חיישני קרקע: הגדרה, סוגים ויתרונות

חיישני קרקע הם פתרון שהוכיח את יתרונותיו בקנה מידה קטן יותר ויכול להפוך לחסרי ערך למטרות חקלאיות.

מהם חיישני קרקע?

חיישנים עוקבים אחר מצב הקרקע, ומאפשרים איסוף וניתוח נתונים בזמן אמת. חיישנים יכולים לעקוב אחר כמעט כל מאפיין קרקע, כמו ה-DNA של מיקרואורגניזמים מקומיים, כדי לשנות את האיזון לכיוון מיקרוביום קרקע בריא יותר, תפוקה מוגברת ושימוש מופחת במשאבים.

סוגי החיישנים השונים בחקלאות משתמשים בשיטות מגוונות, כגון אותות חשמליים ומדידת החזרת גלי אור, כדי לקבוע את מאפייני השדה החיוניים שיכולים לשנות את פעילות החקלאות.

סוגי חיישני קרקע

חיישני קרקע יכולים למדוד מאפייני קרקע כגון תכולת לחות, טמפרטורה, pH, מליחות, לחות, קרינה פוטוסינתטית ואיזון חומרים מזינים.—בעיקר החנקן, הזרחן והאשלגן (NPK) החיוניים.

בנוסף ליתרונות ניהול הגידולים, כגון איכות טובה יותר של תבואה ודליפת חומרים מזינים מופחתת, חיישני קרקע יכולים לספק מידע על תחזיות בנוגע למשאבי מים, יציבות הקרקע ושינויי אקלים.

מקרי שימוש אחרים כוללים תזמון השקיה, הערכות אגני ניקוז, יצירת פרופילים של אקולוגיה מיקרוביאלית ומניעת מחלות צמחים.

יתרונות השימוש בחיישני קרקע

מעקב אחר מצב הקרקע מספק יתרונות רבים לחקלאים ולגננים, כולל תפוקת יבולים מוגברת ויעילות משופרת במשאבים. שילוב האינטרנט של הדברים, שירותי ענן ובינה מלאכותית מאפשרים למגדלים לקבל החלטות מבוססות נתונים.

חיישנים מייעלים את השימוש בדשנים, שומרים על בריאות הצמחים, ממקסמים את המשאבים וממזערים את הנגר והפליטה התוקפים את הסביבה. ניטור מתמיד גם מונע בעיות, כגון התפרצויות פתוגנים או דחיסת קרקע.

ניטור מצב הקרקע באמצעות חיישני קרקע יכול גם לייעל את ניצול הדשנים והמים.'ההערכה היא שכ-30% מדשן הניטרט המיושמים בארה"ב נשטף ומזהם מקורות מים. אפילו מערכות השקיה מתקדמות יכולות להגיע ל-50% בזבוז מים, והחקלאות אחראית ל-70% מצריכת המים המתוקים העולמית. היכולת לחדש את לחות הקרקע ביעילות ובאפקטיביות יכולה להיות בעלת השפעה גדולה.

התקנה וכיול חיישני קרקע

לכל חיישן יהיה מדריך התקנה משלו, אך ההתקנה בדרך כלל דורשת חפירת בור או תעלה בתוך שורת גידולים והצבת החיישנים בעומקים מרובים, כולל ליד שורשי הצמח.

על פני שטח גדול, שיטות עבודה מומלצות מכתיבות מיקום באתרים המעידים על שאר השדה או סוג הקרקע המיועד לניהול, ליד פולטי מים, ובמגע ישיר עם הקרקע (כלומר, ללא כיסי אוויר). יש לסמן אתרי חיישנים גם כן על פני השטח כדי למנוע נזק מקרי.

בנוסף להתקנה נכונה, כיול החיישנים הוא המפתח. חיישני קרקע רושמים נתוני לחות קרקע כתכולת מים נפחית (VWC), ולכל סוג קרקע יש VWC משלו. לחיישני לחות קרקע יש לעתים קרובות רגישויות שונות, וייתכן שיהיה צורך לכייל אותם בנפרד.

פתרון בעיות

תקלות בציוד עלולות להתרחש עקב בעיות חשמליות, הפרעות מחיות בר או חוטים המחוברים בצורה שגויה. כל דליפת אוויר לתוך טנסיומטר תהפוך אותו ללא אמין. הבטחת עומק ההתקנה ושיטות האיטום הנכונות יכולות לסייע במניעת בעיות עתידיות.

טכניקות נפוצות לפתרון בעיות כוללות:

בדיקת ספק הכוח והמעגלים

ניקוי החיישנים ללא שימוש בכימיקלים

ביצוע תחזוקה שוטפת להחלפת חלקים פגומים בהתאם להוראות היצרן'מדריך תיקון s

ניטור בריאות הקרקע

חיישני קרקע מציעים אסטרטגיה מדויקת ויעילה יותר להערכת בריאות הקרקע. הערכות קרקע קונבנציונליות הן שוות ערך לביופסיה, שיכולה להימשך שבועות או חודשים, בהתאם לתכונות הקרקע.

מדידות החיישנים מהירות בהרבה, ונמשכות שעה או שעתיים לכל 50 דונם. החיישנים מציגים את כל מה שדרוש לניהול יעיל של גידולים, כולל תכולת מים, מתח מים ונוכחות חומר אורגני.—מדד מצוין לבריאות כללית של הקרקע—ללא צורך בהסרת דגימות קרקע פיזית.

אינטגרציה עם מערכות ניהול חוות

על פי דו"ח של StartUS Insights, חיישני קרקע הם טכנולוגיית ניטור הקרקע המשפיעה ביותר בשל יכולת ההרחבה, היעילות והתועלת שלהם. שילוב חיישני קרקע עם טכנולוגיות חקלאיות מתפתחות אחרות, כולל מיפוי קרקע המופעל על ידי בינה מלאכותית, הדמיה אווירית, רובוטים אוטומטיים לניטור קרקע, עוקבי פליטות, ניתוח קרקע במציאות רבודה, ננוטכנולוגיה ושילוב בלוקצ'יין, יכול לייעל את ניהול החווה.

אתגרים ופתרונות בטכנולוגיית חיישני קרקע

בהתבסס על דו"ח של אוניברסיטת נברסקה משנת 2020, רק 12% מהחוות בארה"ב משתמשות בחיישני לחות קרקע כדי לקבוע לוחות זמנים של השקיה. חיישני קרקע הפכו ליותר בר-קיימא הודות לשיפורים משמעותיים בנגישות, ידידותיות למשתמש וביכולות עיבוד ותצוגת נתונים, אך נדרשת התקדמות נוספת.

חיישני קרקע חייבים להיות יעילים יותר מבחינת עלות וניתנים לתפעול הדדי לצורך אימוץ עולמי. קיימים סוגים רבים של חיישנים, מה שמביא לחוסר סטנדרטיזציה ותאימות.

טכנולוגיות קיימות רבות מסתמכות על חיישנים קנייניים, דבר שיכול להקשות על התאמה אישית. התקדמות בטכנולוגיית חיישנים, כמו אלו שפותחו על ידי אוניברסיטת קליפורניה בברקלי, מפשטת את תהליך ההרשמה ומספקת ניטור נתונים בזמן אמת ומקדמת קבלת החלטות זריזה בתחומים ושווקים שונים.

מקרי בוחן: יישום מוצלח של חיישני קרקע

חיישני קרקע עוזרים לחקלאים לחסוך במים ובכסף

מחקר של אוניברסיטת קלמסון מצא שחיישני לחות קרקע יכולים להגביר את הסיכון לחקלאים'הכנסה נטו ממוצעת ב-20% על ידי הגברת יעילות ההשקיה בשדות שנבדקו שגידלו בוטנים, פולי סויה או כותנה.

מגרשי ספורט בני קיימא יותר

גם אתרי ספורט מאמצים חיישני קרקע. אצטדיון וומבלי ופארק סיטיזנס בנק (ביתה של פילדלפיה פיליז) הם בין אתרי הספורט המשתמשים בחיישני קרקע כדי לשמור על משטחי משחק שופעים תוך מקסום צריכת המים והאנרגיה, על פי יצרנית חיישני הקרקע Soil Scout.

מגמות עתידיות בטכנולוגיית חיישני קרקע

מגמות מתפתחות כוללות ננוטכנולוגיה, עם ננו-חלקיקים מבוססי זהב או כסף המגבירים את רגישות החיישנים לגילוי מזהמי קרקע כמו מתכות כבדות.

חיישנים מצופים בננו-תרכובות יכולים לעקוב אחר מאפייני הקרקע ולאחר מכן לשחרר חומרים מזינים, כגון חמצן, בתגובה לתנודות באיכות הקרקע. אחרים מחשבים ביואינדקטורים, כמו ספירת תולעי שלשול או מגוון מיקרואורגניזמים, באמצעות ניתוח DNA, כדי לשפר את המיקרוביום של הקרקע.