Зі зростанням населення світу та посиленням зміни клімату сільське господарство стикається з безпрецедентними викликами. Для підвищення врожайності сільськогосподарських культур та ефективності використання ресурсів технології точного землеробства стрімко розвиваються. Серед них ґрунтові датчики, як одна з основних технологій точного землеробства, очолюють революцію в сільськогосподарському виробництві. Останнім часом низка нових ґрунтових датчиків привернула широку увагу в сільськогосподарській галузі, і ці датчики стали важливим інструментом сучасного управління сільським господарством завдяки своїм високоточним характеристикам, що працюють у режимі реального часу та інтелектуальним.
Типи ґрунтових датчиків та їхні конкретні принципи роботи:
1. Датчик вологості ґрунту
Як це працює:
Ємнісний датчик вологості ґрунту: цей датчик використовує зміни діелектричної проникності ґрунту для вимірювання вологості. Вміст вологи в ґрунті впливає на його діелектричну проникність, і коли змінюється вологість ґрунту, значення ємності датчика також змінюється. Вимірюючи зміну ємності, можна визначити вологість ґрунту.
Резистивний датчик вологості ґрунту: цей датчик оцінює вологість, вимірюючи значення опору ґрунту. Чим вищий вміст вологи в ґрунті, тим нижче значення опору. Вологість ґрунту визначається шляхом вбудовування двох електродів у датчик та вимірювання значення опору між електродами.
Рефлектометрія в часовій області (TDR) та рефлектометрія в частотній області (FDR): ці методи визначають вологість ґрунту шляхом випромінювання електромагнітних хвиль та вимірювання часу їх проходження через ґрунт. TDR вимірює час відбиття електромагнітної хвилі, тоді як FDR вимірює зміну частоти електромагнітної хвилі.
2. Датчик температури ґрунту
Як це працює:
Датчики температури ґрунту зазвичай використовують термістори або термопари як чутливі елементи температури. Значення опору термістора змінюється з температурою, і температуру ґрунту можна розрахувати, вимірявши зміну значення опору. Термопари вимірюють температуру за допомогою електрорушійної сили різниці температур між двома різними металами.
3. Датчик поживних речовин у ґрунті
Як це працює:
Електрохімічний датчик: Цей датчик виявляє вміст поживних речовин, вимірюючи електрохімічну активність іонів у ґрунті. Наприклад, нітратні датчики можуть визначати кількість азоту в ґрунті, вимірюючи електрохімічну реакцію нітрат-іонів.
Оптичні датчики: Використовують спектральний аналіз для визначення вмісту поживних речовин, вимірюючи поглинання або відбиття певних довжин хвиль світла в ґрунті. Наприклад, датчики ближньої інфрачервоної спектроскопії (NIR) можуть аналізувати вміст органічних речовин і мінералів у ґрунті.
Іон-селективний електрод (ISE): цей датчик визначає концентрацію певного іона, вимірюючи його різницю потенціалів. Наприклад, калій-іон-селективні електроди можуть вимірювати концентрацію іонів калію в ґрунті.
4. Датчик pH ґрунту
Як це працює:
Датчики pH ґрунту зазвичай використовують скляні електроди або електроди з оксидів металів. Скляний електрод визначає pH, вимірюючи концентрацію іонів водню (H+). Металооксидні електроди використовують електрохімічну реакцію між оксидами металів та іонами водню для вимірювання значення pH.
Ці датчики вимірюють різницю потенціалів між електродами, вступаючи в контакт з ґрунтовим розчином, тим самим визначаючи pH ґрунту.
5. Датчик провідності
Як це працює:
Датчики провідності визначають вміст солі в ґрунтовому розчині, вимірюючи його здатність проводити електрику. Чим вища концентрація іонів у ґрунтовому розчині, тим вища провідність. Датчик розраховує значення провідності, прикладаючи напругу між двома електродами та вимірюючи силу струму.
6. Датчик окисно-відновного потенціалу (ОВП)
Як це працює:
Датчики ОВП вимірюють окисно-відновний потенціал ґрунту та відображають його стан. Датчик визначає ОВП, вимірюючи різницю потенціалів між платиновим електродом та електродом порівняння. Значення ОВП можуть відображати наявність окислювальних або відновлювальних речовин у ґрунті.
Сценарій застосування
Точне землеробство: ґрунтові датчики можуть контролювати різні параметри ґрунту в режимі реального часу, допомагаючи фермерам з точним зрошенням, удобренням та обробкою ґрунту для підвищення врожайності та якості сільськогосподарських культур.
Моніторинг навколишнього середовища: У проектах екологічного відновлення та захисту навколишнього середовища ґрунтові сенсори можуть контролювати стан ґрунту, оцінювати ступінь забруднення та ефективність відновлювальних робіт.
Озеленення міст: У сфері озеленення міст та управління садами датчики можуть контролювати вологість ґрунту та вміст поживних речовин, щоб забезпечити здоровий ріст рослин.
Точний моніторинг: стан ґрунту під контролем
Ґрунтові датчики можуть контролювати різноманітні параметри ґрунту в режимі реального часу, включаючи вологість, температуру, вміст поживних речовин (таких як азот, фосфор, калій тощо) та значення pH. Ці дані життєво важливі для фермерів, оскільки вони безпосередньо впливають на ріст і врожайність сільськогосподарських культур. Традиційні методи виявлення ґрунту часто вимагають ручного відбору проб та лабораторного аналізу, що не тільки займає багато часу, але й не забезпечує даних у режимі реального часу. Новий ґрунтовий датчик здатний безперервно контролювати стан ґрунту 24 години на добу та передавати дані на смартфон фермера або платформу управління сільським господарством.
Наприклад, нещодавно велика ферма на околиці Південної Кореї встановила кілька ґрунтових датчиків. Фермер Лі сказав: «Раніше ми могли покладатися лише на досвід, щоб визначити, коли поливати та удобрювати, але тепер завдяки цим датчикам ми можемо приймати більш наукові рішення на основі даних у режимі реального часу». Це не лише підвищує врожайність, але й економить воду та добрива».
Інтелектуальне управління: наріжний камінь точного землеробства
Інтелектуальна функція датчика ґрунту є однією з головних його особливостей. У поєднанні з технологією Інтернету речей (IoT) датчики можуть передавати зібрані дані в режимі реального часу на хмарну платформу для аналізу та обробки. Фермери можуть дистанційно контролювати стан ґрунту через мобільний додаток або комп’ютерну платформу та використовувати результати аналізу даних для точного зрошення та удобрення.
Крім того, деякі вдосконалені датчики ґрунту мають функції автоматичного керування. Наприклад, коли датчик виявляє, що вологість ґрунту нижче встановленого значення, система зрошення може автоматично розпочати полив; коли вміст поживних речовин недостатній, відповідна кількість добрив може бути автоматично випущена. Такий метод автоматичного керування не тільки підвищує ефективність сільськогосподарського виробництва, але й зменшує ручне втручання та знижує витрати на оплату праці.
Захист довкілля: гарантія сталого розвитку
Застосування ґрунтових датчиків не лише допомагає підвищити врожайність сільськогосподарських культур, але й має важливе значення для захисту навколишнього середовища. Завдяки точному моніторингу та науковому управлінню фермери можуть уникнути надмірного удобрення та зрошення, тим самим зменшуючи використання добрив та води, а також зменшуючи забруднення ґрунту та водних ресурсів.
Наприклад, у деяких розвинених країнах ґрунтові сенсори широко використовуються в органічному та екологічному сільському господарстві. Завдяки науковому управлінню ці ферми не лише покращують якість та врожайність сільськогосподарської продукції, але й захищають екологічне середовище та досягають сталого розвитку.
Широкі сценарії застосування
Сценарії застосування ґрунтових датчиків дуже широкі, вони обмежуються не лише польовими культурами, але й включають тепличні посадки, сади, виноградники тощо. У тепличному господарстві датчики можуть допомогти фермерам точно контролювати температуру, вологість та надходження поживних речовин, створюючи найкращі умови для вирощування. У садах та виноградниках датчики можуть контролювати pH ґрунту та вміст поживних речовин, допомагаючи фермерам у науковому покращенні ґрунту та удобренні.
Крім того, ґрунтові датчики також можна застосовувати для міського озеленення, управління садами та екологічного відновлення. Наприклад, у міському озелененні датчики можуть допомогти керівникам контролювати вологість ґрунту та вміст поживних речовин, щоб забезпечити здоровий ріст рослин.
Перспективи на майбутнє
З розвитком технологій, ґрунтові датчики стануть більш інтелектуальними та багатофункціональними. У майбутньому датчики можуть бути поєднані з технологією штучного інтелекту (ШІ), щоб забезпечити більш просунуте автоматизоване управління та підтримку рішень. Наприклад, системи ШІ можуть прогнозувати тенденції росту сільськогосподарських культур на основі даних про ґрунт та прогнозів погоди, а також запропонувати найкращий план посадки.
Крім того, вартість ґрунтових датчиків також знижується, що робить їх широко використовуваними в країнах, що розвиваються, та на малих фермах. З популяризацією технологій точного землеробства ґрунтові датчики стануть невід'ємною частиною сучасного управління сільським господарством, забезпечуючи важливу гарантію сталого розвитку світового сільського господарства.
Висновок
Поява ґрунтових датчиків знаменує собою новий рівень технологій точного землеробства. Це не лише підвищує ефективність та врожайність сільськогосподарського виробництва, але й пропонує нові рішення для захисту навколишнього середовища та сталого розвитку. Завдяки постійним інноваціям технологій та постійному розширенню сценаріїв застосування, ґрунтові датчики відіграватимуть більшу роль у майбутньому, забезпечуючи більше зручності та безпеки для нашого сільськогосподарського виробництва та життя.
Щоб отримати більше інформації про датчики ґрунту, див.
будь ласка, зв'яжіться з компанією Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Вебсайт компанії:www.hondetechco.com
Час публікації: 16 січня 2025 р.