חיישני קרקע עוזרים לחקלאים להעריך תנאי גידול כגון זמינות מים וחומרי הזנה, רמת חומציות הקרקע, טמפרטורה וטופוגרפיה

עגבנייה (Solanum lycopersicum L.) היא אחד הגידולים בעלי הערך הגבוה בשוק העולמי והוא גדל בעיקר תחת השקיה. ייצור עגבניות נפגע לעיתים קרובות מתנאים קשים כמו אקלים, קרקע ומשאבי מים. טכנולוגיות חיישנים פותחו והותקנו ברחבי העולם כדי לסייע לחקלאים להעריך תנאי גידול כגון זמינות מים וחומרי הזנה, רמת החומציות של הקרקע, טמפרטורה וטופולוגיה.
גורמים הקשורים לתפוקה נמוכה של עגבניות. הביקוש לעגבניות גבוה הן בשווקי הצריכה הטריה והן בשווקי הייצור התעשייתי (עיבוד). יבולים נמוכים של עגבניות נצפים במגזרים חקלאיים רבים, כמו באינדונזיה, אשר דבקה במידה רבה במערכות חקלאיות מסורתיות. הכנסת טכנולוגיות כגון יישומים וחיישנים מבוססי האינטרנט של הדברים (IoT) הגדילה משמעותית את התנובה של גידולים שונים, כולל עגבניות.
חוסר שימוש בחיישנים הטרוגניים ומודרניים עקב חוסר מידע מוביל גם הוא ליבולים נמוכים בחקלאות. ניהול מים חכם ממלא תפקיד חשוב במניעת כשלון יבולים, במיוחד במטעי עגבניות.
לחות הקרקע היא גורם נוסף הקובע את יבול העגבניות, שכן היא חיונית להעברת חומרים מזינים ותרכובות אחרות מהאדמה לצמח. שמירה על טמפרטורת הצמח חשובה מכיוון שהיא משפיעה על בשלות העלים והפירות.
לחות הקרקע האופטימלית לצמחי עגבניות היא בין 60% ל-80%. הטמפרטורה האידיאלית לייצור עגבניות מקסימלי היא בין 24 ל-28 מעלות צלזיוס. מעל טווח טמפרטורות זה, צמיחת הצמחים והתפתחות הפרחים והפירות אינם אופטימליים. אם תנאי הקרקע והטמפרטורות משתנים מאוד, צמיחת הצמחים תהיה איטית ומעוכבת והעגבניות יבשילו באופן לא אחיד.
חיישנים המשמשים בגידול עגבניות. מספר טכנולוגיות פותחו לניהול מדויק של משאבי מים, המבוססות בעיקר על טכניקות חישה מקורבת וחישה מרחוק. כדי לקבוע את תכולת המים בצמחים, נעשה שימוש בחיישנים המעריכים את המצב הפיזיולוגי של הצמחים וסביבתם. לדוגמה, חיישנים המבוססים על קרינת טרה-הרץ בשילוב עם מדידות לחות יכולים לקבוע את כמות הלחץ על הלהב.
חיישנים המשמשים לקביעת תכולת המים בצמחים מבוססים על מגוון מכשירים וטכנולוגיות, כולל ספקטרוסקופיית עכבה חשמלית, ספקטרוסקופיית אינפרא אדום קרוב (NIR), טכנולוגיית אולטרסאונד וטכנולוגיית מהדק עלים. חיישני לחות קרקע וחיישני מוליכות משמשים לקביעת מבנה הקרקע, מליחות ומוליכות.
חיישני לחות וטמפרטורה בקרקע, כמו גם מערכת השקיה אוטומטית. כדי להשיג יבול אופטימלי, עגבניות זקוקות למערכת השקיה מתאימה. מחסור גובר במים מאיים על הייצור החקלאי ועל ביטחון המזון. שימוש בחיישנים יעילים יכול להבטיח ניצול אופטימלי של משאבי מים ולמקסם את יבולי היבול.
חיישני לחות קרקע מעריכים את רמת לחות הקרקע. חיישני לחות קרקע שפותחו לאחרונה כוללים שני לוחות מוליכים. כאשר לוחות אלה נחשפים למדיום מוליך (כגון מים), אלקטרונים מהאנודה יעברו לקתודה. תנועה זו של אלקטרונים תיצור זרם חשמלי, שניתן לזהות אותו באמצעות וולטמטר. חיישן זה מזהה את נוכחות המים בקרקע.
במקרים מסוימים, חיישני קרקע משולבים עם תרמיסטורים שיכולים למדוד גם טמפרטורה וגם לחות. הנתונים מחיישנים אלה עוברים עיבוד ומייצרים פלט דו-כיווני חד-קוי הנשלח למערכת השטיפה האוטומטית. כאשר נתוני הטמפרטורה והלחות מגיעים לספים מסוימים, מתג משאבת המים יופעל או יכבה אוטומטית.
ביוריסטור הוא חיישן ביואלקטרוני. ביואלקטרוניקה משמשת לשליטה בתהליכים פיזיולוגיים של צמחים ובמאפיינים המורפולוגיים שלהם. לאחרונה פותח חיישן in vivo המבוסס על טרנזיסטורים אלקטרוכימיים אורגניים (OECTs), המכונים בדרך כלל ביו-נגדים. החיישן שימש בגידול עגבניות כדי להעריך שינויים בהרכב מוהל הצמח הזורם בעצה ובפלום של צמחי עגבניות הגדלים. החיישן פועל בזמן אמת בתוך הגוף מבלי להפריע לתפקוד הצמח.
מכיוון שניתן להשתיל את הביו-נגד ישירות בגבעולי צמחים, הוא מאפשר תצפית in vivo על מנגנונים פיזיולוגיים הקשורים לתנועת יונים בצמחים בתנאי עקה כגון בצורת, מליחות, לחץ אדים לא מספק ולחות יחסית גבוהה. ביוסטור משמש גם לגילוי פתוגנים והדברת מזיקים. החיישן משמש גם לניטור מצב המים של צמחים.