Czujniki gleby to rozwiązanie, które sprawdziło się w mniejszej skali i może stać się nieocenione w zastosowaniach rolniczych.
Czym są czujniki gleby?
Czujniki śledzą stan gleby, umożliwiając gromadzenie i analizę danych w czasie rzeczywistym.Czujniki mogą śledzić niemal każdą cechę gleby, na przykład DNA zamieszkujących ją mikroorganizmów, aby przesunąć równowagę w kierunku zdrowszego mikrobiomu gleby, zwiększonych plonów i mniejszego zużycia zasobów.
Różne typy czujników stosowanych w rolnictwie wykorzystują różnorodne metody, takie jak sygnały elektryczne i pomiar odbicia fal świetlnych, w celu ustalenia podstawowych cech pola, które mogą zmienić działalność rolniczą.
Rodzaje czujników gleby
Czujniki gleby mogą mierzyć właściwości gleby, takie jak zawartość wilgoci, temperatura, pH, zasolenie, wilgotność, promieniowanie fotosyntetyczne i bilans składników odżywczych—głównie niezbędny azot, fosfor i potas (NPK).
Oprócz korzyści związanych z zarządzaniem uprawami, takich jak lepsza jakość ziarna i zmniejszone wymywanie składników odżywczych, czujniki glebowe mogą dostarczać prognozy dotyczące zasobów wodnych, stabilności gruntów i zmian klimatycznych.
Inne przypadki zastosowania obejmują planowanie nawadniania, ocenę zlewiska, profilowanie ekologii drobnoustrojów i zapobieganie chorobom roślin.
Korzyści ze stosowania czujników gleby
Śledzenie stanu gleby zapewnia rolnikom i ogrodnikom wiele korzyści, w tym zwiększone plony i lepszą efektywność wykorzystania zasobów.Integracja Internetu Rzeczy, usług w chmurze i sztucznej inteligencji umożliwia hodowcom podejmowanie decyzji w oparciu o dane.
Czujniki optymalizują wykorzystanie nawozów, utrzymują rośliny w zdrowiu, maksymalizują zasoby oraz minimalizują spływ i odgazowywanie, które atakują środowisko.Stały monitoring zapobiega również problemom, takim jak epidemie patogenów lub zagęszczenie gleby.
Monitorowanie stanu gleby za pomocą czujników glebowych może również zoptymalizować zużycie nawozów i wody.To'szacuje się, że około 30% nawozów azotanowych stosowanych w USA zmywa i zanieczyszcza źródła wody.Nawet umiejętne systemy nawadniające mogą powodować aż do 50% marnotrawienia wody, a rolnictwo odpowiada za 70% światowego zużycia słodkiej wody.Zdolność do wydajnego i skutecznego uzupełniania wilgoci w glebie może mieć duży wpływ.
Instalowanie i kalibracja czujników gleby
Każdy czujnik będzie miał własną instrukcję instalacji, ale instalacja zazwyczaj wymaga wykopania dołu lub rowu w rzędzie upraw i umieszczenia czujników na różnych głębokościach, w tym w pobliżu korzeni roślin.
Najlepsze praktyki nakazują umieszczanie na dużych obszarach w miejscach wskazujących na pozostałą część pola lub rodzaj gleby, którą należy zagospodarować, w pobliżu źródeł wody i w bezpośrednim kontakcie z glebą (tj. bez kieszeni powietrznych).Miejsca czujników należy również oznaczyć lub w inny sposób oznaczyć na powierzchni, aby uniknąć przypadkowego uszkodzenia.
Oprócz prawidłowej instalacji kluczowa jest kalibracja czujnika.Czujniki gleby 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 zwierząt lub źle podłączonych przewodów.Każde powietrze przedostające się do tensjometru spowoduje, że będzie on zawodny.Zapewnienie prawidłowej głębokości montażu i metod hydroizolacji może pomóc uniknąć problemów w przyszłości.
Typowe techniki rozwiązywania problemów obejmują:
Sprawdzenie zasilacza i obwodów elektrycznych
Czyszczenie czujników bez użycia środków chemicznych
Wykonywanie regularnej konserwacji w celu wymiany uszkodzonych części zgodnie z zaleceniami producenta'instrukcja naprawy
Monitorowanie stanu gleby
Czujniki gleby oferują dokładniejszą, usprawnioną strategię oceny stanu gleby.Konwencjonalne badania gleby są odpowiednikiem biopsji, która może zająć tygodnie lub miesiące, w zależności od właściwości gleby.
Pomiary czujnikiem są znacznie szybsze i zajmują godzinę lub dwie na 50 akrów.Czujniki wyświetlają wszystko, co niezbędne 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 gleby są najskuteczniejszą technologią monitorowania gleby ze względu na ich skalowalność, wydajność i użyteczność.Połączenie czujników gleby z innymi rozwijającymi się technologiami rolniczymi, w tym mapowaniem gleby opartym na sztucznej inteligencji, obrazowaniem lotniczym, automatycznymi robotami monitorującymi glebę, urządzeniami do śledzenia emisji, analizą gleby w rzeczywistości rozszerzonej, nanotechnologią i integracją blockchain, może zoptymalizować zarządzanie gospodarstwem.
Wyzwania i rozwiązania w technologii czujników gleby
Z raportu Uniwersytetu Nebraski z 2020 r. wynika, że tylko 12% amerykańskich gospodarstw rolnych korzysta z czujników wilgotności gleby do ustalania harmonogramów nawadniania.Czujniki gleby stały się bardziej opłacalne dzięki znacznej poprawie dostępności, przyjazności dla użytkownika oraz możliwości przetwarzania i wyświetlania danych, ale potrzebny jest większy postęp.
Czujniki gleby muszą stać się bardziej opłacalne i interoperacyjne, aby umożliwić ich globalne zastosowanie.Istnieje wiele typów czujników, co powoduje brak standaryzacji i kompatybilności.
Wiele istniejących technologii opiera się na zastrzeżonych czujnikach, co może utrudniać dostosowywanie.Postępy w technologii czujników, takie jak te opracowane na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, upraszczają wdrażanie, zapewniając monitorowanie danych na żywo i promując sprawne podejmowanie decyzji w różnych dziedzinach i rynkach.
Studia przypadków: udane wdrożenie czujników gleby
Czujniki gleby pomagają rolnikom oszczędzać wodę i pieniądze
Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Clemson wykazało, że czujniki wilgotności gleby mogą zwiększyć skuteczność rolników'średni dochód netto o 20% poprzez zwiększenie efektywności nawadniania na badanych polach, na których uprawiano orzeszki ziemne, soję lub bawełnę.
Bardziej zrównoważone boiska sportowe
Obiekty sportowe również wykorzystują czujniki gleby.Według producenta czujników gleby Soil Scout, stadion Wembley i Citizens Bank Park (siedziba drużyny Philadelphia Phillies) należą do obiektów sportowych wykorzystujących czujniki gleby do utrzymywania bujnej nawierzchni boiska przy jednoczesnej maksymalizacji zużycia wody i energii.
Przyszłe trendy w technologii czujników gleby
Pojawiające się trendy obejmują nanotechnologię z nanocząsteczkami na bazie złota lub srebra, które zwiększają czułość czujnika w celu wykrywania substancji zanieczyszczających glebę, takich jak metale ciężkie.
Czujniki pokryte nanozwiązkami mogłyby śledzić charakterystykę gleby, a następnie uwalniać składniki odżywcze, takie jak tlen, w odpowiedzi na wahania jakości gleby.Inni obliczają biowskaźniki, takie jak liczba dżdżownic lub różnorodność mikroorganizmów, poprzez analizę DNA, aby poprawić mikrobiom gleby.
Czas publikacji: 09 kwietnia 2024 r