토양 센서는 농부들이 물과 영양분의 가용성, 토양 pH, 온도 및 지형과 같은 재배 조건을 평가하는 데 도움을 줍니다.

토마토(Solanum lycopersicum L.)는 세계 시장에서 고부가가치 작물 중 하나이며 주로 관개 재배됩니다. 토마토 생산은 기후, 토양, 수자원과 같은 불리한 조건으로 인해 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전 세계적으로 센서 기술이 개발 및 설치되어 농부들이 물과 영양분 공급량, 토양 pH, 온도, 지형과 같은 재배 조건을 평가할 수 있도록 돕고 있습니다.
토마토 생산성 저하와 관련된 요인들. 토마토는 신선 소비 시장과 산업(가공) 생산 시장 모두에서 수요가 높습니다. 인도네시아처럼 전통적인 농업 시스템을 고수하는 많은 농업 분야에서 토마토 수확량이 저조한 현상이 나타납니다. 사물 인터넷(IoT) 기반 애플리케이션 및 센서와 같은 기술의 도입은 토마토를 포함한 다양한 작물의 수확량을 크게 증가시켰습니다.
정보 부족으로 인해 이질적이고 현대적인 센서를 활용하지 못하는 것도 농업 생산량 감소의 원인이 됩니다. 현명한 물 관리는 작물 실패를 방지하는 데 중요한 역할을 하며, 특히 토마토 재배에서 더욱 그렇습니다.
토양 수분은 토마토 수확량을 결정하는 또 다른 요인인데, 토양에서 식물로 영양분과 기타 화합물이 이동하는 데 필수적이기 때문입니다. 식물 온도를 적절하게 유지하는 것 또한 잎과 열매의 숙성에 영향을 미치므로 중요합니다.
토마토 재배에 최적의 토양 수분 함량은 60%에서 80% 사이입니다. 토마토 생산량을 극대화하기 위한 이상적인 온도는 24도에서 28도 사이입니다. 이 온도 범위를 벗어나면 식물 생장과 꽃, 열매 발달이 최적화되지 않습니다. 토양 조건과 온도가 크게 변동하면 식물 생장이 느려지고 왜소해지며 토마토가 고르게 익지 않습니다.
토마토 재배에 사용되는 센서. 정밀한 수자원 관리를 위해 근접 및 원격 감지 기술을 기반으로 하는 여러 기술이 개발되었습니다. 식물의 수분 함량을 측정하기 위해 식물의 생리적 상태와 주변 환경을 평가하는 센서가 사용됩니다. 예를 들어, 테라헤르츠파를 이용한 센서와 습도 측정을 결합하면 잎에 가해지는 압력을 측정할 수 있습니다.
식물의 수분 함량을 측정하는 데 사용되는 센서는 전기 임피던스 분광법, 근적외선(NIR) 분광법, 초음파 기술, 잎 고정 장치 기술 등 다양한 기기와 기술을 기반으로 합니다. 토양 수분 센서와 전도도 센서는 토양 구조, 염도 및 전도도를 측정하는 데 사용됩니다.
토양 습도 및 온도 센서와 자동 급수 시스템이 포함되어 있습니다. 토마토는 최적의 수확량을 얻기 위해 적절한 급수 시스템이 필수적입니다. 물 부족 현상이 심화되면서 농업 생산과 식량 안보가 위협받고 있습니다. 효율적인 센서를 활용하면 수자원을 최적으로 사용하고 작물 수확량을 극대화할 수 있습니다.
토양 수분 센서는 토양 수분을 측정합니다. 최근 개발된 토양 수분 센서는 두 개의 전도성 판으로 구성됩니다. 이 판이 물과 같은 전도성 매체에 노출되면 양극의 전자가 음극으로 이동합니다. 이러한 전자의 이동은 전류를 생성하며, 이 전류는 전압계를 사용하여 감지할 수 있습니다. 이 센서는 토양 내 수분의 존재를 감지합니다.
경우에 따라 토양 센서는 온도와 습도를 모두 측정할 수 있는 서미스터와 결합됩니다. 이 센서에서 수집된 데이터는 처리되어 자동 배수 시스템으로 전송되는 단선 양방향 출력값을 생성합니다. 온도와 습도 데이터가 특정 임계값에 도달하면 물 펌프 스위치가 자동으로 켜지거나 꺼집니다.
바이오리스터는 생체 전자 센서입니다. 생체 전자공학은 식물의 생리적 과정과 형태적 특성을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 최근 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)를 기반으로 하는 생체 내 센서, 즉 바이오리스터가 개발되었습니다. 이 센서는 토마토 재배에 적용되어 성장하는 토마토 식물의 물관과 체관을 흐르는 수액의 성분 변화를 측정하는 데 사용되었습니다. 이 센서는 식물의 기능에 영향을 주지 않고 체내에서 실시간으로 작동합니다.
바이오저항기는 식물 줄기에 직접 이식할 수 있기 때문에 가뭄, 염분, 불충분한 수증기압, 높은 상대 습도와 같은 스트레스 조건에서 식물 내 이온 이동과 관련된 생리적 메커니즘을 생체 내에서 관찰할 수 있습니다. 바이오저항기는 병원균 검출 및 해충 방제에도 사용되며, 식물의 수분 상태를 모니터링하는 데에도 활용됩니다.