De steeds beperktere land- en watervoorraden hebben de ontwikkeling van precisielandbouw gestimuleerd. Deze landbouw maakt gebruik van remote sensing-technologie om lucht- en bodemgegevens in realtime 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 onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Sustainable Systems, hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka een draadloze technologie voor bodemvochtmeting ontwikkeld die grotendeels biologisch afbreekbaar is. Dit werk is een belangrijke mijlpaal in het aanpakken van de resterende technische knelpunten in de precisielandbouw, zoals de veilige afvoer van gebruikte sensorapparatuur.
Naarmate de wereldbevolking blijft groeien, is het optimaliseren van landbouwopbrengsten en het minimaliseren van land- en watergebruik essentieel. Precisielandbouw wil inspelen op deze tegenstrijdige behoeften door sensorennetwerken te gebruiken om omgevingsinformatie te verzamelen, zodat hulpbronnen op de juiste manier aan landbouwgrond kunnen worden toegewezen, wanneer en waar ze nodig zijn.
Drones en satellieten kunnen een schat aan informatie verzamelen, maar ze zijn niet ideaal voor het bepalen van bodemvocht en vochtgehaltes. Voor optimale gegevensverzameling moeten vochtmeters met een hoge dichtheid op de grond worden geïnstalleerd. Als de sensor niet biologisch afbreekbaar is, moet deze aan het einde van zijn levensduur worden ingezameld, wat arbeidsintensief en onpraktisch kan zijn. Het doel van het huidige onderzoek is om elektronische functionaliteit en biologische afbreekbaarheid in één technologie te realiseren.
"Ons systeem bestaat uit meerdere sensoren, een draadloze voeding 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 natuurlijke wasbeschermlaag, een koolstofverwarmer en een geleiderdraad van tin."
De technologie is gebaseerd op het feit dat de efficiëntie van draadloze energieoverdracht naar de sensor overeenkomt met de temperatuur van de sensorverwarmer en de vochtigheid van de omliggende grond. Bijvoorbeeld, bij het optimaliseren van de sensorpositie en -hoek op gladde grond, verlaagt een verhoging van de bodemvochtigheid van 5% naar 30% de transmissie-efficiëntie van ~46% naar ~3%. De warmtebeeldcamera maakt vervolgens beelden van het gebied om tegelijkertijd bodemvochtigheid en sensorlocatiegegevens te verzamelen. Aan het einde van het oogstseizoen kunnen de sensoren in de grond worden begraven om biologisch af te breken.
"We hebben met succes gebieden met onvoldoende bodemvocht in beeld gebracht met behulp van 12 sensoren in een demonstratieveld van 0,4 x 0,6 meter", aldus Kasuga. "Daardoor kan ons systeem de hoge sensordichtheid aan die nodig is voor precisielandbouw."
Dit werk heeft de potentie om precisielandbouw te optimaliseren in een wereld met steeds beperktere 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 bodems en mogelijk andere indicatoren van de bodemomgeving dan alleen de bodemvochtigheid, zou kunnen leiden tot wijdverbreid gebruik van de technologie door de wereldwijde landbouwgemeenschap.
Plaatsingstijd: 30-04-2024