Tomaatti (Solanum lycopersicum L.) on yksi maailmanmarkkinoiden arvokkaimmista viljelykasveista, ja sitä viljellään pääasiassa keinokastelujärjestelmissä. Tomaatin tuotantoa haittaavat usein epäsuotuisat olosuhteet, kuten ilmasto, maaperä ja vesivarat. Anturiteknologioita on kehitetty ja asennettu ympäri maailmaa auttamaan viljelijöitä arvioimaan kasvuolosuhteita, kuten veden ja ravinteiden saatavuutta, maaperän pH-arvoa, lämpötilaa ja topologiaa.
Tomaattien alhaiseen tuottavuuteen liittyvät tekijät. Tomaattien kysyntä on korkea sekä tuoremarkkinoilla että teollisen (jalostuksen) tuotannon markkinoilla. Alhaisia tomaattisatoja havaitaan monilla maatalouden aloilla, kuten Indonesiassa, joka noudattaa pitkälti perinteisiä viljelyjärjestelmiä. Teknologioiden, kuten esineiden internetiin (IoT) perustuvien sovellusten ja anturien, käyttöönotto on lisännyt merkittävästi eri viljelykasvien, mukaan lukien tomaattien, satoa.
Heterogeenisten ja nykyaikaisten sensoreiden puutteellinen käyttö riittämättömän tiedon vuoksi johtaa myös alhaisiin satoihin maataloudessa. Viisas vedenkäyttö on tärkeässä roolissa sadon epäonnistumisen välttämisessä, erityisesti tomaattiviljelmillä.
Maaperän kosteus on toinen tekijä, joka vaikuttaa tomaatin satoon, koska se on välttämätöntä ravinteiden ja muiden yhdisteiden siirtymiselle maaperästä kasviin. Kasvin lämpötilan ylläpitäminen on tärkeää, koska se vaikuttaa lehtien ja hedelmien kypsyyteen.
Tomaattikasvien optimaalinen maaperän kosteus on 60–80 %. Ihanteellinen lämpötila tomaattien maksimaalisen tuotannon saavuttamiseksi on 24–28 celsiusastetta. Tämän lämpötila-alueen yläpuolella kasvien kasvu sekä kukintojen ja hedelmien kehitys eivät ole optimaalisia. Jos maaperän olosuhteet ja lämpötilat vaihtelevat suuresti, kasvien kasvu hidastuu ja on kitukasvuista, ja tomaatit kypsyvät epätasaisesti.
Tomaattien viljelyssä käytetyt anturit. Vesivarojen tarkkaan hallintaan on kehitetty useita teknologioita, jotka perustuvat pääasiassa lähi- ja kaukokartoitustekniikoihin. Kasvien vesipitoisuuden määrittämiseen käytetään antureita, jotka arvioivat kasvien fysiologista tilaa ja niiden ympäristöä. Esimerkiksi terahertsisäteilyyn perustuvat anturit yhdistettynä kosteusmittauksiin voivat määrittää terään kohdistuvan paineen.
Kasvien vesipitoisuuden määrittämiseen käytettävät anturit perustuvat useisiin instrumentteihin ja tekniikoihin, mukaan lukien sähköimpedanssispektroskopia, lähi-infrapunaspektroskopia (NIR), ultraäänitekniikka ja lehtipuristintekniikka. Maaperän kosteusantureita ja johtavuusantureita käytetään maaperän rakenteen, suolapitoisuuden ja johtavuuden määrittämiseen.
Maaperän kosteus- ja lämpötila-anturit sekä automaattinen kastelujärjestelmä. Optimaalisen sadon saavuttamiseksi tomaatit tarvitsevat asianmukaisen kastelujärjestelmän. Kasvava vesipula uhkaa maataloustuotantoa ja elintarviketurvaa. Tehokkaiden antureiden käyttö voi varmistaa vesivarojen optimaalisen käytön ja maksimoida sadon.
Maaperän kosteusanturit arvioivat maaperän kosteutta. Äskettäin kehitetyt maaperän kosteusanturit sisältävät kaksi johtavaa levyä. Kun nämä levyt altistetaan johtavalle väliaineelle (kuten vedelle), anodilta tulevat elektronit siirtyvät katodiin. Tämä elektronien liike luo sähkövirran, joka voidaan havaita volttimittarilla. Tämä anturi havaitsee veden läsnäolon maaperässä.
Joissakin tapauksissa maaperän anturit yhdistetään termistoreihin, jotka voivat mitata sekä lämpötilaa että kosteutta. Näiden antureiden tiedot käsitellään ja generoidaan yksirivinen, kaksisuuntainen lähtö, joka lähetetään automaattiseen huuhtelujärjestelmään. Kun lämpötila- ja kosteustiedot saavuttavat tietyt kynnysarvot, vesipumpun kytkin kytkeytyy automaattisesti päälle tai pois päältä.
Bioristor on bioelektroninen anturi. Bioelektroniikkaa käytetään kasvien fysiologisten prosessien ja niiden morfologisten ominaisuuksien ohjaamiseen. Äskettäin on kehitetty orgaanisiin sähkökemiallisiin transistoreihin (OECT) perustuva in vivo -anturi, joita yleisesti kutsutaan biorestoreiksi. Anturia käytettiin tomaatinviljelyssä arvioimaan kasvien ksyleemissä ja floeemissa virtaavan kasvinesteen koostumuksen muutoksia. Anturi toimii reaaliajassa kehon sisällä häiritsemättä kasvin toimintaa.
Koska bioresistori voidaan istuttaa suoraan kasvien varsiin, se mahdollistaa ionien liikkumiseen liittyvien fysiologisten mekanismien havainnoinnin in vivo kasveissa stressiolosuhteissa, kuten kuivuudessa, suolapitoisuudessa, riittämättömässä höyrynpaineessa ja korkeassa suhteellisen kosteudessa. Biostoria käytetään myös taudinaiheuttajien havaitsemiseen ja tuholaistorjuntaan. Anturia käytetään myös kasvien veden tilan seurantaan.
Julkaisun aika: 1. elokuuta 2024