В областта на прецизното земеделие и мониторинга на околната среда, разбирането за почвените условия се измества от „размито възприятие“ към „прецизна диагноза“. Традиционното измерване с един параметър вече не може да отговори на изискванията на съвременното вземане на решения в селското стопанство. По този начин, многопараметричните почвени сензори, които могат едновременно и прецизно да наблюдават почвената влажност, pH, соленост и ключови хранителни вещества, се превръщат в „швейцарското ножче“ за разкриване на мистериите на почвата и постигане на научно управление. Тази статия ще се задълбочи в това как се реализира тази технология.
I. Основен технически принцип: Как да „сондираме множество обекти с една игла“?
Многопараметричните почвени сензори не просто обединяват няколко независими сензора. Вместо това те работят координирано чрез силно интегрирана система, използваща главно следните основни физични и химични принципи:
Технология на рефлектометрите във времевата/честотната област – Мониторинг на почвената влажност
Принцип: Сензорът излъчва електромагнитни вълни и измерва промените им след разпространението им в почвата. Тъй като диелектричната константа на водата е много по-висока от тази на други вещества в почвата, изменението на общата диелектрична константа на почвата е пряко свързано с обемното водно съдържание.
Реализация: Чрез измерване на скоростта или промените в честотата на разпространение на електромагнитните вълни, влажността на почвата може да бъде директно, бързо и точно изчислена. Това е един от най-разпространените и надеждни методи за измерване на влажността на почвата в момента.
Електрохимична сензорна технология – наблюдение на pH стойност, съдържание на сол и йони
pH стойност: Използват се йонно-селективни полеви транзистори или традиционни стъклени електроди. Чувствителният филм на повърхността му реагира на водородни йони в почвения разтвор, генерирайки потенциална разлика, свързана със стойността на pH.
Соленост: Нивото на соленост на почвата се отразява директно чрез измерване на електрическата проводимост на почвения разтвор. Колкото по-висока е стойността на електропроводимостта (EC), толкова по-голяма е концентрацията на разтворими соли.
Хранителни вещества: Това е частта с най-голямото техническо предизвикателство. За ключови хранителни вещества като азот, фосфор и калий, усъвършенстваните сензори използват йонно-селективни електроди. Всеки ISE има селективен отговор към специфични йони (като амониев йон NH₄⁺, нитратен йон NO₃⁻ и калиев йон K⁺), като по този начин оценява техните концентрации.
Оптична сензорна технология – звездата на бъдещето за наблюдение на хранителни вещества
Принцип: Техники като близка инфрачервена спектроскопия или лазерно-индуцирана пробивна спектроскопия. Сензорът излъчва светлина със специфични дължини на вълните в почвата. Различните компоненти в почвата абсорбират, отразяват или разсейват тази светлина, образувайки уникален „спектрален пръстов отпечатък“.
Внедряване: Чрез анализ на тази спектрална информация и комбинирането ѝ със сложен калибровъчен модел, множество параметри, като например органично вещество в почвата и съдържание на азот, могат да бъдат едновременно обратимо получени. Това е нов тип безконтактен и безреагентен метод за откриване.
II. Системна интеграция и предизвикателства: Инженерна мъдрост зад прецизността
Интегрирането на гореспоменатите технологии в компактна сонда и осигуряването на нейната дългосрочна стабилна работа представлява значителни предизвикателства:
Интеграция на сензори: Как рационално да се разположи всеки сензорен модул в ограничено пространство, за да се избегне взаимна интерференция между електромагнитните сигнали и йонните измервания.
Интелигентна система за почвени сензори: Цялостната система включва не само самата сонда, но и интегрира регистратор на данни, модул за управление на захранването и модул за безжично предаване, образувайки безжична мрежа от почвени сензори за събиране на данни в реално време и дистанционно предаване.
Компенсация и калибриране на околната среда: Промените в температурата на почвата могат значително да повлияят на всички резултати от електрохимичните и оптичните измервания. Следователно, всички висококачествени многопараметрични сензори са оборудвани с вградени температурни сензори и използват алгоритми за извършване на температурна компенсация в реално време за показанията, което е ключът към осигуряване на точност на данните.
Мониторинг на място и дългосрочна стабилност: Сензорът е проектиран да бъде заровен в почвата за дългосрочен мониторинг на място, което означава, че трябва да има здрав корпус, устойчив на корозия, налягане и кореново разрастване. Калибрирането е друго огромно предизвикателство. Фабричното калибриране често е недостатъчно. Калибрирането на място за специфични типове почви е от решаващо значение за получаване на точни показания.
Iii. Основни ценности и приложения: Защо е от решаващо значение?
Това решение за мониторинг на почвата „на едно гише“ донесе революционна стойност:
Цялостна представа за здравето на почвата: Вече не гледайте водата или хранителните вещества изолирано, а разберете техните взаимовръзки. Например, познаването на почвената влажност помага да се обясни ефективността на миграцията на хранителни вещества; Познаването на pH стойността може да определи наличието на NPK хранителни вещества.
Осигурете прецизно напояване и торене: Осигурете поддръжка на данни в реално време за технологията с променлива скорост, за да постигнете напояване и торене при поискване, значително да подобрите ефективността на използване на вода и торове, да намалите разходите и да сведете до минимум замърсяването на околната среда.
Осъществете истински мониторинг на околната среда в реално време: За научни изследвания и екологична защита, той може непрекъснато да проследява динамичните промени в параметрите на почвата, предоставяйки ценни данни за изучаване на изменението на климата, миграцията на замърсители и др.
Iv. Бъдещи перспективи
В бъдеще многопараметричните почвени сензори ще се развиват към по-висока интеграция (като например интегриране на функции на почвен тензиометър), по-ниска консумация на енергия (разчитайки на технология за събиране на почвена енергия), по-голяма интелигентност (с вградени модели с изкуствен интелект за самодиагностика и прогнозиране на данни) и по-ниски разходи. С популяризирането на технологиите, те ще се превърнат в незаменима инфраструктура в интелигентното земеделие и цифровото управление на почвите.
Заключение: Многопараметричният почвен сензор успешно постигна синхронно и прецизно наблюдение на ключови почвени параметри чрез интегриране на множество авангардни технологии като TDR/FDR, електрохимия и оптика, и чрез използване на прецизна системна интеграция и интелигентни алгоритми. Той е не само кулминацията на технологиите, но и ключът към преминаването ни към нова ера на прецизно земеделие, което е ресурсоспестяващо и екологично.
За повече информация относно сензорите за почва, моля, свържете се с Honde Technology Co., LTD.
WhatsApp: +86-15210548582
Email: info@hondetech.com
Уебсайт на компанията:www.hondetechco.com
Време на публикуване: 29 септември 2025 г.