- 低成本的人工智能土壤傳感器可以幫助農民減少肥料的使用
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2021/12/27
今天在《自然食品》中描述的這項技術可以幫助種植者計算出在作物上使用肥料的最佳時間以及需要多少肥料，同時考慮到天氣和土壤狀況等因素。這將減少過度施肥對環境造成的昂貴和環境破壞影響，過度施肥會釋放溫室氣體一氧化二氮并污染土壤和水道。
迄今為止，過度施肥已導致全球 12% 的曾經可耕地無法使用，過去 50 年中氮肥的使用量增加了 600%。然而，作物種植者很難精確地調整他們自己的肥料使用量：太多，他們冒著環境破壞和金錢浪費的風險；太少，他們可能會面臨作物產量低下的風險。這種新傳感技術背后的研究人員表示，它可以為環境和種植者帶來好處。
這種名為化學功能化紙基電子氣體傳感器 (chemPEGS) 的傳感器可測量土壤中銨的含量——這種化合物會被土壤細菌轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。使用一種稱為機器學習的人工智能，它將其與天氣數據、施肥時間、pH 值和土壤電導率測量值相結合。它使用這些數據來預測土壤現在的總氮含量以及未來最多 12 天的總氮含量，從而預測施肥的最佳時間。
這項研究確定了這種新的低成本解決方案如何幫助種植者以最少的施肥量獲得最多的作物，特別是對于小麥等需要肥料的作物。該技術可以同時減少種植者的費用和氮基肥料（最廣泛使用的肥料類型）對環境的危害。
在倫敦帝國理工學院生物工程系共同開發這項技術的首席研究員 Max Grell 博士說：“無論從環境還是經濟角度來說，過度施肥的問題都不為過。產量和由此產生的收入逐年下降，種植者不'目前沒有他們需要的工具來解決這個問題。
“我們的技術可以幫助種植者了解土壤中目前有多少氨和硝酸鹽，并根據天氣條件預測未來會有多少，從而幫助解決這個問題。這可以讓他們微調施肥以適應土壤土壤和作物的特殊需求�！�
氮污染
過量的氮肥會將一氧化二氮釋放到空氣中，這是一種比二氧化碳強 300 倍的溫室氣體，會導致氣候危機。多余的肥料也可能被雨水沖刷到水道中，從而剝奪水生生物的氧氣，導致藻類大量繁殖并減少生物多樣性。
然而，仍然難以根據土壤和作物需求精確調整施肥水平。測試很少見，目前測量土壤氮的方法包括將土壤樣品送到實驗室——這是一個漫長而昂貴的過程，其結果在到達種植者手中時用途有限。
這種新的低成本方法可以加快測試土壤的過程。雖然 chemPEGS 僅測量銨，但機器學習組件允許它預測土壤中硝酸鹽的當前水平以及未來硝酸鹽和銨的水平。
帝國理工學院生物工程系的資深作者兼首席研究員 Firat Guder 博士說：“我們的大部分食物來自土壤——一種不可再生的資源，如果我們不照顧它，我們就會失去它。這與來自農業的氮污染給地球帶來了一個難題——我們希望通過精準農業幫助解決這個難題。
“我們的傳感技術可以足夠準確地測量和預測土壤氮，以預測天氣對施肥計劃的影響，并調整作物需求的時間，我們希望這將有助于減少過度施肥，同時提高作物產量和種植者的利潤�！�
研究人員預計目前處于原型階段的 chemPEGS 和相關人工智能技術將在三到五年內實現商業化，并進行更多的測試和制造標準化。
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