. הם משתמשים במידע זה כדי לחזות תנאי מזג אוויר עתידיים וממליצים לחקלאים לגבי תאריכי שתילה, מחזורי יבול, השקיה ומחזורי קציר.

חישה מרחוק וחישה מרחוק לוויינית

חישה מרחוק היא תהליך של זיהוי וניתוח חומרים בעזרת גלים אלקטרומגנטיים שאינם מקיימים אינטראקציה עם מקור הגלים. הוא משמש בדיסציפלינות רבות, כולל מדעי החלל, אסטרונומיה, מדעי הסביבה, הידרולוגיה, חקלאות ואקולוגיה. ב בחקלאות, חישה מרחוק משמשת לקביעת שימוש בקרקע, תפוקות יבול, בריאות היבול ואיכות הקרקע. חישה מרחוק משמשת גם לניטור וחיזוי של דפוסי מזג אוויר שעשויים להשפיע על צמיחת היבול והתשואות. חישה מרחוק משמשת לעתים קרובות בשילוב עם תמונות לוויין. הנתונים הנאספים על ידי לוויינים משמשים לחקר הסביבה ומוצגים לעתים קרובות כתמונות.

מיפוי קרקע דיגיטלי

מדעני קרקע משתמשים במגוון טכניקות כדי לחקור את הקרקע ולזהות את תכונותיה. מדעני קרקע מודרניים אוספים נתונים באמצעות מחשבים, חיישנים ורובוטים. באופן מסורתי, מדעני קרקע השתמשו בשיטות חזותיות ומגע כדי להעריך את תכונות הקרקע. תהליך מיפוי הקרקעות באופן דיגיטלי החל בתחילת שנות ה-60 עם שירות שימור הקרקע של הממשל הפדרלי (SCS). סוכנות ממשלתית זו הוטלה על מיפוי קרקעות המדינה כדי לסייע לחקלאים ולבעלי קרקעות בניהול האדמות החקלאיות שלהם. ה-SCS השתמש בחישה מרחוק ובטכנולוגיית מחשב כדי ליצור מודלים של "מערכת תומכת החלטות לניהול יבול" (DSS) כדי לעזור לחקלאים לקבל החלטות בנושא ניהול יבול. ה-SCS הפיץ את מפות הקרקע לחקלאים מקומיים דרך מה שנקרא מחוזות שימור הקרקע (SCDs). התקליטורים הללו היו משרדים מקומיים שסיפקו מידע ותמיכה לחקלאים באזוריהם. חקלאים יכולים להשתמש במפות הקרקע הללו כדי לקבל החלטות לגבי שתילת יבולים וניהול אדמתם.

סיכום

ההיסטוריה של האגרופיזיקה מתחילה לפחות בתחילת המאה ה-19, כאשר מספר מדענים בולטים החלו לחקור אמפירית פרקטיקות חקלאיות תוך שימוש בעקרונות מהפיסיקה והכימיה. ככל שהטכנולוגיה והשיטות המדעיות התקדמו, האגרופיזיקה התקדמה יחד איתה. התקדמות בחישה מרחוק ותמונות לוויין עזרו למדעני קרקע לחקור את תכונות הקרקע באמצעות תמונות שנאספו על ידי לוויינים. ההתקדמות בטכנולוגיית המחשוב עזרה למדעני קרקע לאסוף ולנתח נתונים. ככל שההתקדמות באגרופיזיקה ממשיכה להתבצע, החוקרים מקווים שהחקלאים ישתמשו בנתונים אלה כדי לקבל החלטות טובות יותר בנושא ניהול יבול.