Coraz bardziej ograniczone zasoby gruntów i wody przyczyniły się do rozwoju rolnictwa precyzyjnego, które wykorzystuje technologię teledetekcji do monitorowania danych środowiskowych powietrza i gleby w czasie rzeczywistym, aby pomóc w optymalizacji plonów. Maksymalizacja zrównoważonego rozwoju takich technologii ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego zarządzania środowiskiem i redukcji kosztów.
W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie „Advanced Sustainable Systems” naukowcy z Uniwersytetu w Osace opracowali bezprzewodową technologię pomiaru wilgotności gleby, która jest w dużej mierze biodegradowalna. Praca ta stanowi ważny krok w kierunku rozwiązania pozostałych problemów technicznych w rolnictwie precyzyjnym, takich jak bezpieczna utylizacja zużytego sprzętu pomiarowego.
W obliczu ciągłego wzrostu populacji na świecie optymalizacja plonów rolnych oraz minimalizacja zużycia ziemi i wody są niezbędne. Rolnictwo precyzyjne ma na celu rozwiązanie tych sprzecznych potrzeb poprzez wykorzystanie sieci czujników do gromadzenia informacji o środowisku, aby zasoby mogły być odpowiednio alokowane na grunty rolne, kiedy i gdzie są potrzebne.
Drony i satelity mogą gromadzić mnóstwo informacji, ale nie są idealne do określania wilgotności gleby i jej poziomu. Aby zapewnić optymalne gromadzenie danych, urządzenia do pomiaru wilgotności powinny być instalowane na ziemi w dużej gęstości. Jeśli czujnik nie jest biodegradowalny, należy go zebrać po zakończeniu jego eksploatacji, co może być pracochłonne i niepraktyczne. Celem obecnych prac jest osiągnięcie funkcjonalności elektronicznej i biodegradowalności w ramach jednej technologii.
„Nasz system obejmuje wiele czujników, bezprzewodowe zasilanie i kamerę termowizyjną do zbierania i przesyłania danych pomiarowych oraz lokalizacyjnych” – wyjaśnia Takaaki Kasuga, główny autor badania. „Składniki w glebie są w większości przyjazne dla środowiska i składają się z nanopapieru, podłoża, naturalnej woskowej powłoki ochronnej, grzałki węglowej i drutu przewodzącego z cyny”.
Technologia ta opiera się na założeniu, że wydajność bezprzewodowego przesyłu energii do czujnika zależy od temperatury grzałki czujnika i wilgotności otaczającej gleby. Przykładowo, optymalizując położenie i kąt czujnika na gładkiej glebie, zwiększenie wilgotności gleby z 5% do 30% zmniejsza wydajność transmisji z ~46% do ~3%. Kamera termowizyjna rejestruje następnie obrazy obszaru, jednocześnie gromadząc dane dotyczące wilgotności gleby i lokalizacji czujnika. Pod koniec sezonu zbiorów czujniki można zakopać w glebie w celu biodegradacji.
„Udało nam się zobrazować obszary o niedostatecznej wilgotności gleby za pomocą 12 czujników na polu demonstracyjnym o wymiarach 0,4 x 0,6 metra” – powiedział Kasuga. „Dzięki temu nasz system jest w stanie obsłużyć dużą gęstość czujników niezbędną w rolnictwie precyzyjnym”.
Niniejsza praca ma potencjał optymalizacji rolnictwa precyzyjnego w świecie coraz bardziej ograniczonych zasobów. Maksymalizacja efektywności technologii opracowanej przez naukowców w warunkach odbiegających od idealnych, takich jak nieprawidłowe rozmieszczenie czujników i kąty nachylenia na glebach gruboziarnistych, a być może także inne wskaźniki środowiska glebowego wykraczające poza poziom wilgotności gleby, mogłaby doprowadzić do powszechnego wykorzystania tej technologii przez globalną społeczność rolniczą.
Czas publikacji: 30 kwietnia 2024 r.