Все более ограниченные земельные и водные ресурсы стимулировали развитие точного земледелия, которое использует технологии дистанционного зондирования для мониторинга данных об окружающей среде (воздухе и почве) в режиме реального времени, что помогает оптимизировать урожайность. Максимальная устойчивость таких технологий имеет решающее значение для надлежащего управления окружающей средой и снижения затрат.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Advanced Sustainable Systems, ученые из Университета Осаки разработали беспроводную технологию измерения влажности почвы, которая в значительной степени биоразлагаема. Эта работа является важной вехой в решении оставшихся технических проблем в точном земледелии, таких как безопасная утилизация использованного сенсорного оборудования.
Поскольку численность населения планеты продолжает расти, оптимизация урожайности сельскохозяйственных культур и минимизация использования земли и воды приобретают первостепенное значение. Точное земледелие направлено на решение этих противоречивых задач путем использования сетей датчиков для сбора информации об окружающей среде, чтобы ресурсы могли быть надлежащим образом распределены на сельскохозяйственные угодья тогда и там, где они необходимы.
Беспилотники и спутники могут собирать огромное количество информации, но они не идеально подходят для определения влажности почвы и уровня влажности. Для оптимального сбора данных измерительные приборы влажности следует устанавливать на земле с высокой плотностью. Если датчик не является биоразлагаемым, его необходимо собирать по истечении срока службы, что может быть трудоемким и непрактичным процессом. Цель данной работы — достижение электронной функциональности и биоразлагаемости в одной технологии.
«Наша система включает в себя множество датчиков, беспроводной источник питания и тепловизионную камеру для сбора и передачи данных о местоположении», — объясняет Такааки Касуга, ведущий автор исследования. «Компоненты в почве в основном экологически чистые 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 области для одновременного сбора данных о влажности почвы и местоположении датчика. В конце сезона сбора урожая датчики можно закопать в почву для биоразложения.
«На демонстрационном поле размером 0,4 х 0,6 метра нам удалось успешно получить изображения участков с недостаточной влажностью почвы, — сказал Касуга. — В результате наша система способна справиться с высокой плотностью датчиков, необходимой для точного земледелия».
Данная работа имеет потенциал для оптимизации точного земледелия в условиях все более ограниченных ресурсов. Максимизация эффективности разработанной исследователями технологии в неидеальных условиях, таких как неправильное размещение датчиков и углы наклона на крупнозернистых почвах, а также, возможно, другие показатели почвенной среды, помимо уровня влажности почвы, может привести к широкому применению этой технологии мировым сельскохозяйственным сообществом.
Дата публикации: 30 апреля 2024 г.