Cảm biến đất là một giải pháp đã chứng minh được hiệu quả ở quy mô nhỏ và có thể trở nên vô cùng hữu ích cho mục đích nông nghiệp.
Cảm biến đất là gì?
Các cảm biến theo dõi điều kiện 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 các vi sinh vật cư trú, để điều chỉnh sự cân bằng hướng tới hệ vi sinh vật đất khỏe mạnh hơn, tăng năng suất và giảm sử dụng tài nguyên.
Các loại cảm biến khác nhau trong nông nghiệp sử dụng nhiều phương pháp đa dạng, chẳng hạn như tín hiệu điện và đo sự phản xạ của sóng ánh sáng, để xác định các đặc điểm thiết yếu của đồng ruộng có thể làm thay 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 không khí, bức xạ quang hợp và cân bằng dinh dưỡng.—Chủ yếu là các chất dinh dưỡng thiết yếu như nitơ, phốt pho và kali (NPK).
Ngoài những lợi ích trong quản lý cây trồng, như cải thiện chất lượng hạt và giảm thất thoát chất dinh dưỡng, cảm biến đất còn 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 kế hoạch tưới tiêu, đánh giá lưu vực, lập hồ sơ sinh thái vi sinh vật và phòng ngừa bệnh thực vật.
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. Sự tích hợp giữa IoT, dịch vụ đám mây và trí tuệ nhân tạo cho phép người trồng đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu.
Cảm biến giúp tối ưu hóa việc sử dụng phân bón, giữ cho cây trồng khỏe mạnh, tối đa hóa nguồn tài nguyên và giảm thiểu hiện tượng 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 dịch bệnh hoặc đất bị nén chặt.
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 Mỹ bị rửa trôi và làm ô nhiễm các nguồn nước. Ngay cả những hệ thống tưới tiêu hiệu quả cũng có thể gây lãng phí tới 50% nước, và nông nghiệp chiếm 70% lượng nước ngọt toàn cầu. Khả năng bổ sung độ ẩm cho đất một cách hiệu quả và triệt để có thể tạo ra tác động lớn.
Lắp đặt và hiệu chuẩn cảm biến đất
Mỗi cảm biến sẽ có hướng dẫn lắp đặt riêng, nhưng nhìn chung việc lắp đặt yêu cầu đào một hố hoặc rãnh trong hàng cây và đặt các cảm biến ở nhiều độ sâu khác nhau, bao gồm cả gần rễ cây.
Trên diện tích lớn, các biện pháp tốt nhất khuyến cáo đặt cảm biến tại những vị trí phản ánh đặc điểm của phần còn lại của cánh đồng hoặc loại đất cần quản lý, gần các đầu phun nước và tiếp xúc trực tiếp với đất (tức là không có khoảng trống không khí). Các vị trí đặt cảm biến cũng nên được đánh dấu hoặc ghi chú trên bề mặt để tránh hư hỏng do vô tình.
Ngoài việc lắp đặt đúng cách, hiệu chuẩn cảm biến là rất quan trọng. Cảm biến độ ẩm đất ghi nhận dữ liệu độ ẩm đất dưới dạng hàm lượng nước thể tích (VWC), và mỗi loại đất có VWC riêng. Các cảm biến độ ẩm đất thường có độ nhạy khác nhau và có thể cần được hiệu chuẩn riêng lẻ.
Khắc phục sự cố
Sự cố thiết bị có thể xảy ra do các vấn đề về điện, sự can thiệp từ động vật hoang dã hoặc dây dẫn bị đấu nối sai. Bất kỳ luồng khí nào lọt vào máy đo sức căng bề mặt đều sẽ làm cho thiết bị hoạt động không đáng tin cậy. Đảm bảo độ sâu lắp đặt chính xác và phương pháp chống thấm nước phù hợp có thể giúp tránh các sự cố trong tương lai.
Các kỹ thuật khắc phục sự cố thường gặp bao gồm:
Kiểm tra nguồn điện và mạch điện.
Làm sạch cảm biến mà không cần dùng hóa chất
Thực hiện bảo trì định kỳ và thay thế các bộ phận bị hư hỏng theo hướng dẫn của nhà sản xuất.'hướng dẫn sửa chữa
Giám sát sức khỏe đất
Cảm biến đất cung cấp một chiến lược chính xác và hiệu quả hơn để đánh giá sức khỏe của đất. Các phương pháp đánh giá đất truyền thống tương đương với việc sinh thiết, có thể mất vài tuần hoặc vài tháng, tùy thuộc vào đặc tính của đất.
Việc đo bằng 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, sức căng bề mặt của nước và sự hiện diện của chất hữu cơ.—một chỉ số tuyệt vời về sức khỏe tổng thể của đất—mà không cần phải lấy mẫu đất trực tiếp.
Tích hợp với các hệ thống quản lý trang trại
Theo báo cáo của StartUS Insights, cảm biến đất là công nghệ giám sát đất hiệu quả nhất nhờ khả năng mở rộng, hiệu quả và tính hữu dụng 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 trí tuệ nhân tạo, chụp ảnh trên không, robot giám sát đất tự động, thiết bị theo dõi khí thải, phân tích đất bằng thực tế tăng cường, công nghệ nano và tích hợp blockchain, có thể tối ưu hóa quản lý trang trại.
Những thách thức và giải pháp trong công nghệ cảm biến đất
Theo báo cáo năm 2020 của Đại học Nebraska, chỉ có 12% trang trại ở Mỹ sử dụng cảm biến độ ẩm đất để xác định lịch 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, cũng như khả năng xử lý và hiển thị dữ liệu, nhưng vẫn cần nhiều tiến bộ hơn nữa.
Để được ứng dụng rộng rãi trên toàn cầu, các cảm biến đất cần phải trở nên tiết kiệm chi phí hơn và có khả năng tương thích cao hơn. Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến khác nhau, dẫn đến thiếu sự tiêu chuẩn hóa và tính tương thích.
Nhiều công nghệ hiện có dựa trên các cảm biến độc quyền, điều này có thể gây khó khăn cho việc tùy chỉnh. Những tiến bộ trong công nghệ cảm biến, như những cảm biến được phát triển bởi Đại học UC Berkeley, giúp đơn giản hóa quá 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 tăng thu nhập cho nông dân.'Thu nhập ròng trung bình tăng 20% nhờ tăng hiệu quả tưới tiêu trên các cánh đồng thử nghiệm trồng lạc, đậu nành hoặc bông.
Các sân thể thao bền vững hơn
Các địa điểm thể thao cũng đang áp dụng cảm biến đất. Sân vận động Wembley và Citizens Bank Park (sân nhà của đội Philadelphia Phillies) nằm trong số những địa điểm thể thao sử dụng cảm biến đất để duy trì mặt sân xanh tươi đồng thời tối ưu hóa việc sử dụng nước và năng lượng, theo nhà sản xuất cảm biến đất Soil Scout.
Xu hướng tương lai trong 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 trong việc phát hiện các chất gây ô nhiễm trong đất như kim loại nặng.
Các cảm biến được phủ các hợp chất nano có thể theo dõi các đặc tính của 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 khác tính toán các chỉ số sinh học, 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 trong đất.
Thời gian đăng bài: 09/04/2024