По мере роста мирового населения и усиления изменения климата сельское хозяйство сталкивается с беспрецедентными вызовами. Для повышения урожайности и эффективности использования ресурсов стремительно развивается технология точного земледелия. Среди них датчики почвы, как одна из ключевых технологий точного земледелия, совершают революцию в сельскохозяйственном производстве. В последнее время ряд новых датчиков почвы привлек широкое внимание в сельскохозяйственной сфере, и благодаря своей высокой точности, работе в режиме реального времени и интеллектуальным характеристикам эти датчики стали важным инструментом современного управления сельским хозяйством.
Типы почвенных датчиков и принципы их работы:
1. Датчик влажности почвы
Как это работает:
Емкостной датчик влажности почвы: Этот датчик использует изменения диэлектрической постоянной почвы для измерения влажности. Содержание влаги в почве влияет на ее диэлектрическую постоянную, и при изменении влажности почвы изменяется и значение емкости датчика. Измеряя изменение емкости, можно определить влажность почвы.
Резистивный датчик влажности почвы: этот датчик определяет влажность, измеряя сопротивление почвы. Чем выше содержание влаги в почве, тем ниже значение сопротивления. Влажность почвы определяется путем встраивания двух электродов в датчик и измерения значения сопротивления между ними.
Рефлектометрия во временной области (TDR) и рефлектометрия в частотной области (FDR): эти методы определяют влажность почвы путем излучения электромагнитных волн и измерения времени их распространения через почву. TDR измеряет время отражения электромагнитной волны, а FDR измеряет изменение частоты электромагнитной волны.
2. Датчик температуры почвы
Как это работает:
В датчиках температуры почвы обычно используются терморезисторы или термопары в качестве элементов измерения температуры. Значение сопротивления терморезистора изменяется в зависимости от температуры, и температуру почвы можно рассчитать, измерив изменение значения сопротивления. Термопары измеряют температуру, используя электродвижущую силу разности температур между двумя различными металлами.
3. Датчик питательных веществ в почве
Как это работает:
Электрохимический датчик: Этот датчик определяет содержание питательных веществ, измеряя электрохимическую активность ионов в почве. Например, датчики нитратов могут определять количество азота в почве, измеряя электрохимическую реакцию нитратных ионов.
Оптические датчики: используют спектральный анализ для определения содержания питательных веществ путем измерения поглощения или отражения определенных длин волн света в почве. Например, датчики ближней инфракрасной спектроскопии (БИК) могут анализировать содержание органических веществ и минералов в почве.
Ионоселективный электрод (ИСЭ): Этот датчик определяет концентрацию определенного иона путем измерения его разности потенциалов. Например, калий-ионселективные электроды могут измерять концентрацию ионов калия в почве.
4. Датчик pH почвы
Как это работает:
В датчиках pH почвы обычно используются стеклянные или оксидные электроды. Стеклянный электрод определяет pH путем измерения концентрации ионов водорода (H+). В оксидных электродах для измерения значения pH используется электрохимическая реакция между оксидами металлов и ионами водорода.
Эти датчики измеряют разность потенциалов между электродами, контактируя с почвенным раствором, и таким образом определяют pH почвы.
5. Датчик проводимости
Как это работает:
Датчики проводимости определяют содержание солей в почвенном растворе, измеряя его способность проводить электричество. Чем выше концентрация ионов в почвенном растворе, тем выше проводимость. Датчик вычисляет значение проводимости, подавая напряжение между двумя электродами и измеряя величину тока.
6. Датчик окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)
Как это работает:
Датчики ОВП измеряют окислительно-восстановительный потенциал почвы и отражают ее окислительно-восстановительное состояние. Датчик определяет ОВП, измеряя разность потенциалов между платиновым электродом и эталонным электродом. Значения ОВП могут отражать наличие окисляющих или восстанавливающих веществ в почве.
Сценарий применения
Точное земледелие: почвенные датчики могут отслеживать различные параметры почвы в режиме реального времени, помогая фермерам с точным орошением, внесением удобрений и управлением почвой для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур.
Экологический мониторинг: В проектах по восстановлению и охране окружающей среды почвенные датчики могут отслеживать состояние почвы, оценивать степень загрязнения и эффективность мер по ее рекультивации.
Озеленение городов: В городском озеленении и уходе за садами датчики могут отслеживать влажность почвы и содержание питательных веществ, чтобы обеспечить здоровый рост растений.
Точный мониторинг: состояние почвы под контролем.
Датчики почвы позволяют отслеживать различные параметры почвы в режиме реального времени, включая влажность, температуру, содержание питательных веществ (таких как азот, фосфор, калий и др.) и значение pH. Эти данные жизненно важны для фермеров, поскольку они напрямую влияют на рост и урожайность сельскохозяйственных культур. Традиционные методы анализа почвы часто требуют ручного отбора проб и лабораторного анализа, что не только отнимает много времени, но и не обеспечивает получение данных в режиме реального времени. Новый датчик почвы способен непрерывно отслеживать состояние почвы 24 часа в сутки и передавать данные на смартфон фермера или на платформу управления сельским хозяйством.
Например, на крупном фермерском хозяйстве на окраине Южной Кореи недавно установили множество датчиков почвы. Фермер Ли сказал: «Раньше мы могли полагаться только на опыт, чтобы определить, когда поливать и удобрять, но теперь, благодаря этим датчикам, мы можем принимать более научные решения, основанные на данных в режиме реального времени». Это не только увеличивает урожайность, но и экономит воду и удобрения».
Разумное управление: краеугольный камень точного земледелия.
Одним из главных преимуществ датчика почвы является его интеллектуальная функция. В сочетании с технологией Интернета вещей (IoT) датчики могут передавать собранные данные в режиме реального времени на облачную платформу для анализа и обработки. Фермеры могут удаленно отслеживать состояние почвы с помощью мобильного приложения или компьютерной платформы и использовать результаты анализа данных для точного орошения и внесения удобрений.
Кроме того, некоторые современные датчики влажности почвы обладают функциями автоматического управления. Например, когда датчик обнаруживает, что влажность почвы ниже заданного значения, система орошения может автоматически начать полив; при недостаточном содержании питательных веществ автоматически вносится необходимое количество удобрений. Этот метод автоматического управления не только повышает эффективность сельскохозяйственного производства, но и сокращает ручное вмешательство и снижает трудозатраты.
Охрана окружающей среды: гарантия устойчивого развития
Применение почвенных датчиков не только способствует повышению урожайности, но и имеет важное значение для защиты окружающей среды. Благодаря точному мониторингу и научному управлению фермеры могут избегать чрезмерного внесения удобрений и полива, тем самым сокращая потребление удобрений и воды, а также уменьшая загрязнение почвы и водных ресурсов.
Например, в некоторых развитых странах датчики почвы широко используются в органическом и экологическом земледелии. Благодаря научному подходу к управлению, эти фермы не только улучшают качество и урожайность сельскохозяйственной продукции, но и защищают экологическую среду и обеспечивают устойчивое развитие.
Широкий спектр сценариев применения
Сферы применения почвенных датчиков очень широки и не ограничиваются только полевыми культурами, но также включают тепличные хозяйства, сады, виноградники и т. д. В тепличных хозяйствах датчики помогают фермерам точно контролировать температуру, влажность и подачу питательных веществ, создавая оптимальные условия для выращивания. В садах и виноградниках датчики могут отслеживать pH почвы и содержание питательных веществ, помогая фермерам в научном улучшении почвы и внесении удобрений.
Кроме того, датчики почвы могут применяться для озеленения городов, ухода за садами и восстановления экосистем. Например, в озеленении городов датчики могут помочь специалистам контролировать влажность почвы и содержание питательных веществ, чтобы обеспечить здоровый рост растений.
Перспективы на будущее
По мере развития технологий почвенные датчики будут становиться все более интеллектуальными и многофункциональными. В будущем датчики могут быть объединены с технологиями искусственного интеллекта (ИИ) для обеспечения более совершенного автоматизированного управления и поддержки принятия решений. Например, системы ИИ могут прогнозировать тенденции роста сельскохозяйственных культур на основе данных о почве и прогнозов погоды и предлагать оптимальный план посадки.
Кроме того, снижается и стоимость почвенных датчиков, что способствует их широкому применению в развивающихся странах и на небольших фермах. С популяризацией технологий точного земледелия почвенные датчики станут неотъемлемой частью современного управления сельским хозяйством, обеспечивая важную гарантию устойчивого развития мирового сельского хозяйства.
Заключение
Появление почвенных датчиков знаменует собой новый уровень технологий точного земледелия. Они не только повышают эффективность и урожайность сельскохозяйственного производства, но и предоставляют новые решения для защиты окружающей среды и устойчивого развития. Благодаря непрерывным технологическим инновациям и постоянному расширению сценариев применения, почвенные датчики будут играть все большую роль в будущем, обеспечивая больше удобства и безопасности в нашем сельскохозяйственном производстве и жизни.
Для получения более подробной информации о почвенных датчиках,
Пожалуйста, свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Веб-сайт компании:www.hondetechco.com
Дата публикации: 16 января 2025 г.