Door de steeds schaarser wordende land- en watervoorraden is de ontwikkeling van precisielandbouw gestimuleerd. Deze technologie maakt gebruik van teledetectie om in realtime gegevens over de lucht- en bodemomgeving te monitoren en zo de gewasopbrengst te optimaliseren. Het maximaliseren van de duurzaamheid van dergelijke technologieën is cruciaal voor een goed milieubeheer en kostenbesparing.
In een recent gepubliceerde studie in het tijdschrift Advanced Sustainable Systems hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka een draadloze technologie ontwikkeld voor het meten van bodemvochtigheid die grotendeels biologisch afbreekbaar is. Dit werk is een belangrijke mijlpaal in het aanpakken van resterende technische knelpunten in de precisielandbouw, zoals de veilige verwijdering van gebruikte sensorapparatuur.
Naarmate de wereldbevolking blijft groeien, is het optimaliseren van de landbouwopbrengsten en het minimaliseren van land- en watergebruik essentieel. Precisielandbouw probeert aan deze tegenstrijdige behoeften tegemoet te komen door middel van sensornetwerken die milieu-informatie verzamelen, zodat middelen op de juiste manier kunnen worden toegewezen aan landbouwgrond, wanneer en waar ze nodig zijn.
Drones en satellieten kunnen een schat aan informatie verzamelen, maar ze zijn niet ideaal voor het bepalen van bodemvochtigheid en vochtgehaltes. Voor optimale gegevensverzameling moeten vochtmeetapparaten met een hoge dichtheid op de grond worden geplaatst. Als de sensor niet biologisch afbreekbaar is, moet deze aan het einde van zijn levensduur worden ingezameld, wat arbeidsintensief en onpraktisch kan zijn. Het bereiken van elektronische functionaliteit en biologische afbreekbaarheid in één technologie is het doel van dit onderzoek.
"Ons systeem omvat meerdere sensoren, een draadloze stroomvoorziening en een warmtebeeldcamera om sensor- en locatiegegevens te verzamelen en te verzenden", legt Takaaki Kasuga, hoofdauteur van de studie, uit. "De componenten in de bodem zijn grotendeels milieuvriendelijk en bestaan uit nanopapier, een substraat, een beschermende laag van natuurlijke was, een koolstofverwarmingselement en een tinnen geleidingsdraad."
De technologie is gebaseerd op het feit dat de efficiëntie van draadloze energieoverdracht naar de sensor afhangt van de temperatuur van de sensorverwarming en de luchtvochtigheid van de omringende grond. Bijvoorbeeld, bij het optimaliseren van de positie en hoek van de sensor op een vlakke ondergrond, zorgt een verhoging van de bodemvochtigheid van 5% naar 30% ervoor dat de transmissie-efficiëntie daalt van ongeveer 46% naar ongeveer 3%. De warmtebeeldcamera maakt vervolgens opnames van het gebied om tegelijkertijd gegevens over de bodemvochtigheid en de sensorlocatie te verzamelen. Aan het einde van het oogstseizoen kunnen de sensoren in de grond worden begraven om te biologisch af te breken.
"We hebben met succes gebieden met onvoldoende bodemvocht in beeld gebracht met behulp van 12 sensoren op een demonstratieveld van 0,4 x 0,6 meter", aldus Kasuga. "Hierdoor kan ons systeem de hoge sensordichtheid aan die nodig is voor precisielandbouw."
Dit onderzoek heeft de potentie om precisielandbouw te optimaliseren in een wereld met steeds schaarser wordende hulpbronnen. Het maximaliseren van de effectiviteit van de technologie van de onderzoekers onder niet-ideale omstandigheden, zoals een slechte plaatsing van sensoren en hellingshoeken op grove gronden, en mogelijk ook andere indicatoren van de bodemomgeving naast het bodemvochtgehalte, zou kunnen leiden tot een wijdverspreide toepassing van de technologie door de wereldwijde landbouwgemeenschap.
Geplaatst op: 30 april 2024