С нарастването на световното население и засилването на изменението на климата, селското стопанство е изправено пред безпрецедентни предизвикателства. За да се подобрят добивите от култури и ресурсната ефективност, технологиите за прецизно земеделие се развиват бързо. Сред тях, почвените сензори, като една от основните технологии на прецизното земеделие, са водеща революция в селскостопанското производство. Напоследък редица нови почвени сензори привлякоха широко внимание в областта на селското стопанство и се превърнаха във важен инструмент за съвременното управление на селското стопанство със своите високопрецизни, в реално време и интелигентни характеристики.
Видове почвени сензори и техните специфични принципи на работа:
1. Сензор за влажност на почвата
Как работи:
Капацитивен сензор за влажност на почвата: Този сензор използва промени в диелектричната константа на почвата, за да измерва влажността. Съдържанието на влага в почвата ще повлияе на нейната диелектрична константа и когато влажността на почвата се промени, стойността на капацитета на сензора също ще се промени. Чрез измерване на промяната в капацитета може да се изведе влажността на почвата.
Резистивен сензор за влажност на почвата: Този сензор оценява влажността чрез измерване на стойността на съпротивлението на почвата. Колкото по-високо е съдържанието на влага в почвата, толкова по-ниска е стойността на съпротивлението. Влажността на почвата се определя чрез вграждане на два електрода в сензора и измерване на стойността на съпротивлението между електродите.
Рефлектометрия във времева област (TDR) и рефлектометрия във честотна област (FDR): Тези методи определят влажността на почвата чрез излъчване на електромагнитни вълни и измерване на времето им на преминаване през почвата. TDR измерва времето на отражение на електромагнитната вълна, докато FDR измерва промяната в честотата на електромагнитната вълна.
2. Сензор за температура на почвата
Как работи:
Сензорите за температура на почвата обикновено използват термистори или термодвойки като температурни сензорни елементи. Стойността на съпротивлението на термистора се променя с температурата и температурата на почвата може да се изчисли чрез измерване на промяната в стойността на съпротивлението. Термодвойките измерват температурата, използвайки електродвижещата сила на температурната разлика между два различни метала.
3. Сензор за хранителни вещества в почвата
Как работи:
Електрохимичен сензор: Този сензор открива съдържанието на хранителни вещества чрез измерване на електрохимичната активност на йоните в почвата. Например, нитратните сензори могат да определят количеството азот в почвата чрез измерване на електрохимичната реакция на нитратните йони.
Оптични сензори: Използват спектрален анализ за откриване на съдържание на хранителни вещества чрез измерване на абсорбцията или отражението на специфични дължини на вълната на светлината в почвата. Например, сензорите за близка инфрачервена спектроскопия (NIR) могат да анализират съдържанието на органична материя и минерали в почвата.
Йон-селективен електрод (ISE): Този сензор определя концентрацията на специфичен йон чрез измерване на неговата потенциална разлика. Например, калиево-йон-селективните електроди могат да измерват концентрацията на калиеви йони в почвата.
4. Сензор за pH на почвата
Как работи:
Сензорите за pH на почвата обикновено използват стъклени електроди или металооксидни електроди. Стъкленият електрод определя pH чрез измерване на концентрацията на водородни йони (H+). Металооксидните електроди използват електрохимичната реакция между метални оксиди и водородни йони, за да измерят стойността на pH.
Тези сензори измерват потенциалната разлика между електродите, като влизат в контакт с почвен разтвор, като по този начин определят pH на почвата.
5. Сензор за проводимост
Как работи:
Сензорите за проводимост определят съдържанието на сол в почвения разтвор, като измерват способността му да провежда електричество. Колкото по-висока е концентрацията на йони в почвения разтвор, толкова по-висока е проводимостта. Сензорът изчислява стойността на проводимостта, като прилага напрежение между два електрода и измерва силата на тока.
6. Сензор за REDOX потенциал (ORP)
Как работи:
ORP сензорите измерват REDOX потенциала на почвата и отразяват REDOX състоянието на почвата. Сензорът определя ORP чрез измерване на потенциалната разлика между платинения електрод и референтния електрод. Стойностите на ORP могат да отразяват наличието на окислителни или редуциращи вещества в почвата.
Сценарий на приложение
Прецизно земеделие: Сензорите за почва могат да следят различни параметри на почвата в реално време, помагайки на земеделските производители с прецизно напояване, торене и управление на почвата, за да подобрят добива и качеството на културите.
Мониторинг на околната среда: В проекти за екологично възстановяване и опазване на околната среда, почвените сензори могат да наблюдават здравето на почвата, да оценяват степента на замърсяване и ефективността на рекултивацията.
Градско озеленяване: В градското озеленяване и управлението на градини, сензорите могат да следят влажността на почвата и съдържанието на хранителни вещества, за да осигурят здравословен растеж на растенията.
Точен мониторинг: Почвените условия са под контрол
Сензорите за почва могат да наблюдават различни параметри на почвата в реално време, включително влага, температура, съдържание на хранителни вещества (като азот, фосфор, калий и др.) и pH стойност. Тези данни са жизненоважни за земеделските производители, защото те пряко влияят върху растежа и добива на културите. Традиционните методи за откриване на почва често изискват ръчно вземане на проби и лабораторен анализ, което не само отнема време, но и не предоставя данни в реално време. Новият сензор за почва е в състояние непрекъснато да следи състоянието на почвата 24 часа в денонощието и да предава данните към смартфона или платформата за управление на селското стопанство на земеделския производител.
Например, голяма ферма в покрайнините на Южна Корея наскоро инсталира множество почвени сензори. Фермерът Ли каза: „Преди можехме да разчитаме само на опит, за да преценим кога да поливаме и торим, но сега с тези сензори можем да вземаме по-научни решения въз основа на данни в реално време.“ Това не само увеличава добивите на култури, но и спестява вода и торове.
Интелигентно управление: крайъгълният камък на прецизното земеделие
Интелигентната функция на почвения сензор е един от акцентите. В комбинация с технологията „Интернет на нещата“ (IoT), сензорите могат да предават събраните данни в реално време към облачна платформа за анализ и обработка. Земеделските производители могат дистанционно да наблюдават почвените условия чрез мобилно приложение или компютърна платформа и да използват резултатите от анализа на данните за прецизно напояване и торене.
Освен това, някои усъвършенствани сензори за почва имат функции за автоматично управление. Например, когато сензорът установи, че влажността на почвата е под зададената стойност, напоителната система може автоматично да започне поливане; когато съдържанието на хранителни вещества е недостатъчно, автоматично може да се освободи подходящо количество тор. Този метод на автоматично управление не само подобрява ефективността на селскостопанското производство, но също така намалява ръчната намеса и намалява разходите за труд.
Опазване на околната среда: гаранция за устойчиво развитие
Приложението на почвени сензори не само помага за подобряване на добива на културите, но има и важно значение за опазването на околната среда. Чрез прецизен мониторинг и научно управление, земеделските производители могат да избегнат прекомерното торене и напояване, като по този начин намалят употребата на торове и вода и намалят замърсяването на почвата и водните ресурси.
Например, в някои развити страни почвените сензори са широко използвани в биологичното и екологичното земеделие. Чрез научно управление тези ферми не само подобряват качеството и добива на селскостопански продукти, но и защитават екологичната среда и постигат устойчиво развитие.
Широки сценарии на приложение
Сценариите за приложение на почвените сензори са много широки, като не се ограничават само до полски култури, но включват и оранжерийно засаждане, овощни градини, лозя и др. В оранжерийното земеделие сензорите могат да помогнат на фермерите да контролират прецизно температурата, влажността и снабдяването с хранителни вещества, създавайки най-добрата среда за отглеждане. В овощните градини и лозята сензорите могат да следят pH на почвата и съдържанието на хранителни вещества, помагайки на фермерите с научното подобряване на почвата и торене.
Освен това, почвените сензори могат да се прилагат и за градско озеленяване, управление на градини и екологично възстановяване. В градското озеленяване, например, сензорите могат да помогнат на мениджърите да следят влажността на почвата и съдържанието на хранителни вещества, за да осигурят здравословен растеж на растенията.
Бъдещи перспективи
С развитието на технологиите, почвените сензори ще стават все по-интелигентни и многофункционални. В бъдеще сензорите могат да бъдат комбинирани с технология за изкуствен интелект (ИИ), за да се осигури по-усъвършенствано автоматизирано управление и подкрепа за вземане на решения. Например, системите с ИИ могат да предскажат тенденцията на растеж на културите въз основа на данни за почвата и прогнози за времето и да предоставят най-добрия план за засаждане.
Освен това, цената на почвените сензори също намалява, което ги прави широко използвани в развиващите се страни и малките ферми. С популяризирането на технологиите за прецизно земеделие, почвените сензори ще се превърнат в неразделна част от съвременното управление на селското стопанство, осигурявайки важна гаранция за устойчивото развитие на световното земеделие.
Заключение
Появата на почвени сензори бележи ново ниво в технологиите за прецизно земеделие. Те не само подобряват ефективността и добивите от селскостопанското производство, но и предоставят нови решения за опазване на околната среда и устойчиво развитие. С непрекъснатите иновации в технологиите и непрекъснатото разширяване на сценариите на приложение, почвените сензори ще играят по-голяма роля в бъдеще, носейки повече удобство и сигурност в нашето селскостопанско производство и живот.
За повече информация относно сензорите за почва,
Моля, свържете се с Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Уебсайт на компанията:www.hondetechco.com
Време на публикуване: 16 януари 2025 г.