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- 高效土壤分析 —— 為可持續(xù)農(nóng)業(yè)升級傳感器平臺
- 來源：Petra Immerz，費(fèi)迪南德 - 布勞恩研究所（Ferdinand - Braun - Institut gGmbH），萊布尼茨高頻技術(shù)研究所 發(fā)表于 2025/4/14
展示電導(dǎo)率與植被之間相關(guān)性的土壤示例圖。圖片來源：ATB
關(guān)于農(nóng)業(yè)土壤的精確信息是更高效、可持續(xù)地管理土壤的關(guān)鍵。萊布尼茨研究所 FBH 和 ATB 的研究人員最近對現(xiàn)有的用于農(nóng)田移動土壤測繪的傳感器平臺進(jìn)行了升級。
通過集成創(chuàng)新的拉曼系統(tǒng)，現(xiàn)在車輛在移動過程中，就能在物質(zhì)特異性層面實(shí)時(shí)、現(xiàn)場且高空間分辨率地識別土壤成分。這種方法有可能大幅減少傳統(tǒng)土壤采樣所需的時(shí)間和成本。同時(shí)，它能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的施肥，有助于推動更環(huán)保的農(nóng)業(yè)實(shí)踐。
為了有效管理農(nóng)田，農(nóng)民需要關(guān)于養(yǎng)分、pH 值和其他關(guān)鍵土壤參數(shù)的精確信息。土壤成分不僅在不同區(qū)域有所不同，在不同深度也存在差異。為實(shí)現(xiàn)最佳耕種，農(nóng)業(yè)從業(yè)者依賴詳細(xì)的地圖，這些地圖能準(zhǔn)確顯示農(nóng)田各部分的土壤屬性。
目前，這些信息是通過采集土壤樣本并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析獲得的，這是一個(gè)耗時(shí)的過程。只有在收到結(jié)果后，農(nóng)民才能施用實(shí)際需要的養(yǎng)分。
用于快速土壤分析和精準(zhǔn)施肥的高科技工具
最近測試的移動傳感器平臺開辟了新的可能性。RapidMapper 是萊布尼茨農(nóng)業(yè)工程與生物經(jīng)濟(jì)研究所（ATB）開發(fā)的用于土壤測繪的高科技平臺，它通過費(fèi)迪南德 - 布勞恩研究所（FBH）的一項(xiàng)技術(shù)解決方案得到了升級。
作為由 ATB 牽頭的 “土壤智能”（I4S）項(xiàng)目的一部分，F(xiàn)BH 的研究人員開發(fā)了一種用于現(xiàn)場土壤分析的便攜式拉曼測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠快速、高分辨率地檢測土壤的分子組成。它采用了移位激發(fā)拉曼差分光譜法（SERDS），該方法基于 FBH 專門研發(fā)的雙波長 Y 型二極管激光器。這種方法能有效將拉曼信號與環(huán)境光或熒光等干擾因素區(qū)分開來。
新型 SERDS 系統(tǒng)被集成到 ATB 的 RapidMapper 中，并在初步田間試驗(yàn)中成功應(yīng)用。FBH 激光傳感器實(shí)驗(yàn)室主任馬丁・邁瓦爾德博士與該研究所的內(nèi)部原型工程實(shí)驗(yàn)室共同開發(fā)了這個(gè)系統(tǒng)，他解釋說：“通過將拉曼傳感器頭集成到現(xiàn)有的探頭中，并在行進(jìn)過程中將其放入表層土壤，首次實(shí)現(xiàn)了在移動狀態(tài)下利用 SERDS 檢測 5 到 10 厘米深度的土壤成分�！�
FBH 還開發(fā)了專用軟件來控制系統(tǒng)，并持續(xù)記錄測量數(shù)據(jù) —— 拉曼光譜以及相應(yīng)的 GPS 坐標(biāo)。
傳統(tǒng)的土壤采樣需要從多個(gè)地點(diǎn)采集樣本并送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。未來，傳感器系統(tǒng)可以直接在田間完成這一過程，比傳統(tǒng)的樣本檢測更快、更高效且成本更低。
ATB 的農(nóng)業(yè)科學(xué)家羅賓・格伯斯博士表示，SERDS 模塊為 RapidMapper 的功能增添了重要參數(shù)：“到目前為止，我們的研究平臺可以獲取 pH 值、腐殖質(zhì)含量和土壤質(zhì)地信息。通過新集成的 SERDS 光譜技術(shù)，我們旨在獲得更多見解，例如了解土壤中的碳酸鹽和各種有機(jī)物質(zhì)�！�
格伯斯博士對此持樂觀態(tài)度：“首次試運(yùn)行是向前邁出的一大步。在我們數(shù)字農(nóng)業(yè)田間實(shí)驗(yàn)室的土壤測試軌道上，我們已經(jīng)證明了在移動平臺上進(jìn)行土壤的 SERDS 測量是可行的�！� 目前，此次測試中收集的數(shù)據(jù)正在評估中。
“土壤智能”（I4S）項(xiàng)目的合作伙伴已經(jīng)在致力于下一個(gè)目標(biāo)：開發(fā)一個(gè)集成系統(tǒng)，以便在田間直接實(shí)現(xiàn)對土壤肥力的優(yōu)化和環(huán)境可持續(xù)管理。這將使農(nóng)田測繪比以往更加全面。這些開發(fā)成果面向廣泛的用戶，包括農(nóng)業(yè)服務(wù)提供商、農(nóng)民、機(jī)械制造商以及其他依賴詳細(xì)土壤數(shù)據(jù)的群體。
由費(fèi)迪南德 - 布勞恩研究所（Ferdinand - Braun - Institut gGmbH），萊布尼茨高頻技術(shù)研究所提供
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