Cảm biến đất là một giải pháp đã chứng minh được giá trị của nó ở quy mô nhỏ hơn và có thể trở nên vô cùng hữu ích cho mục đích nông nghiệp.
Cảm biến đất là gì?
Cảm biến theo dõi tình trạng đất, cho phép thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực. Cảm biến có thể theo dõi hầu hết mọi đặc điểm của đất, chẳng hạn như DNA của vi sinh vật thường trú, để chuyển dịch cân bằng theo hướng hệ vi sinh vật đất khỏe mạnh hơn, tăng năng suất và giảm sử dụng tài nguyên.
Nhiều loại cảm biến khác nhau trong nông nghiệp sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, chẳng hạn như tín hiệu điện và đo sự phản xạ của sóng ánh sáng, để xác định các đặc điểm thiết yếu của cánh đồng có thể chuyển đổi hoạt động canh tác.
Các loại cảm biến đất
Cảm biến đất có thể đo các đặc tính của đất như độ ẩm, nhiệt độ, độ pH, độ mặn, độ ẩm, bức xạ quang hợp và cân bằng dinh dưỡng—chủ yếu là nitơ, phốt pho và kali (NPK) thiết yếu.
Ngoài những lợi ích về quản lý cây trồng như chất lượng hạt tốt hơn và giảm thiểu sự rửa trôi chất dinh dưỡng, các cảm biến đất có thể cung cấp thông tin dự báo về tài nguyên nước, độ ổn định của đất và biến đổi khí hậu.
Các trường hợp sử dụng khác bao gồm lập lịch tưới tiêu, đánh giá lưu vực, lập hồ sơ sinh thái vi sinh vật và phòng ngừa bệnh cho cây trồng.
Lợi ích của việc sử dụng cảm biến đất
Việc theo dõi tình trạng đất mang lại nhiều lợi ích cho nông dân và người làm vườn, bao gồm tăng năng suất cây trồng và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên. Tích hợp IoT, dịch vụ đám mây và AI cho phép người trồng trọt đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu.
Cảm biến tối ưu hóa việc sử dụng phân bón, giúp cây trồng khỏe mạnh, tối đa hóa tài nguyên và giảm thiểu lượng nước chảy tràn và khí thải gây hại cho môi trường. Việc giám sát liên tục cũng giúp ngăn ngừa các vấn đề như bùng phát mầm bệnh hoặc nén đất.
Việc theo dõi tình trạng đất bằng cảm biến đất cũng có thể tối ưu hóa việc sử dụng phân bón và nước.'Người ta ước tính rằng khoảng 30% lượng phân bón nitrat được sử dụng ở Hoa Kỳ bị rửa trôi và làm ô nhiễm nguồn nước. Ngay cả các hệ thống tưới tiêu hiện đại cũng có thể gây lãng phí tới 50% nước, và nông nghiệp chiếm tới 70% lượng nước ngọt tiêu thụ trên toàn cầu. Khả năng bổ sung độ ẩm cho đất một cách hiệu quả có thể mang lại tác động lớn.
Lắp đặt và hiệu chuẩn cảm biến đất
Mỗi cảm biến sẽ có hướng dẫn lắp đặt riêng, nhưng việc lắp đặt thường yêu cầu đào một lỗ hoặc rãnh trong hàng cây trồng và đặt cảm biến ở nhiều độ sâu khác nhau, bao gồm cả gần rễ cây.
Trên một diện tích lớn, phương pháp tối ưu nhất là đặt cảm biến tại các vị trí biểu thị phần còn lại của cánh đồng hoặc loại đất cần quản lý, gần các nguồn nước thải và tiếp xúc trực tiếp với đất (tức là không có túi khí). Các vị trí cảm biến cũng nên được đánh dấu hoặc đánh dấu bằng cách khác trên bề mặt để tránh hư hỏng do tai nạn.
Ngoài việc lắp đặt đúng cách, việc hiệu chuẩn cảm biến là rất quan trọng. Cảm biến đất ghi lại dữ liệu độ ẩm đất dưới dạng Hàm lượng nước thể tích (VWC), và mỗi loại đất có VWC riêng. Cảm biến độ ẩm đất thường có độ nhạy khác nhau và có thể cần được hiệu chuẩn riêng.
Xử lý sự cố
Thiết bị có thể bị hỏng do sự cố điện, nhiễu từ động vật hoang dã hoặc dây điện bị đấu nối sai. Bất kỳ sự rò rỉ không khí nào vào máy đo độ căng đều có thể khiến nó không hoạt động đáng tin cậy. Việc đảm bảo độ sâu lắp đặt và phương pháp chống thấm nước chính xác có thể giúp tránh các sự cố trong tương lai.
Các kỹ thuật khắc phục sự cố phổ biến bao gồm:
Kiểm tra nguồn điện và mạch điện
Làm sạch cảm biến mà không cần sử dụng hóa chất
Thực hiện bảo trì thường xuyên để thay thế các bộ phận bị hư hỏng theo nhà sản xuất'hướng dẫn sửa chữa
Theo dõi sức khỏe đất
Cảm biến đất cung cấp một chiến lược đánh giá sức khỏe đất chính xác và hợp lý hơn. Đánh giá đất thông thường tương đương với sinh thiết, có thể mất vài tuần hoặc vài tháng, tùy thuộc vào tính chất đất.
Các phép đo cảm biến nhanh hơn nhiều, chỉ mất một hoặc hai giờ cho mỗi 50 mẫu Anh. Các cảm biến hiển thị mọi thông tin cần thiết cho việc quản lý cây trồng hiệu quả, bao gồm hàm lượng nước, độ căng của nước và sự hiện diện của chất hữu cơ.—một chỉ số tuyệt vời về sức khỏe đất tổng thể—mà không cần phải lấy mẫu đất một cách thủ công.
Tích hợp với Hệ thống quản lý trang trại
Theo báo cáo của StartUS Insights, cảm biến đất là công nghệ giám sát đất có tác động lớn nhất nhờ khả năng mở rộng, hiệu quả và tiện ích của chúng. Việc kết hợp cảm biến đất với các công nghệ nông nghiệp đang phát triển khác, bao gồm lập bản đồ đất bằng AI, hình ảnh trên không, robot giám sát đất tự động, máy theo dõi khí thải, phân tích đất bằng thực tế tăng cường, công nghệ nano và tích hợp blockchain, có thể tối ưu hóa việc quản lý trang trại.
Thách thức và giải pháp trong công nghệ cảm biến đất
Theo báo cáo năm 2020 của Đại học Nebraska, chỉ 12% trang trại ở Hoa Kỳ sử dụng cảm biến độ ẩm đất để xác định lịch trình tưới tiêu. Cảm biến đất đã trở nên khả thi hơn nhờ những cải tiến đáng kể về khả năng tiếp cận, tính thân thiện với người dùng, khả năng xử lý và hiển thị dữ liệu, nhưng vẫn cần nhiều tiến bộ hơn nữa.
Cảm biến đất cần phải tiết kiệm chi phí hơn và có khả năng tương tác cao hơn để được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu. Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến, dẫn đến việc thiếu tiêu chuẩn hóa và khả năng tương thích.
Nhiều công nghệ hiện có dựa trên cảm biến độc quyền, điều này có thể gây khó khăn cho việc tùy chỉnh. Những tiến bộ trong công nghệ cảm biến, chẳng hạn như công nghệ do UC Berkeley phát triển, giúp đơn giản hóa quy trình tích hợp để cung cấp khả năng giám sát dữ liệu trực tiếp và thúc đẩy việc ra quyết định nhanh chóng trên nhiều lĩnh vực và thị trường.
Nghiên cứu điển hình: Triển khai thành công cảm biến đất
Cảm biến đất giúp nông dân tiết kiệm nước và tiền bạc
Một nghiên cứu của Đại học Clemson cho thấy cảm biến độ ẩm đất có thể giúp nông dân tăng năng suất'thu nhập ròng trung bình tăng 20% bằng cách tăng hiệu quả tưới tiêu trên các cánh đồng thử nghiệm trồng đậu phộng, đậu nành hoặc bông.
Sân thể thao bền vững hơn
Các địa điểm thể thao cũng đang áp dụng cảm biến đất. Sân vận động Wembley và Công viên Citizens Bank (sân nhà của đội Philadelphia Phillies) nằm trong số các địa điểm thể thao sử dụng cảm biến đất để duy trì bề mặt sân cỏ xanh tươi đồng thời tối đa hóa việc sử dụng nước và năng lượng, theo nhà sản xuất cảm biến đất Soil Scout.
Xu hướng tương lai của công nghệ cảm biến đất
Các xu hướng mới nổi bao gồm công nghệ nano, với các hạt nano gốc vàng hoặc bạc giúp tăng độ nhạy của cảm biến để phát hiện các chất ô nhiễm trong đất như kim loại nặng.
Các cảm biến được phủ hợp chất nano có thể theo dõi đặc tính đất và sau đó giải phóng các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như oxy, để đáp ứng với sự biến động chất lượng đất. Một số cảm biến khác tính toán các chỉ số sinh học, chẳng hạn như số lượng giun đất hoặc sự đa dạng của vi sinh vật, thông qua phân tích DNA, để cải thiện hệ vi sinh vật đất.
Thời gian đăng: 09-04-2024