测量各种基本土壤性质的传感器正在开发中。这些传感器既可用于实时控制可变速率应用设备，也可与全球定位系统(GPS)结合使用，以生成特定土壤性质的现场地图。根据通道之间的间隔、旅行速度、采样和/或测量频率，每英亩测量点的数量有所不同;然而，在大多数情况下，它比人工网格采样的密度要大得多。映射的成本通常也会降低。
测量土壤性质
当考虑一个理想的精准农业系统时，生产者想象一个传感器与地面直接接触或靠近地面，并连接到一个“黑匣子”，该“黑匣子”分析传感器响应，处理数据，并立即改变施用量。他们还希望，传感器检测到的实时信息，用于规定施用量，将优化生产投入的整体经济或农艺效果。但是，这种方法没有考虑到在“现实世界”中遇到的几个困难:
- 大多数传感器和涂药控制器需要一定的时间进行测量、集成和/或调整，这降低了允许的操作速度或测量密度。
- 变速肥料和农药施施者可能需要额外的信息(如产量潜力)来开发处方算法(方程组)。
- 目前，还没有一种被证明对作物生产中涉及的所有变量都最有利的特定场地管理处方beplay体育在线客服网站算法。
与使用带有控制器的实时传感器相比，基于地图的方法可能更可取，因为它能够收集和分析数据，制定处方，并在两个或多个步骤中进行可变速率应用。在这种情况下，可以使用旨在管理和处理空间数据的地理信息系统(GIS)软件包，将包括产量图、数字高程模型(DEM)和各种类型的图像在内的多层信息汇集在一起。处方地图可以使用涉及多个数据源和个人经验的算法来开发。
自动化测量传感器
科学家和设备制造商正试图改进现有的实验室方法或开发间接测量技术，以便实时绘制土壤图谱。迄今为止，只研究了几种类型的传感器，包括:
- 电磁
- 光学
- 机械
- 电化学
- 气流
- 声
电磁传感器利用电路测量土壤颗粒传导或积聚电荷的能力。当使用这些传感器时，土壤成为电磁电路的一部分，当地条件的变化立即影响数据记录器记录的信号。市面上有几种这样的传感器:
- 绘制电导率(Veris®3100,Veris Technologies, Salina, Kansas)
- 测绘瞬变电磁响应(EM-38,Geonics Limited，密西沙加，安大略省，加拿大)
- 利用电响应实时调整可变速率应用(Soil Doctor®System, Crop Technology, Inc, Bandera, Texas)
土壤电磁特性在很大程度上受土壤质地、盐度、有机质和含水量的影响。在某些情况下，使用这些传感器可以预测其他土壤性质，如残留硝酸盐或土壤pH值。近年来，人们已经发现了几种应用电磁传感器的方法。
光学传感器利用光反射率来表征土壤。这些传感器可以在观察土壤时模拟人眼，以及测量近红外、中红外或偏振光反射率。基于车辆的光学传感器使用与遥感相同的原理技术。迄今为止，各种商业供应商提供遥感服务，允许使用卫星或飞机平台测量裸露土壤的反射率。成本、时间、云层和大量植物残渣覆盖是限制这些平台使用裸地图像的主要问题。
近距离、地下、车载光学传感器与电磁传感器类似，可以在移动中使用，并且可以提供关于单个数据点的更多信息，因为反射率可以很容易地在同一时间测量光谱的多个部分。一些研究人员已经开发出光学传感器来预测粘土、有机物和水分含量。
机械传感器可用于估计土壤机械阻力(通常与压实有关)。这些传感器使用一种穿透或切割土壤的机制，并记录由应变计或测压元件测量的力。一些研究人员已经开发了原型，显示了连续绘制土壤阻力图的可行性;然而，这些设备都没有商用。牵引车上的牵引力传感器或“牵引力控制”系统使用类似的技术来控制行进中的三点牵引力。
电化学传感器可以提供精准农业所需的最重要类型的信息——土壤养分水平和ph值。当土壤样品被送到土壤测试实验室时，会执行一套标准化的实验室程序。这些程序包括样品制备和测量。一些测量(特别是pH值的测定)是使用离子选择电极(带有玻璃或聚合物膜或离子敏感场效应晶体管)进行的。这些电极检测特定离子的活性(在pH值的情况下，硝酸盐，钾或氢)。一些研究人员正试图调整现有的土壤准备和测量程序，以进行基本的实验室测试。所获得的值可能不如实验室测试准确，但高采样密度可以提高所得到的土壤养分或pH值图的整体准确性。
空气流量传感器用于测量土壤空气渗透性。将给定体积的空气挤压到固定深度的土壤中所需要的压力与几种土壤特性进行了比较。实验显示了区分不同土壤类型、湿度水平和土壤结构/压实度的潜力。
声学传感器通过测量由于工具与土壤颗粒相互作用而引起的噪声水平的变化来确定土壤质地。低信噪比不允许这项技术的发展。
传感器数据使用情况
虽然各种基于车辆的土壤传感器正在开发中，但只有电磁传感器在商业上可用并得到广泛应用。理想情况下，生产商希望操作为现有处方算法提供输入的传感器。相反，市售传感器提供的测量数据，如电导率(EC)，不能直接使用，因为其绝对值取决于许多物理和化学土壤性质，如:质地、有机物、盐度、含水量等。另外，电磁传感器提供了有关土壤差异和相似点的有价值的信息，这使得将该领域划分为较小的和相对一致的区域(称为管理区)成为可能。beplay体育在线客服网站
例如，这些区域可以根据田地中的不同土壤类型来定义。事实上，电导率图通常比土壤调查图(用于农村房产税评估)更能揭示某些土壤类型的边界。不同的异常，如侵蚀的山坡或池塘也可以很容易地确定在电导率图。下图比较了同一领域的土壤调查和电导率图，显示了边界上的一些差异。
产量图也经常与电导率图相关，如下图所示。在许多情况下，这种相似性可以通过土壤的差异来解释。总的来说，电导率图可能指出了需要进一步勘探来解释产量差异的区域。产量潜力图和养分有效性图可能具有与土壤质地和/或有机质含量图相似的模式。通常这些模式也可以通过电导率图来揭示。
因此，使用电磁土壤特性的动态测绘作为一层数据来发现一个领域内土壤的异质性(差异)似乎是合理的(类似于使用裸露的土壤图像)。具有相似电导率和相对稳定产量的区域可以接受统一的处理，这可以根据电导率图上区域内较少的土壤样品来规定。
随着新的动态土壤传感器的开发，不同的实时和基于地图的可变速率土壤处理可以经济地应用于更小的田地区域，减少每个管理区域内土壤变异的影响。beplay体育在线客服网站
总结
需要更准确的土壤属性图才能成功地实施针对特定地点的管理决策。beplay体育在线客服网站常规土壤取样和分析的取样密度不足和成本高一直是限制因素。车载土壤传感器是一种可以提高土壤地图质量并降低成本的替代方案。如果进一步发展，实时土壤传感器可以用于农业投入的实时或基于地图的控制。到目前为止，市面上只有测绘土壤电磁特性的系统。这些地图可用于确定反映土壤性质明显趋势的管理区。beplay体育在线客服网站每个区域都可以独立采样和处理。当新的动态土壤传beplay体育在线客服网站感器被开发和商业化时，更小的管理区域将是可行的。
内布拉斯加大学的研究人员继续研究基于车辆的土壤传感器，该传感器可用于研究和商业应用。传感器可以提高土壤地图的质量和降低成本，并将促进决策过程。
有关更多信息，请参阅UNL扩展通告车载土壤传感器- EC 178(181 KB;4页)
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