Датчики почвы — это одно из решений, доказавшее свою эффективность в небольших масштабах и способное стать бесценным инструментом в сельском хозяйстве.
Что такое почвенные датчики?
Датчики отслеживают состояние почвы, что позволяет собирать и анализировать данные в режиме реального времени. Датчики могут отслеживать практически любые характеристики почвы, например, ДНК обитающих в ней микроорганизмов, чтобы сместить баланс в сторону более здорового почвенного микробиома, повышения урожайности и снижения потребления ресурсов.
В сельском хозяйстве используются различные типы датчиков, применяющие разнообразные методы, такие как электрические сигналы и измерение отражения световых волн, для определения важнейших характеристик поля, которые могут существенно повлиять на сельскохозяйственные операции.
Типы почвенных датчиков
Датчики почвы могут измерять такие характеристики почвы, как содержание влаги, температура, pH, соленость, влажность воздуха, фотосинтетическое излучение и баланс питательных веществ.—главным образом жизненно важные азот, фосфор и калий (NPK).
Помимо преимуществ в управлении урожаем, таких как улучшение качества зерна и снижение вымывания питательных веществ, почвенные датчики могут использоваться для прогнозирования водных ресурсов, стабильности земель и изменения климата.
Среди других областей применения — планирование полива, оценка водосборных бассейнов, профилирование микробной экологии и профилактика болезней растений.
Преимущества использования почвенных датчиков
Отслеживание состояния почвы приносит фермерам и садоводам множество преимуществ, включая увеличение урожайности и повышение эффективности использования ресурсов. Интернет вещей, облачные сервисы и интеграция с искусственным интеллектом позволяют производителям принимать решения на основе данных.
Датчики оптимизируют использование удобрений, поддерживают здоровье растений, максимально эффективно используют ресурсы и минимизируют сток и выделение вредных газов, загрязняющих окружающую среду. Постоянный мониторинг также предотвращает такие проблемы, как вспышки патогенных микроорганизмов или уплотнение почвы.
Мониторинг состояния почвы с помощью почвенных датчиков также может оптимизировать использование удобрений и воды.'По оценкам, примерно 30% нитратных удобрений, применяемых в США, вымываются и загрязняют водные источники. Даже в хорошо организованных системах орошения потери воды могут достигать 50%, а сельское хозяйство отвечает за 70% мирового потребления пресной воды. Способность эффективно и результативно восполнять влагу в почве может оказать существенное влияние.
Установка и калибровка почвенных датчиков
Для каждого датчика будет своя инструкция по установке, но обычно установка требует выкапывания ямы или траншеи в ряду растений и размещения датчиков на различной глубине, в том числе вблизи корней растений.
На больших площадях передовая практика предполагает размещение датчиков в местах, соответствующих остальной части поля или типу обрабатываемой почвы, вблизи водоотводных сооружений и в непосредственном контакте с почвой (т.е. без воздушных карманов). Места установки датчиков также следует обозначить флажками или иным образом отметить на поверхности, чтобы избежать случайного повреждения.
Помимо правильной установки, ключевое значение имеет калибровка датчиков. Почвенные датчики регистрируют данные о влажности почвы в виде объемного содержания воды (VWC), и каждый тип почвы имеет свое собственное значение VWC. Датчики влажности почвы часто имеют разную чувствительность и могут потребовать индивидуальной калибровки.
Поиск неисправностей
Выход оборудования из строя может быть вызван электрическими неисправностями, помехами от диких животных или неправильным подключением проводов. Любая утечка воздуха в тензиометр сделает его ненадежным. Обеспечение правильной глубины установки и методов гидроизоляции поможет избежать проблем в будущем.
К распространенным методам устранения неполадок относятся:
Проверка блока питания и схемотехники.
Очистка датчиков без использования химикатов.
Регулярное техническое обслуживание с заменой поврежденных деталей в соответствии с рекомендациями производителя.'руководство по ремонту
Мониторинг состояния почвы
Датчики почвы предлагают более точный и оптимизированный подход к оценке состояния почвы. Традиционные методы оценки почвы эквивалентны биопсии, которая может занять недели или месяцы в зависимости от свойств почвы.
Измерения с помощью датчиков выполняются гораздо быстрее, занимая час-два на каждые 50 акров. Датчики отображают всю необходимую информацию для эффективного управления посевами, включая содержание воды, водное натяжение и наличие органических веществ.—отличный индикатор общего состояния почвы—без необходимости физического отбора образцов почвы.
Интеграция с системами управления фермерским хозяйством
Согласно отчету StartUS Insights, почвенные датчики являются наиболее эффективной технологией мониторинга почвы благодаря своей масштабируемости, эффективности и полезности. Сочетание почвенных датчиков с другими быстро развивающимися сельскохозяйственными технологиями, включая картирование почвы с помощью ИИ, аэрофотосъемку, автоматизированных роботов для мониторинга почвы, системы отслеживания выбросов, анализ почвы с использованием дополненной реальности, нанотехнологии и интеграцию блокчейна, может оптимизировать управление фермерским хозяйством.
Проблемы и решения в технологии почвенных датчиков
Согласно отчету Университета Небраски за 2020 год, только 12% фермерских хозяйств США используют датчики влажности почвы для определения графиков полива. Датчики влажности почвы стали более востребованными благодаря значительным улучшениям в доступности, удобстве использования, а также возможностях обработки и отображения данных, но необходимы дальнейшие шаги.
Для глобального внедрения почвенные датчики должны стать более экономичными и совместимыми. Существует множество типов датчиков, что приводит к отсутствию стандартизации и совместимости.
Многие существующие технологии основаны на проприетарных датчиках, что может затруднить их настройку. Достижения в области сенсорных технологий, такие как те, что разработаны Калифорнийским университетом в Беркли, упрощают процесс внедрения, обеспечивая мониторинг данных в режиме реального времени и способствуя принятию гибких решений в различных областях и на разных рынках.
Примеры успешных внедрений: Успешное использование почвенных датчиков
Датчики почвы помогают фермерам экономить воду и деньги.
Исследование Университета Клемсона показало, что датчики влажности почвы могут повысить эффективность работы фермеров.'Увеличение среднего чистого дохода на 20% за счет повышения эффективности орошения на экспериментальных полях, где выращивали арахис, сою или хлопок.
Более экологичные спортивные площадки
По данным компании Soil Scout, производителя датчиков почвы, датчики почвы используются и на спортивных объектах. Стадион «Уэмбли» и «Ситизенс Банк Парк» (домашняя арена бейсбольной команды «Филадельфия Филлис») входят в число спортивных сооружений, использующих датчики почвы для поддержания пышного растительного покрова и одновременно для максимального использования воды и энергии.
Перспективные тенденции в технологии почвенных датчиков
К числу новых тенденций относится нанотехнология, в частности, использование наночастиц на основе золота или серебра, повышающих чувствительность датчиков для обнаружения загрязняющих веществ в почве, таких как тяжелые металлы.
Датчики, покрытые нанокомпозитами, могут отслеживать характеристики почвы и затем высвобождать питательные вещества, такие как кислород, в ответ на колебания качества почвы. Другие датчики рассчитывают биоиндикаторы, такие как количество дождевых червей или разнообразие микроорганизмов, посредством анализа ДНК, для улучшения почвенного микробиома.
Дата публикации: 09.04.2024