Czujniki glebowe to rozwiązanie, które sprawdziło się w praktyce na mniejszą skalę i może okazać się nieocenione w rolnictwie.
Czym są czujniki glebowe?
Czujniki monitorują stan gleby, umożliwiając zbieranie i analizę danych w czasie rzeczywistym. Czujniki mogą śledzić niemal każdą cechę gleby, taką jak DNA zamieszkujących ją mikroorganizmów, aby przesunąć równowagę w kierunku zdrowszego mikrobiomu glebowego, zwiększenia plonów i ograniczenia zużycia zasobów.
Różnego rodzaju czujniki stosowane w rolnictwie wykorzystują rozmaite metody, takie jak sygnały elektryczne i pomiary odbicia fal świetlnych, w celu określenia podstawowych cech pola, które mogą zmienić sposób prowadzenia działalności rolniczej.
Rodzaje czujników glebowych
Czujniki glebowe mogą mierzyć takie właściwości gleby, jak zawartość wilgoci, temperatura, pH, zasolenie, wilgotność, promieniowanie fotosyntetyczne i bilans składników odżywczych—głównie niezbędny azot, fosfor i potas (NPK).
Oprócz korzyści dla zarządzania uprawami, takich jak lepsza jakość ziarna i mniejsze wypłukiwanie składników odżywczych, czujniki glebowe mogą także dostarczać prognoz dotyczących zasobów wodnych, stabilności gruntów i zmian klimatu.
Inne przypadki użycia obejmują planowanie nawadniania, ocenę zlewni, profilowanie ekologii mikrobiologicznej i zapobieganie chorobom roślin.
Korzyści ze stosowania czujników glebowych
Monitorowanie stanu gleby przynosi rolnikom i ogrodnikom wiele korzyści, w tym zwiększenie plonów i poprawę efektywności wykorzystania zasobów. IoT, usługi w chmurze i integracja ze sztuczną inteligencją pozwalają rolnikom podejmować decyzje w oparciu o dane.
Czujniki optymalizują zużycie nawozów, dbają o zdrowie roślin, maksymalizują wykorzystanie zasobów oraz minimalizują spływ i emisję gazów, które negatywnie wpływają na środowisko. Stały monitoring zapobiega również problemom, takim jak epidemie patogenów czy zagęszczenie gleby.
Monitorowanie stanu gleby za pomocą czujników glebowych może również optymalizować zużycie nawozów i wody.'Szacuje się, że około 30% nawozów azotowych stosowanych w USA jest wypłukiwane i zanieczyszcza źródła wody. Nawet sprawne systemy nawadniające mogą powodować straty wody sięgające 50%, a rolnictwo odpowiada za 70% globalnego zużycia wody słodkiej. Możliwość wydajnego i skutecznego uzupełniania wilgoci w glebie może mieć duże znaczenie.
Instalowanie i kalibracja czujników glebowych
Każdy czujnik ma własną instrukcję instalacji, ale instalacja zwykle wymaga wykopania dołka lub rowu w rzędzie upraw i umieszczenia czujników na różnych głębokościach, także w pobliżu korzeni roślin.
Na dużym obszarze, zgodnie z najlepszymi praktykami, czujniki powinny być umieszczane w miejscach odpowiadających reszcie pola lub rodzajowi gleby, która ma być kontrolowana, w pobliżu źródeł wody i w bezpośrednim kontakcie z glebą (tj. bez kieszeni powietrznych). Miejsca instalacji czujników powinny być również oznakowane flagami lub w inny sposób na powierzchni, aby uniknąć przypadkowego uszkodzenia.
Oprócz prawidłowej instalacji, kluczowa jest kalibracja czujnika. Czujniki glebowe rejestrują dane dotyczące wilgotności gleby jako objętościową zawartość wody (VWC), a każdy rodzaj gleby ma swój własny VWC. Czujniki wilgotności gleby często mają różną czułość i mogą wymagać indywidualnej kalibracji.
Rozwiązywanie problemów
Awarie sprzętu mogą wystąpić z powodu problemów elektrycznych, zakłóceń ze strony dzikich zwierząt lub nieprawidłowego podłączenia przewodów. Każdy wyciek powietrza do tensjometru sprawi, że stanie się on zawodny. Zapewnienie prawidłowej głębokości montażu i metod hydroizolacji może pomóc uniknąć problemów w przyszłości.
Do typowych technik rozwiązywania problemów należą:
Sprawdzanie zasilania i obwodów
Czyszczenie czujników bez użycia środków chemicznych
Regularne przeprowadzanie konserwacji w celu wymiany uszkodzonych części zgodnie z zaleceniami producenta'przewodnik po naprawach
Monitorowanie stanu gleby
Czujniki glebowe oferują dokładniejszą i bardziej usprawnioną strategię oceny stanu gleby. Konwencjonalne oceny gleby są odpowiednikiem biopsji, która może trwać tygodnie lub miesiące, w zależności od właściwości gleby.
Pomiary czujników są znacznie szybsze i zajmują godzinę lub dwie na 50 akrach. Czujniki wyświetlają wszystkie niezbędne dane do efektywnego zarządzania uprawami, w tym zawartość wody, napięcie wody i obecność materii organicznej.—doskonały wskaźnik ogólnego stanu gleby—bez konieczności fizycznego pobierania próbek gleby.
Integracja z systemami zarządzania gospodarstwem
Według raportu StartUS Insights, czujniki glebowe są najbardziej wpływową technologią monitorowania gleby ze względu na ich skalowalność, wydajność i użyteczność. Połączenie czujników glebowych z innymi rozwijającymi się technologiami rolniczymi, takimi jak mapowanie gleby oparte na sztucznej inteligencji, obrazowanie lotnicze, zautomatyzowane roboty do monitorowania gleby, urządzenia do śledzenia emisji, analiza gleby w rzeczywistości rozszerzonej, nanotechnologia i integracja z blockchain, może zoptymalizować zarządzanie gospodarstwem rolnym.
Wyzwania i rozwiązania w technologii czujników glebowych
Według raportu Uniwersytetu Nebraski z 2020 roku, tylko 12% gospodarstw rolnych w USA korzysta z czujników wilgotności gleby do ustalania harmonogramów nawadniania. Czujniki glebowe stały się bardziej użyteczne dzięki znacznej poprawie dostępności, łatwości obsługi oraz możliwości przetwarzania i wyświetlania danych, ale konieczne są dalsze postępy.
Czujniki glebowe muszą stać się bardziej ekonomiczne i interoperacyjne, aby można je było wdrożyć na całym świecie. Istnieje wiele rodzajów czujników, co powoduje brak standaryzacji i kompatybilności.
Wiele istniejących technologii opiera się na zastrzeżonych czujnikach, co może utrudniać ich personalizację. Postęp w technologii czujników, taki jak ten opracowany na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, upraszcza proces wdrażania, umożliwiając monitorowanie danych na żywo i promując sprawne podejmowanie decyzji w różnych dziedzinach i na różnych rynkach.
Studia przypadków: udane wdrożenie czujników glebowych
Czujniki glebowe pomagają rolnikom oszczędzać wodę i pieniądze
Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Clemson wykazało, że czujniki wilgotności gleby mogą zwiększyć wydajność rolników'średni dochód netto o 20% poprzez zwiększenie efektywności nawadniania na testowanych polach, na których uprawiano orzeszki ziemne, soję lub bawełnę.
Więcej zrównoważonych boisk sportowych
Obiekty sportowe również wdrażają czujniki glebowe. Stadion Wembley i Citizens Bank Park (siedziba Philadelphia Phillies) to niektóre z obiektów sportowych, które wykorzystują czujniki glebowe, aby utrzymać bujną nawierzchnię boiska, jednocześnie maksymalizując zużycie wody i energii, według producenta czujników glebowych Soil Scout.
Przyszłe trendy w technologii czujników glebowych
Do nowych trendów zalicza się nanotechnologię, czyli nanocząsteczki na bazie złota i srebra, które zwiększają czułość czujników w celu wykrywania zanieczyszczeń gleby, np. metali ciężkich.
Czujniki pokryte nanozwiązkami mogłyby śledzić właściwości gleby, a następnie uwalniać składniki odżywcze, takie jak tlen, w odpowiedzi na wahania jej jakości. Inne obliczają bioindykatory, takie jak liczba dżdżownic czy różnorodność mikroorganizmów, poprzez analizę DNA, aby poprawić mikrobiom glebowy.
Czas publikacji: 09-04-2024