Всё более ограниченные земельные и водные ресурсы стимулировали развитие точного земледелия, которое использует технологии дистанционного зондирования для мониторинга состояния воздуха и почвы в режиме реального времени, помогая оптимизировать урожайность. Максимальное повышение устойчивости таких технологий критически важно для эффективного управления окружающей средой и снижения затрат.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Advanced Sustainable Systems, исследователи из Университета Осаки разработали беспроводную технологию измерения влажности почвы, которая в значительной степени биоразлагаема. Эта работа является важной вехой в устранении оставшихся технических проблем в точном земледелии, таких как безопасная утилизация отработанного сенсорного оборудования.
В условиях продолжающегося роста населения планеты оптимизация урожайности в сельском хозяйстве и минимизация использования земельных и водных ресурсов приобретают первостепенное значение. Точное земледелие призвано решить эти противоречивые задачи, используя сети датчиков для сбора экологической информации, чтобы ресурсы могли быть распределены по сельскохозяйственным угодьям в нужное время и в нужном месте.
Дроны и спутники могут собирать большой объём информации, но они не идеальны для определения влажности почвы и её уровня. Для оптимального сбора данных устройства для измерения влажности должны быть установлены на земле с высокой плотностью. Если датчик не биоразлагаемый, его необходимо собирать по окончании срока службы, что может быть трудоёмким и непрактичным. Целью текущей работы является достижение электронной функциональности и биоразлагаемости в рамках одной технологии.
«Наша система включает в себя несколько датчиков, беспроводной источник питания и тепловизор для сбора и передачи данных о местоположении», — объясняет Такааки Касуга, ведущий автор исследования. «Компоненты почвы в основном экологически безопасны и состоят из нанобумаги, субстрата, защитного покрытия из натурального воска, углеродного нагревателя и оловянного проводника».
Технология основана на том, что эффективность беспроводной передачи энергии к датчику зависит от температуры нагревателя датчика и влажности окружающей почвы. Например, при оптимизации положения и угла наклона датчика на ровной почве увеличение влажности почвы с 5% до 30% снижает эффективность передачи с ~46% до ~3%. Затем тепловизионная камера делает снимки местности для одновременного сбора данных о влажности почвы и местоположении датчика. По окончании уборки урожая датчики можно закопать в почву для биоразложения.
«Мы успешно получили изображения участков с недостаточной влажностью почвы, используя 12 датчиков на демонстрационном поле размером 0,4 х 0,6 метра», — сказал Касуга. «В результате наша система способна справиться с высокой плотностью датчиков, необходимой для точного земледелия».
Эта работа может способствовать оптимизации точного земледелия в условиях всё более ограниченных ресурсов. Максимальное повышение эффективности разработанной исследователями технологии в неидеальных условиях, таких как неудачное размещение датчиков и углы уклона на крупнозернистых почвах, а также, возможно, с учётом других показателей состояния почвы, помимо уровня её влажности, может привести к широкому использованию этой технологии мировым сельскохозяйственным сообществом.
Время публикации: 30 апреля 2024 г.