В области точного земледелия и мониторинга окружающей среды понимание состояния почвы переходит от «нечёткого восприятия» к «точной диагностике». Традиционные однопараметрические измерения больше не отвечают требованиям современного принятия решений в сельском хозяйстве. Поэтому многопараметрические почвенные датчики, способные одновременно и точно контролировать влажность почвы, pH, засолённость и содержание основных питательных веществ, становятся «швейцарским армейским ножом», позволяющим раскрыть тайны почвы и добиться научного управления. В этой статье подробно рассматривается реализация этой технологии.
I. Основной технический принцип: как «исследовать несколько объектов одной иглой»?
Многопараметрические почвенные датчики не просто объединяют несколько независимых датчиков. Вместо этого они работают согласованно, образуя высокоинтегрированную систему, в основе которой лежат следующие основные физические и химические принципы:
Технология рефлектометрии во временной области/частотной области – Мониторинг влажности почвы
Принцип действия: Датчик излучает электромагнитные волны и измеряет их изменение после распространения в почве. Поскольку диэлектрическая проницаемость воды значительно выше, чем у других веществ в почве, изменение общей диэлектрической проницаемости почвы напрямую зависит от объёмного содержания воды.
Реализация: Измеряя изменения скорости или частоты распространения электромагнитных волн, можно напрямую, быстро и точно рассчитать влажность почвы. В настоящее время это один из самых распространённых и надёжных методов измерения влажности почвы.
Технология электрохимического зондирования – мониторинг значения pH, содержания солей и ионов
Значение pH: используются ионселективные полевые транзисторы или традиционные стеклянные электроды. Чувствительная плёнка на поверхности реагирует на ионы водорода в почвенном растворе, создавая разность потенциалов, зависящую от значения pH.
Засолённость: Уровень засолённости почвы напрямую определяется путём измерения электропроводности почвенного раствора. Чем выше значение электропроводности, тем выше концентрация растворимых солей.
Питательные вещества: Это наиболее сложная техническая задача. Для определения ключевых питательных веществ, таких как азот, фосфор и калий, современные датчики используют ионселективные электроды. Каждый ИСЭ избирательно реагирует на определённые ионы (например, ион аммония NH₄⁺, нитрат-ион NO₃⁻ и ион калия K⁺), тем самым оценивая их концентрацию.
Технология оптического зондирования – будущая звезда мониторинга питательных веществ
Принцип: Методы, такие как спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне или лазерно-индуцированная эмиссионная спектроскопия. Датчик излучает в почву свет определённой длины волны. Различные компоненты почвы поглощают, отражают или рассеивают этот свет, формируя уникальный «спектральный отпечаток».
Реализация: Анализируя спектральную информацию и объединяя её со сложной калибровочной моделью, можно одновременно и обратимо определить множество параметров, таких как содержание органического вещества и азота в почве. Это новый тип бесконтактного и безреагентного метода обнаружения.
II. Системная интеграция и проблемы: инженерная мудрость, лежащая в основе точности
Интеграция вышеупомянутых технологий в компактный зонд и обеспечение его долговременной стабильной работы представляет собой существенные проблемы:
Интеграция датчиков: как рационально расположить каждый датчик в ограниченном пространстве, чтобы избежать взаимных помех между электромагнитными сигналами и измерениями ионов.
Интеллектуальная система датчиков почвы: Полная система включает в себя не только сам зонд, но и регистратор данных, модуль управления питанием и модуль беспроводной передачи данных, образуя беспроводную сеть датчиков почвы для сбора данных в режиме реального времени и удаленной передачи.
Компенсация влияния окружающей среды и калибровка: Изменения температуры почвы могут существенно влиять на результаты электрохимических и оптических измерений. Поэтому все высококачественные многопараметрические датчики оснащены встроенными датчиками температуры и используют алгоритмы для температурной компенсации показаний в режиме реального времени, что является залогом точности данных.
Мониторинг на месте и долгосрочная стабильность: Датчик предназначен для заглубления в почву для долгосрочного мониторинга на месте, что означает, что он должен иметь прочный корпус, устойчивый к коррозии, давлению и воздействию корней. Калибровка — ещё одна серьёзная проблема. Заводской калибровки часто бывает недостаточно. Калибровка на месте для определённых типов почв имеет решающее значение для получения точных показаний.
III. Основные ценности и их применение: почему это так важно?
Это комплексное решение для мониторинга почвы принесло революционные результаты:
Комплексное понимание здоровья почвы: больше не нужно рассматривать воду и питательные вещества изолированно, а нужно понимать их взаимосвязь. Например, знание влажности почвы помогает объяснить эффективность миграции питательных веществ; знание значения pH позволяет определить доступность питательных веществ NPK.
Обеспечьте точность орошения и внесения удобрений: обеспечьте поддержку данных в режиме реального времени для технологии переменного расхода, чтобы обеспечить орошение и внесение удобрений по мере необходимости, значительно повысить эффективность использования воды и удобрений, сократить затраты и свести к минимуму загрязнение окружающей среды.
Осуществлять настоящий мониторинг окружающей среды в режиме реального времени: для научных исследований и экологической защиты можно непрерывно отслеживать динамические изменения параметров почвы, предоставляя ценные данные для изучения изменения климата, миграции загрязняющих веществ и т. д.
IV. Перспективы на будущее
В будущем многопараметрические почвенные датчики будут развиваться в сторону более высокой интеграции (например, интеграции функций почвенного тензиометра), снижения энергопотребления (использование технологии сбора энергии из почвы), повышения интеллектуальности (со встроенными моделями искусственного интеллекта для самодиагностики и прогнозирования данных) и снижения стоимости. С популяризацией технологий они станут незаменимой инфраструктурой в интеллектуальном сельском хозяйстве и цифровом управлении почвой.
Заключение: Многопараметрический почвенный датчик успешно обеспечивает синхронный и точный мониторинг ключевых параметров почвы благодаря интеграции множества передовых технологий, таких как TDR/FDR, электрохимия и оптика, а также благодаря использованию точной системной интеграции и интеллектуальных алгоритмов. Это не только вершина технологического прогресса, но и ключ к переходу к новой эре точного земледелия, ресурсосберегающего и экологически безопасного.
Для получения дополнительной информации о датчиках почвы свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Сайт компании:www.hondetechco.com
Время публикации: 29 сентября 2025 г.