Stadig begrensede land- og vannressurser har ansporet utviklingen av presisjonslandbruk, som bruker fjernmålingsteknologi for å overvåke luft- og jordmiljødata i sanntid for å optimalisere avlingene. Å maksimere bærekraften til slike teknologier er avgjørende for å forvalte miljøet på riktig måte og redusere kostnader.
I en studie som nylig ble publisert i tidsskriftet Advanced Sustainable Systems, har forskere ved Osaka University nå utviklet en trådløs teknologi for jordfuktighetsmåling som i stor grad er biologisk nedbrytbar. Dette arbeidet er en viktig milepæl i å håndtere gjenværende tekniske flaskehalser i presisjonslandbruk, som for eksempel sikker avhending av brukt sensorutstyr.
Etter hvert som den globale befolkningen fortsetter å vokse, er det viktig å optimalisere landbruksavkastningen og minimere bruk av land og vann. Presisjonsjordbruk tar sikte på å imøtekomme disse motstridende behovene ved å bruke sensornettverk for å samle inn miljøinformasjon, slik at ressurser kan fordeles på riktig måte til jordbruksland når og der de trengs.
Droner og satellitter kan samle inn en mengde informasjon, men de er ikke ideelle for å bestemme jordfuktighet og fuktighetsnivåer. For optimal datainnsamling bør fuktighetsmålere installeres på bakken med høy tetthet. Hvis sensoren ikke er biologisk nedbrytbar, må den samles inn på slutten av levetiden, noe som kan være arbeidskrevende og upraktisk. Å oppnå elektronisk funksjonalitet og biologisk nedbrytbarhet i én teknologi er målet med det nåværende arbeidet.
«Systemet vårt inkluderer flere sensorer, en trådløs strømforsyning og et termisk kamera for å samle inn og overføre sensor- og posisjonsdata», forklarer Takaaki Kasuga, hovedforfatter av studien. «Komponentene i jorden er for det meste miljøvennlige og består av nanopapir, substrat, naturlig voksbelegg, karbonvarmer og tinnledertråd.»
Teknologien er basert på det faktum at effektiviteten til trådløs energioverføring til sensoren samsvarer med temperaturen på sensorvarmeren og fuktigheten i den omkringliggende jorden. For eksempel, når man optimaliserer sensorposisjon og -vinkel på glatt jord, reduseres overføringseffektiviteten fra ~46 % til ~3 %. Termografikameraet tar deretter bilder av området for samtidig å samle inn jordfuktighets- og sensorposisjonsdata. På slutten av høstesesongen kan sensorene graves ned i jorden for å brytes ned biologisk.
«Vi klarte å avbilde områder med utilstrekkelig jordfuktighet ved hjelp av 12 sensorer i et demonstrasjonsfelt på 0,4 x 0,6 meter», sa Kasuga. «Som et resultat kan systemet vårt håndtere den høye sensortettheten som trengs for presisjonslandbruk.»
Dette arbeidet har potensial til å optimalisere presisjonslandbruk i en verden med stadig mer ressursbegrensninger. Å maksimere effektiviteten til forskernes teknologi under ikke-ideelle forhold, som dårlig plassering av sensorer og skråningsvinkler på grov jord og kanskje andre indikatorer på jordmiljøet utover jordfuktighetsnivåer, kan føre til utbredt bruk av teknologien av det globale landbrukssamfunnet.
Publisert: 30. april 2024