토양 센서: 정의, 종류 및 장점

토양 센서는 소규모 환경에서 그 효과가 입증된 해결책 중 하나이며, 농업 분야에서 매우 중요한 역할을 할 수 있습니다.

토양 센서란 무엇인가요?

센서는 토양 상태를 추적하여 실시간 데이터 수집 및 분석을 가능하게 합니다. 센서는 토양 미생물의 DNA와 같은 거의 모든 토양 특성을 추적하여 토양 미생물 생태계를 더욱 건강하게 만들고, 수확량을 늘리고, 자원 사용량을 줄일 수 있습니다.

농업에 사용되는 다양한 유형의 센서는 전기 신호 및 광파 반사 측정과 같은 다양한 방법을 사용하여 농업 운영을 혁신할 수 있는 필수적인 현장 특성을 파악합니다.

토양 센서의 종류

토양 센서는 수분 함량, 온도, pH, 염도, 습도, 광합성 복사량 및 영양 균형과 같은 토양 특성을 측정할 수 있습니다.—주로 필수 영양소인 질소, 인, 칼륨(NPK)입니다.

토양 센서는 곡물 품질 향상 및 양분 유출 감소와 같은 작물 관리상의 이점 외에도 수자원, 토지 안정성 및 기후 변화에 대한 예측에 도움을 줄 수 있습니다.

다른 활용 사례로는 관개 일정 관리, 유역 평가, 미생물 생태 분석 및 식물 질병 예방 등이 있습니다.

토양 센서 사용의 이점

토양 상태 추적은 농부와 정원사에게 작물 수확량 증가 및 자원 효율성 향상 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 사물 인터넷(IoT), 클라우드 서비스 및 인공지능(AI) 통합을 통해 재배자들은 데이터에 기반한 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

센서는 비료 사용을 최적화하고, 식물을 건강하게 유지하며, 자원을 극대화하고, 환경을 오염시키는 유출수와 유해 물질 방출을 최소화합니다. 지속적인 모니터링은 병원균 발생이나 토양 다짐과 같은 문제도 예방합니다.

토양 센서를 사용하여 토양 상태를 모니터링하면 비료와 물 사용량을 최적화할 수 있습니다.'미국에서 사용되는 질산염 비료의 약 30%가 빗물에 씻겨 내려가 수원을 오염시키는 것으로 추정됩니다. 아무리 효율적인 관개 시스템이라도 최대 50%의 물 낭비가 발생할 수 있으며, 농업은 전 세계 담수 사용량의 70%를 차지합니다. 토양 수분을 효율적이고 효과적으로 보충하는 능력은 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

토양 센서 설치 및 교정

각 센서에는 자체 설치 가이드가 제공되지만, 일반적으로 설치에는 작물 재배열 내에 구멍이나 도랑을 파고 식물 뿌리 근처를 포함하여 여러 깊이에 센서를 설치하는 작업이 필요합니다.

넓은 지역에 걸쳐 센서를 설치할 때는, 해당 지역의 토양이나 관리 대상 토양 유형을 잘 나타내는 위치에, 물 분사 장치 근처에, 그리고 토양과 직접 접촉하는 곳(즉, 공기층이 없는 곳)에 설치하는 것이 가장 좋습니다. 또한 센서 설치 위치는 표면에 깃발을 꽂거나 표시하여 우발적인 손상을 방지해야 합니다.

올바른 설치 외에도 센서 교정은 매우 중요합니다. 토양 센서는 토양 수분 데이터를 체적 수분 함량(VWC)으로 기록하며, 각 토양 유형마다 고유한 VWC 값을 가집니다. 토양 수분 센서는 감도가 서로 다를 수 있으므로 개별적으로 교정해야 할 수도 있습니다.

문제 해결

장비 고장은 전기적 문제, 야생 동물로 인한 간섭 또는 잘못된 배선 연결로 인해 발생할 수 있습니다. 장력계에 공기가 유입되면 장비의 신뢰성이 떨어집니다. 올바른 설치 깊이와 방수 방법을 준수하면 향후 문제를 예방할 수 있습니다.

일반적인 문제 해결 기법은 다음과 같습니다.

전원 공급 장치 및 회로 점검

화학 물질을 사용하지 않고 센서를 청소하는 방법

제조업체의 지침에 따라 손상된 부품을 교체하는 정기적인 유지 보수를 수행합니다.'수리 가이드

토양 건강 모니터링

토양 센서는 토양 건강 평가를 위한 더욱 정확하고 효율적인 전략을 제공합니다. 기존의 토양 평가는 생검과 유사하며, 토양 특성에 따라 몇 주에서 몇 달까지 걸릴 수 있습니다.

센서 측정은 훨씬 빠르며, 50에이커당 1~2시간 정도 소요됩니다. 센서는 수분 함량, 수분 장력, 유기물 존재 여부 등 효율적인 작물 관리에 필요한 모든 정보를 표시합니다.—토양의 전반적인 건강 상태를 나타내는 훌륭한 지표—토양 샘플을 물리적으로 채취할 필요 없이.

농장 관리 시스템과의 통합

StartUS Insights 보고서에 따르면, 토양 센서는 확장성, 효율성 및 유용성 덕분에 가장 영향력 있는 토양 모니터링 기술입니다. AI 기반 토양 매핑, 항공 이미지 촬영, 자동 토양 모니터링 로봇, 배출량 추적기, 증강 현실 토양 분석, 나노 기술 및 블록체인 통합을 포함한 다른 신흥 농업 기술과 토양 센서를 결합하면 농장 관리를 최적화할 수 있습니다.

토양 센서 기술의 과제와 해결책

2020년 네브래스카 대학교 보고서에 따르면 미국 농가의 12%만이 관개 일정을 결정하기 위해 토양 수분 센서를 사용하고 있습니다. 토양 센서는 접근성, 사용 편의성, 데이터 처리 및 표시 기능의 상당한 개선으로 실용성이 높아졌지만, 여전히 더 많은 발전이 필요합니다.

토양 센서의 전 세계적인 보급을 위해서는 비용 효율성과 상호 운용성을 향상시켜야 합니다. 현재 다양한 종류의 센서가 존재하여 표준화 및 호환성이 부족한 상황입니다.

기존의 많은 기술은 독점 센서에 의존하기 때문에 맞춤 설정이 어렵습니다. UC 버클리에서 개발한 것과 같은 센서 기술의 발전은 온보딩 과정을 간소화하여 실시간 데이터 모니터링을 제공하고 다양한 분야와 시장에서 신속한 의사 결정을 촉진합니다.

사례 연구: 토양 센서의 성공적인 구현

토양 센서는 농부들이 물과 비용을 절약하는 데 도움을 줍니다.

클렘슨 대학교의 연구에 따르면 토양 수분 센서는 농부들의 생산성을 향상시킬 수 있습니다.'땅콩, 대두 또는 면화를 재배하는 시험 재배지에서 관개 효율을 높임으로써 평균 순수익을 20% 증가시켰습니다.

더욱 지속 가능한 스포츠 경기장

스포츠 경기장에서도 토양 센서를 도입하고 있습니다. 토양 센서 제조업체인 소일 스카우트에 따르면, 웸블리 스타디움과 시티즌스 뱅크 파크(필라델피아 필리스의 홈구장)는 토양 센서를 사용하여 잔디밭의 푸르름을 유지하는 동시에 물과 에너지 사용을 극대화하고 있는 스포츠 경기장 중 일부입니다.

토양 센서 기술의 미래 동향

최근 떠오르는 트렌드로는 나노기술이 있는데, 금이나 은을 기반으로 하는 나노입자를 이용해 중금속과 같은 토양 오염물질을 감지하는 센서의 감도를 높이는 것이 있다.

나노 화합물로 코팅된 센서는 토양 특성을 추적하고 토양 품질의 변화에 ​​​​반응하여 산소와 같은 영양분을 방출할 수 있습니다. 다른 센서들은 지렁이 개체 수와 같은 생물지표나 DNA 분석을 통한 미생물 다양성을 계산하여 토양 미생물 생태계를 개선합니다.