1. Техничка дефиниција и основни функции
Сензорот за почва е интелигентен уред кој ги следи параметрите на почвата во реално време преку физички или хемиски методи. Неговите основни димензии за следење вклучуваат:
Мониторинг на водата: Волуметриска содржина на вода (VWC), матричен потенцијал (kPa)
Физички и хемиски својства: Електрична спроводливост (EC), pH, REDOX потенцијал (ORP)
Анализа на хранливи материи: содржина на азот, фосфор и калиум (NPK), концентрација на органска материја
Термодинамички параметри: профил на температурата на почвата (мерење на градиентот од 0-100 см)
Биолошки индикатори: Микробна активност (стапка на респирација на CO₂)
Второ, анализа на технологијата за мерење на мејнстрим податоци
Сензор за влага
TDR тип (рефлектометрија во временски домен): мерење на времето на ширење на електромагнетниот бран (точност ±1%, опсег 0-100%)
FDR тип (рефлексија во фреквенциски домен): Детекција на пермитивност на кондензатор (ниска цена, потребна е редовна калибрација)
Неутронска сонда: Броење на неутрони со модерирано водород (точност на лабораториски квалитет, потребна е дозвола за зрачење)
Композитна сонда со повеќе параметри
5-во-1 сензор: Влажност +EC+ температура +pH+ Азот (IP68 заштита, отпорност на корозија од солена вода-алкалии)
Спектроскопски сензор: Детекција на органска материја in situ во близок инфрацрвен (NIR) спектар (граница на детекција 0,5%)
Нов технолошки пробив
Електрода од јаглеродни наноцевки: резолуција на мерење на EC до 1μS/cm
Микрофлуиден чип: 30 секунди за да се заврши брзото откривање на нитратен азот
Трето, сценарија за индустриска примена и вредност на податоците
1. Прецизно управување со паметно земјоделство (поле со пченка во Ајова, САД)
Шема за распоредување:
Една профилна мониторинг станица на секои 10 хектари (20/50/100 см на три нивоа)
Безжично вмрежување (LoRaWAN, растојание на пренос 3 км)
Паметна одлука:
Активирање за наводнување: Започнете со наводнување капка по капка кога VWC <18% на длабочина од 40 см
Променливо ѓубрење: Динамичко прилагодување на примената на азот врз основа на разликата во вредноста на EC од ±20%
Податоци за бенефиции:
Заштеда на вода 28%, стапката на искористување на азот зголемена за 35%
Зголемување од 0,8 тони пченка по хектар
2. Мониторинг на контролата на опустинувањето (Проект за еколошка реставрација на граничната област на Сахара)
Сензорски сет:
Мониторинг на подземните води (пиезорезистивен, опсег од 0-10MPa)
Следење на солена предна површина (EC сонда со висока густина со растојание помеѓу електродите од 1 mm)
Модел за рано предупредување:
Индекс на опустинување =0,4×(EC>4dS/m)+0,3×(органска материја <0,6%)+0,3×(содржина на вода <5%)
Ефект на управувањето:
Покриеноста со вегетација се зголеми од 12% на 37%
62% намалување на површинската соленост
3. Предупредување за геолошка катастрофа (Префектура Шизуока, мрежа за следење на лизгање на земјиштето во Јапонија)
Систем за следење:
Внатрешен наклон: сензор за притисок на вода во порите (опсег 0-200kPa)
Површинско поместување: MEMS дипметар (резолуција 0,001°)
Алгоритам за рано предупредување:
Критични врнежи од дожд: заситеност на почвата >85% и врнежи од дожд на час >30 mm
Брзина на поместување: 3 последователни часа >5 mm/h, црвен аларм
Резултати од имплементацијата:
Три лизгања на земјиштето беа успешно предупредени во 2021 година
Времето за итен одговор е намалено на 15 минути
4. Санација на контаминирани локации (Третман на тешки метали во индустриската зона Рур, Германија)
Шема за детекција:
XRF флуоресцентен сензор: Детекција на олово/кадмиум/арсен in situ (точност на ppm)
REDOX потенцијален синџир: Мониторинг на процесите на биоремедијација
Интелигентна контрола:
Фиторемедијацијата се активира кога концентрацијата на арсен ќе падне под 50 ppm
Кога потенцијалот е >200mV, инјектирањето на донор на електрони ја поттикнува микробната деградација
Податоци за управување:
Загадувањето со олово е намалено за 92%
Циклусот на поправка е намален за 40%
4. Тренд на технолошка еволуција
Минијатуризација и низа
Наножичните сензори (<100nm во дијаметар) овозможуваат следење на зоната на коренот на растението во еден дел од него.
Флексибилна електронска обвивка (300% растегливост) СЕ ПРИЛАГОДУВА на деформација на почвата
Мултимодална перцептивна фузија
Инверзија на текстурата на почвата со акустичен бран и електрична спроводливост
Мерење на спроводливоста на водата со термички пулсен метод (точност ±5%)
Вештачката интелигенција ја движи интелигентната аналитика
Конволуционите невронски мрежи ги идентификуваат типовите на почва (точност од 98%)
Дигиталните близнаци симулираат миграција на хранливи материи
5. Типични случаи на примена: Проект за заштита на црното земјиште во североисточна Кина
Мрежа за следење:
100.000 комплети сензори покриваат 5 милиони хектари обработливо земјиште
Воспоставена е 3Д база на податоци за „влажност, плодност и компактност“ во почвен слој од 0-50 см
Политика за заштита:
Кога органската материја е <3%, длабокото стружење на сламата е задолжително
Густина на почвата >1,35 g/cm³ предизвикува операција на подзаземјување
Резултати од имплементацијата:
Стапката на губење на слојот од црна почва се намали за 76%
Просечниот принос на соја по муленија се зголеми за 21%
Складирањето на јаглерод се зголеми за 0,8 тони/ха годишно
Заклучок
Од „емпириско земјоделство“ до „земјоделство на податоци“, сензорите за почвата го преобликуваат начинот на кој луѓето комуницираат со земјата. Со длабоката интеграција на MEMS процесот и технологијата Интернет на нештата, следењето на почвата ќе постигне пробиви во просторната резолуција на наноразмер и временскиот одговор на ниво на минута во иднина. Како одговор на предизвиците како што се глобалната безбедност на храната и еколошката деградација, овие длабоко закопани „тивки стражари“ ќе продолжат да обезбедуваат поддршка за клучни податоци и да го промовираат интелигентното управување и контрола на површинските системи на Земјата.
Време на објавување: 17 февруари 2025 година