l rápido crecimiento de la población, el cambio climático, la reducción de las lluvias y la demanda de más alimentos para alimentar a miles de millones de personas en todo el mundo están ejerciendo mucha presión sobre la agricultura arable con impactos negativos en las prácticas agrícolas convencionales.
La situación actual requiere que la agricultura se vuelva «inteligente» mediante el uso de tecnologías inteligentes modernas para encontrar soluciones para la utilización eficaz de recursos escasos, satisfaciendo así las necesidades de consumo cada vez mayores de la población mundial.
Con la llegada de Internet de las cosas (IoT) y la transformación digital, estas tecnologías pueden aprovecharse para monitorear de forma remota la humedad del suelo, el crecimiento de los cultivos y las medidas preventivas para detectar daños y amenazas a los cultivos.
La gestión remota de las actividades agrícolas, a través de la automatización mediante sensores inalámbricos e Internet de las cosas, es el área de enfoque actual en la agricultura para proporcionar nuevos conocimientos y mejorar la toma de decisiones.
Un sensor es un dispositivo simple y pequeño que mide o detecta condiciones del mundo real, como movimiento, calor o luz, y convierte la condición en representación analógica o digital. En comparación con otras técnicas analíticas como la cromatografía o la espectroscopia, las ventajas de los sensores son su robustez, tamaño reducido, versatilidad y bajos costes de producción en masa.
El muestreo y análisis de suelos convencionales tienen beneficios económicos mixtos debido a los procedimientos de muestreo y análisis que requieren mucha mano de obra. Un número limitado de muestras de suelo tampoco produce una representación precisa de las propiedades del suelo. Los sensores proporcionan las propiedades del suelo más precisas necesarias para implementar con éxito las decisiones de gestión específicas del sitio.
Esta publicación analizará los diferentes tipos de sensores utilizados en la agricultura de precisión para medir los parámetros más esenciales y las propiedades químicas del suelo que afectan el rendimiento.
1. Sensores electromagnéticos
Los sensores electromagnéticos utilizan circuitos eléctricos para medir la capacidad de las partículas del suelo para conducir o acumular cargas eléctricas. El suelo se convierte en parte del circuito electromagnético y el cambio en la conductividad eléctrica se registra inmediatamente en un registrador.
Hay dos tipos de sensores EC: de contacto o sin contacto:
Los sensores de contacto EC utilizan electrodos, generalmente en forma de colters, que hacen contacto con el suelo para medir la conductividad eléctrica. Este enfoque tiene 2-3 pares de colters montados en una barra de herramientas, y un par aplica corriente eléctrica al suelo, mientras que los otros dos pares de colters miden la caída de voltaje. Los datos se registran en un registrador de datos junto con la información de ubicación. Los sensores EC de contacto son muy populares en la agricultura de precisión porque es más fácil cubrir grandes áreas y es menos susceptible a interferencias externas.
Los sensores EC sin contacto funcionan según el principio de inducción electromagnética (EMI) sin entrar en contacto directo con la superficie del suelo. El instrumento tiene un transmisor y una bobina receptora, instalados en los extremos opuestos de una barra no conductora ubicada en los extremos opuestos del instrumento. Este es un sensor digital y multifrecuencia que puede operar en un rango de frecuencia de 300 Hz a 24 kHz.
2. Sensores optoelectrónicos
La optoelectrónica se ocupa de la interacción de los procesos electrónicos con la luz y los procesos ópticos. Los dispositivos donde tiene lugar dicha interacción se denominan dispositivos optoelectrónicos. Los sensores optoelectrónicos, en general, utilizan las características de diferentes materiales para tener una firma espectral definida. El sistema está compuesto por una fuente de luz (emisor) que emite luz en un rango de longitud de onda y un sensor (detector) para rangos de longitud de onda específicos. El sensor de materia orgánica del suelo (MOS) es uno de los más utilizados en esta categoría.
Aunque es económico, el sensor de longitud de onda única necesita ser recalibrado para las condiciones de suelo y humedad que prevalecen en el momento de su uso. Los sensores de múltiples longitudes de onda pueden utilizar una única calibración para predecir la MOS en un rango de humedades y tipos de suelo dentro de un área geográfica de varios cientos de kilómetros. Además, se puede utilizar para detectar la humedad del suelo y la capacidad de intercambio catiónico (CIC).
3. Sensores electroquímicos
Los sensores electroquímicos proporcionan la información más importante sobre la disponibilidad de nutrientes y el pH en el suelo. Cuando las muestras de suelo se envían al laboratorio de análisis de suelos, se realiza un conjunto de procedimientos de laboratorio estandarizados. Estos procedimientos implican la preparación y medición de muestras. Algunas mediciones se realizan utilizando un electrodo selectivo de iones. Estos electrodos detectan la actividad de iones específicos (nitrato, potasio o hidrógeno en caso de pH). El valor obtenido puede no ser tan preciso como una prueba de laboratorio, pero la alta densidad de muestreo puede aumentar la precisión general de los nutrientes del suelo o el pH.
4. Sensores de electrodo selectivo de iones
Los sensores de electrodo selectivo de iones miden el potencial de un ión específico en una solución. También se utilizan para determinar el contenido de nitrógeno en el suelo. El potencial se mide contra un electrodo de referencia estable de potencial constante. La diferencia de potencial entre los dos electrodos depende de la actividad del ion específico en una solución. Esta actividad se debe a la concentración de la especificación, lo que permite al usuario final realizar una medición analítica.
5. Sensores mecánicos
Los sensores mecánicos miden la resistencia mecánica del suelo. Estos sensores penetran / cortan el suelo y registran la fuerza medida por el medidor de tensión o las celdas de carga.
Sensores de flujo de aire: se utilizan para medir la permeabilidad al aire del suelo. El sensor mide la presión para exprimir un volumen determinado de aire en el suelo a una profundidad fija.
Sensores acústicos: la textura del suelo se investiga midiendo el cambio en el nivel de ruido debido a la interacción de la herramienta con las partículas del suelo.
6. Otros sensores
Se utiliza una gama de sensores con la combinación correcta de integración inteligente, lógica y software personalizable en la ciencia del suelo. Incluyen:
Sensores de pH del suelo: miden la acidez y alcalinidad del suelo que pueden causar problemas comunes de fertilidad, retraso en el crecimiento y hojas de colores anormales o mala salud de las plantas.
Sensores de amonio: Permiten realizar determinaciones precisas de las concentraciones de amoníaco y nitrógeno.
Sensores de nitrato: miden la cantidad de nitrato en el suelo / agua.
Sensores de potasio: monitorean el potasio en el suelo para proporcionar una comprensión de la relación entre el potasio libre en las reservas de nutrientes del suelo, la textura del suelo y el crecimiento de las raíces, lo que podría optimizar el consumo de fertilizantes.
Sensor de agua del suelo: proporcionan información valiosa sobre el contenido de agua del suelo, que es fundamental para determinar el equilibrio energético y hídrico local, el transporte de productos químicos aplicados a las plantas y las aguas subterráneas, la gestión del riego y la agricultura de precisión.