Alltmer begränsade mark- och vattenresurser har sporrat utvecklingen av precisionsjordbruk, som använder fjärranalysteknik för att övervaka luft- och markmiljödata i realtid för att optimera grödorna. Att maximera hållbarheten hos sådan teknik är avgörande för att hantera miljön på rätt sätt och minska kostnaderna.
I en studie som nyligen publicerades i tidskriften Advanced Sustainable Systems har forskare vid Osaka University utvecklat en trådlös teknik för jordfuktighetsmätning som till stor del är biologiskt nedbrytbar. Detta arbete är en viktig milstolpe för att åtgärda kvarvarande tekniska flaskhalsar inom precisionsjordbruk, såsom säker avfallshantering av använd sensorutrustning.
I takt med att den globala befolkningen fortsätter att växa är det avgörande att optimera jordbruksavkastningen och minimera mark- och vattenanvändningen. Precisionsjordbruk syftar till att tillgodose dessa motstridiga behov genom att använda sensornätverk för att samla in miljöinformation så att resurser kan fördelas på lämpligt sätt till jordbruksmark när och var de behövs.
Drönare och satelliter kan samla in en mängd information, men de är inte idealiska för att bestämma markfuktighet och fuktnivåer. För optimal datainsamling bör fuktmätare installeras på marken med hög densitet. Om sensorn inte är biologiskt nedbrytbar måste den samlas in i slutet av sin livslängd, vilket kan vara arbetsintensivt och opraktiskt. Att uppnå elektronisk funktionalitet och biologisk nedbrytbarhet i en teknik är målet med det nuvarande arbetet.
”Vårt system inkluderar flera sensorer, en trådlös strömförsörjning och en värmekamera för att samla in och överföra sensor- och platsdata”, förklarar Takaaki Kasuga, huvudförfattare till studien. ”Komponenterna i jorden är mestadels miljövänliga och består av nanopapper, substrat, skyddande beläggning av naturligt vax, kolvärmeelement och tenntråd.”
Tekniken bygger på det faktum att effektiviteten i den trådlösa energiöverföringen till sensorn motsvarar temperaturen på sensorvärmaren och fuktigheten i den omgivande jorden. Till exempel, när man optimerar sensorns position och vinkel på slät jord, minskar en ökning av markfuktigheten från 5 % till 30 %. Värmekameran tar sedan bilder av området för att samtidigt samla in data om markfuktighet och sensorposition. I slutet av skördesäsongen kan sensorerna grävas ner i jorden för att brytas ner biologiskt.
”Vi lyckades avbilda områden med otillräcklig jordfuktighet med hjälp av 12 sensorer i ett demonstrationsfält på 0,4 x 0,6 meter”, sa Kasuga. ”Som ett resultat kan vårt system hantera den höga sensortäthet som behövs för precisionsjordbruk.”
Detta arbete har potential att optimera precisionsjordbruk i en alltmer resursbegränsad värld. Att maximera effektiviteten hos forskarnas teknik under icke-ideala förhållanden, såsom dålig sensorplacering och lutningsvinklar på grova jordar och kanske andra indikatorer på markmiljön utöver markfuktighetsnivåer, skulle kunna leda till en utbredd användning av tekniken inom det globala jordbrukssamhället.
Publiceringstid: 30 april 2024