Cảm biến phát hiện dịch hại cây trồng
Trồng trọt là một hoạt động đẹp đẽ khiến người nông dân tự hào về bản thân vì anh ta đã tạo ra cuộc sống mới. Mặc dù có vẻ đẹp của nó, sản xuất cây trồng đòi hỏi các hoạt động trang trại khác nhau và bảo trì liên tục để mang lại năng suất cao và lành mạnh.
Bắt đầu từ những giai đoạn đầu của vụ mùa, người nông dân phải theo dõi chặt chẽ cây trồng vì nhiều loại sâu bệnh hại cây trồng. Chúng có xu hướng là mối đe dọa lớn nhất đối với sản xuất cây trồng thành công. Tùy thuộc vào loại cây trồng và giai đoạn sinh trưởng, người ta ước tính rằng việc phát hiện dịch hại sớm có thể giảm tổn thất năng suất lên đến 20-40%. Do đó, nông dân cần phải nỗ lực hết sức để theo dõi cây trồng liên tục.
Thay vì đi bộ xuống ruộng, ngày nay nông dân có thể sử dụng nhiều công cụ khác nhau để theo dõi cây trồng của họ nhanh hơn và chính xác hơn, chẳng hạn như cảm biến.
Sâu bệnh hại là vấn đề có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ mùa màng. Vì lý do này, các cảm biến cải tiến để canh tác chính xác liên tục được cải thiện. Công nghệ hiện đại như vậy bao gồm các cảm biến phát hiện dịch hại giúp phát hiện bệnh tật và sự xuất hiện của côn trùng gây hại trên cây trồng. Về cơ bản, các cảm biến cung cấp dữ liệu thời gian thực từ trường.
Cảm biến để phát hiện côn trùng dịch hại chính xác
Nông dân có thể sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện côn trùng gây hại trên cây trồng. Những phạm vi từ nguyên tắc làm việc đơn giản đến phức tạp nhất. Một số loại cảm biến phổ biến nhất là:
- Cảm biến hình ảnh công suất thấp
Cảm biến hình ảnh công suất thấp là hệ thống giám sát tự động không dây dựa trên cảm biến hình ảnh chi phí thấp. Được đặt trong một bẫy duy nhất, cảm biến không dây định kỳ chụp ảnh nội dung của bẫy và gửi chúng từ xa đến một trạm điều khiển. Hình ảnh được gửi sau đó được sử dụng để xác định số lượng dịch hại được tìm thấy ở mỗi bẫy. Dựa trên số lượng côn trùng, nông dân có thể lập kế hoạch khi nào bắt đầu sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và ở khu vực cánh đồng nào.
Nông dân sử dụng cảm biến này để giám sát các khu vực rộng lớn với mức tiêu thụ năng lượng rất thấp. Cảm biến hình ảnh thấp mang lại nhiều lợi ích trong sản xuất trang trại. Một số trong số họ là:
- Giảm đáng kể chi phí giám sát dịch hại
- Không cần sự can thiệp của con người vào lĩnh vực này
- Áp dụng cho diện tích nhỏ và lớn
- Chi phí bảo trì thấp
- Giám sát dịch hại côn trùng theo thời gian thực
- Cảm biến âm thanh
Cảm biến âm thanh là một cảm biến phát hiện côn trùng gây hại hoạt động bằng cách theo dõi mức độ tiếng ồn của côn trùng gây hại. Làm thế nào nó hoạt động? Các nút cảm biến không dây được kết nối với một trạm cơ sở được đặt trong trường. Khi mức độ tiếng ồn của loài gây hại vượt qua ngưỡng cho phép, một bộ cảm biến sẽ truyền thông tin đó đến máy tính của phòng điều khiển, sau đó máy tính này sẽ chỉ ra chính xác khu vực có loài gây hại.
Những cảm biến này giúp phát hiện sự phá hoại ở giai đoạn rất sớm, do đó giảm đáng kể thiệt hại cho cây trồng. Đây là một công cụ tuyệt vời để giám sát các khu vực trường rộng lớn với mức tiêu thụ năng lượng rất thấp.
Sự xuất hiện của côn trùng gây hại cũng có thể được theo dõi bằng các cảm biến để đo Chỉ số diện tích lá (LAI). Sâu ăn côn trùng phá hủy lá. Điều này khiến cây mất đi chất diệp lục. Điều này dẫn đến giảm tổng diện tích lá và do đó làm giảm khả năng quang hợp của cây. Bằng cách đo chỉ số diện tích lá, cảm biến có thể xác định sự tấn công của côn trùng ở giai đoạn đầu và cảnh báo cho nông dân thực hiện các hành động thích hợp.
Cảm biến này sử dụng phép đo bức xạ và các thông số khác để tính toán chính xác chỉ số diện tích lá trong thời gian thực tại hiện trường. Loại cảm biến này cũng được sử dụng để phát hiện bệnh cây trồng.
Cảm biến phát hiện bệnh cây trồng sớm
Bệnh hại cây trồng nếu không được điều trị kịp thời và đúng cách có thể làm giảm đáng kể năng suất, gây nguy hiểm cho an ninh lương thực toàn cầu. Vì lý do này, phòng chống dịch bệnh là nhiệm vụ quan trọng nhất đối với mỗi người nông dân. Vì phát hiện sớm có thể kiểm soát dịch bệnh thành công nên nông dân sử dụng các biện pháp nông nghiệp hiện đại để bảo vệ mùa màng của họ. Các biện pháp này bao gồm các phương pháp xác định bệnh trực tiếp và gián tiếp.
Các phương pháp phát hiện trực tiếp chủ yếu là các kỹ thuật phát hiện bệnh dựa trên phòng thí nghiệm. Phổ biến nhất là phản ứng chuỗi polymerase (PCR), miễn dịch huỳnh quang (IF), lai huỳnh quang tại chỗ (FISH), xét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme (ELISA), tế bào học dòng chảy (FCM) và sắc ký khí khối phổ (GC-MS). ). Mặc dù cung cấp dữ liệu chính xác, những phương pháp này không thể được sử dụng để phát hiện bệnh trên thực địa.
Không giống như các phương pháp trực tiếp, gián tiếp được sử dụng trực tiếp trong lĩnh vực này. Dựa trên sự căng thẳng của cây trồng và mức độ biến động của cây trồng, các cảm biến phương pháp gián tiếp có thể xác định các căng thẳng sinh học và phi sinh học, cũng như các bệnh gây bệnh trên cây trồng. Đây là những cảm biến quang học, dựa trên kỹ thuật đo nhiệt độ, hình ảnh huỳnh quang và kỹ thuật siêu phổ, có thể dự đoán các bệnh thực vật.
- Phương pháp phát hiện bệnh nhiệt kế
Cảm biến nhiệt kế đo sự khác biệt về nhiệt độ bề mặt của lá và tán cây. Cảm biến thu bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt thực vật.
Nếu có mầm bệnh xâm nhiễm, nhiệt độ bề mặt cây tăng lên do giảm thoát hơi nước. Dựa trên sự thay đổi nhiệt độ, cảm biến có thể phân tích sự hiện diện của bệnh. Cảm biến đo nhiệt độ có thể phát hiện những thay đổi do bệnh trước khi nó xuất hiện.
Kiểm soát bệnh chính xác bị hạn chế do độ nhạy cao đối với sự thay đổi của điều kiện môi trường trong quá trình đo. Một vấn đề khác là phương pháp đo nhiệt độ không thể được sử dụng để xác định loại nhiễm trùng.
- Phương pháp phát hiện bệnh huỳnh quang
Các cảm biến sử dụng phương pháp huỳnh quang đo huỳnh quang diệp lục trên lá và đo ánh sáng tới và sự thay đổi các thông số huỳnh quang. Nó đo lường những thay đổi trong hoạt động quang hợp và chất diệp lục, do đó phát hiện sự hiện diện của mầm bệnh.
Mặc dù phép đo huỳnh quang cung cấp khả năng phát hiện nhạy cảm các bất thường trong quá trình quang hợp, nhưng ứng dụng thực tế của kỹ thuật này trong môi trường thực địa còn hạn chế.
- Phương pháp phát hiện bệnh Hyperspectral
Các cảm biến thực hiện phương pháp siêu quang phổ sử dụng dải quang phổ rộng, từ 350 đến 2500 nm, để đo sức khỏe của cây trồng. Chúng đo lường những thay đổi về hệ số phản xạ là kết quả của những thay đổi đặc tính sinh lý và sinh hóa trải qua khi bị nhiễm trùng. Máy ảnh siêu phổ thu thập dữ liệu theo ba chiều, với trục X và Y cho không gian và Z- cho quang phổ, do đó cung cấp thông tin chi tiết và chính xác hơn về sức khỏe thực vật. Để giám sát một khu vực trường rộng lớn, các cảm biến thường được trang bị cho một phương tiện bay không người lái (UAV).
Các cảm biến siêu quang phổ được sử dụng để phát hiện bệnh sớm cho cây trồng, do đó cho phép người nông dân bảo vệ cây trồng nhanh chóng và kịp thời.
- Phương pháp phát hiện bệnh bằng sắc ký khí
Đây là một cảm biến phi quang học được sử dụng để phát hiện bệnh cây trồng và được sử dụng để xác định các hợp chất hóa học dễ bay hơi do cây bị nhiễm bệnh tiết ra. Các mầm bệnh trên thực vật giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) đặc trưng cho từng loại mầm bệnh. Điều tương tự cũng xảy ra khi cây bị căng thẳng do hư hỏng cơ học. Về vấn đề này, các cảm biến sử dụng sắc ký khí có thể xác định chính xác loại và bản chất của nhiễm trùng.
Thiếu sót duy nhất của phương pháp này là yêu cầu lấy mẫu các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi được thu thập trước trong một thời gian dài hơn trước khi phân tích dữ liệu, điều này hạn chế nghiêm trọng ứng dụng tại hiện trường của nó.
Tương lai của cảm biến phát hiện dịch hại
Cùng với những điều đã nói ở trên, còn có nhiều cảm biến khác có thể được sử dụng để phát hiện bệnh cây trồng và côn trùng gây hại bằng cách sử dụng các tín hiệu điện, hóa học, điện hóa, quang học, từ tính hoặc rung động. Tuy nhiên, công nghệ trang trại đang hiện đại hóa nhanh chóng. Các cảm biến mới liên tục được phát triển để hỗ trợ nhận dạng dịch hại sớm dựa trên các yếu tố nhận dạng sinh học như DNA/RNA, kháng thể và enzyme.
Nhằm mục đích sản xuất đủ lương thực để nuôi sống dân số ngày càng tăng và đảm bảo một tương lai bền vững cho xã hội, người nông dân cần mọi sự giúp đỡ có thể để thu được những gì tốt nhất từ đất canh tác của họ. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các cảm biến trong sản xuất cây trồng. Biết những gì đang diễn ra trên cánh đồng vào bất kỳ thời điểm nào giúp cho việc canh tác trở nên dễ dàng hơn, đảm bảo thu hoạch và tăng sản lượng, tất cả đều có tác dụng bảo vệ môi trường.
