Датчики почвы помогают фермерам оценивать условия выращивания, такие как доступность воды и питательных веществ, pH почвы, температура и топография.

Томат (Solanum lycopersicum L.) — одна из наиболее ценных сельскохозяйственных культур на мировом рынке, которая в основном выращивается с использованием орошения. Производство томатов часто затрудняется неблагоприятными условиями, такими как климат, почва и водные ресурсы. Для оценки условий выращивания, таких как доступность воды и питательных веществ, pH почвы, температура и топография, по всему миру были разработаны и внедрены сенсорные технологии.
Факторы, связанные с низкой урожайностью томатов. Спрос на томаты высок как на рынках свежего потребления, так и на рынках промышленного (перерабатывающего) производства. Низкая урожайность томатов наблюдается во многих сельскохозяйственных секторах, например, в Индонезии, где в основном используются традиционные системы земледелия. Внедрение таких технологий, как приложения на основе Интернета вещей (IoT) и датчики, значительно увеличило урожайность различных культур, включая томаты.
Недостаточное использование разнообразных и современных датчиков из-за недостатка информации также приводит к низким урожаям в сельском хозяйстве. Рациональное управление водными ресурсами играет важную роль в предотвращении неурожая, особенно на томатных плантациях.
Влажность почвы — еще один фактор, определяющий урожайность томатов, поскольку она необходима для переноса питательных веществ и других соединений из почвы к растению. Поддержание оптимальной температуры растения также важно, так как это влияет на созревание листьев и плодов.
Оптимальная влажность почвы для томатов составляет от 60% до 80%. Идеальная температура для максимального урожая томатов — от 24 до 28 градусов Цельсия. При температурах выше этого диапазона рост растений, а также развитие цветков и плодов будут неоптимальными. Если почвенные условия и температура сильно колеблются, рост растений будет замедленным и низкорослым, а томаты будут созревать неравномерно.
Датчики, используемые в выращивании томатов. Разработано несколько технологий для точного управления водными ресурсами, в основном основанных на методах ближнего и дистанционного зондирования. Для определения содержания воды в растениях используются датчики, оценивающие физиологическое состояние растений и окружающей среды. Например, датчики, основанные на терагерцовом излучении в сочетании с измерениями влажности, могут определять величину давления на лист.
Датчики, используемые для определения содержания воды в растениях, основаны на различных приборах и технологиях, включая спектроскопию электрического импеданса, ближнюю инфракрасную (ИК) спектроскопию, ультразвуковую технологию и технологию зажима листьев. Датчики влажности почвы и датчики электропроводности используются для определения структуры почвы, солености и электропроводности.
Датчики влажности и температуры почвы, а также автоматическая система полива. Для получения оптимального урожая томатам необходима правильная система полива. Растущая нехватка воды угрожает сельскохозяйственному производству и продовольственной безопасности. Использование эффективных датчиков может обеспечить оптимальное использование водных ресурсов и максимизировать урожайность.
Датчики влажности почвы позволяют оценить влажность почвы. Недавно разработанные датчики влажности почвы включают две проводящие пластины. Когда эти пластины подвергаются воздействию проводящей среды (например, воды), электроны с анода перемещаются к катоду. Это движение электронов создает электрический ток, который можно обнаружить с помощью вольтметра. Этот датчик определяет наличие воды в почве.
В некоторых случаях датчики влажности почвы объединяются с терморезисторами, способными измерять как температуру, так и влажность. Данные с этих датчиков обрабатываются и генерируют однолинейный двунаправленный выходной сигнал, который передается в автоматизированную систему промывки. Когда данные о температуре и влажности достигают определенных пороговых значений, переключатель водяного насоса автоматически включается или выключается.
Биористор — это биоэлектронный сенсор. Биоэлектроника используется для управления физиологическими процессами растений и их морфологическими характеристиками. Недавно был разработан сенсор in vivo на основе органических электрохимических транзисторов (OECT), обычно называемых биорезисторами. Сенсор был использован в выращивании томатов для оценки изменений в составе растительного сока, циркулирующего в ксилеме и флоэме растущих томатных растений. Сенсор работает в режиме реального времени внутри организма, не вмешиваясь в функционирование растения.
Поскольку биорезистор можно имплантировать непосредственно в стебли растений, он позволяет наблюдать in vivo физиологические механизмы, связанные с движением ионов в растениях в условиях стресса, таких как засуха, засоление, недостаточное давление пара и высокая относительная влажность. Биорезор также используется для обнаружения патогенов и борьбы с вредителями. Кроме того, датчик используется для мониторинга водного баланса растений.