- 高效土壤分析 —— 為可持續農業升級傳感器平臺
- 來源：Petra Immerz，費迪南德 - 布勞恩研究所（Ferdinand - Braun - Institut gGmbH），萊布尼茨高頻技術研究所 發表于 2025/4/14
展示電導率與植被之間相關性的土壤示例圖。圖片來源：ATB
關于農業土壤的精確信息是更高效、可持續地管理土壤的關鍵。萊布尼茨研究所 FBH 和 ATB 的研究人員最近對現有的用于農田移動土壤測繪的傳感器平臺進行了升級。
通過集成創新的拉曼系統，現在車輛在移動過程中，就能在物質特異性層面實時、現場且高空間分辨率地識別土壤成分。這種方法有可能大幅減少傳統土壤采樣所需的時間和成本。同時，它能實現更精準的施肥，有助于推動更環保的農業實踐。
為了有效管理農田，農民需要關于養分、pH 值和其他關鍵土壤參數的精確信息。土壤成分不僅在不同區域有所不同，在不同深度也存在差異。為實現最佳耕種，農業從業者依賴詳細的地圖，這些地圖能準確顯示農田各部分的土壤屬性。
目前，這些信息是通過采集土壤樣本并在實驗室進行分析獲得的，這是一個耗時的過程。只有在收到結果后，農民才能施用實際需要的養分。
用于快速土壤分析和精準施肥的高科技工具
最近測試的移動傳感器平臺開辟了新的可能性。RapidMapper 是萊布尼茨農業工程與生物經濟研究所（ATB）開發的用于土壤測繪的高科技平臺，它通過費迪南德 - 布勞恩研究所（FBH）的一項技術解決方案得到了升級。
作為由 ATB 牽頭的 “土壤智能”（I4S）項目的一部分，FBH 的研究人員開發了一種用于現場土壤分析的便攜式拉曼測量系統。該系統能夠快速、高分辨率地檢測土壤的分子組成。它采用了移位激發拉曼差分光譜法（SERDS），該方法基于 FBH 專門研發的雙波長 Y 型二極管激光器。這種方法能有效將拉曼信號與環境光或熒光等干擾因素區分開來。
新型 SERDS 系統被集成到 ATB 的 RapidMapper 中，并在初步田間試驗中成功應用。FBH 激光傳感器實驗室主任馬丁・邁瓦爾德博士與該研究所的內部原型工程實驗室共同開發了這個系統，他解釋說：“通過將拉曼傳感器頭集成到現有的探頭中，并在行進過程中將其放入表層土壤，首次實現了在移動狀態下利用 SERDS 檢測 5 到 10 厘米深度的土壤成分。”
FBH 還開發了專用軟件來控制系統，并持續記錄測量數據 —— 拉曼光譜以及相應的 GPS 坐標。
傳統的土壤采樣需要從多個地點采集樣本并送到實驗室進行分析。未來，傳感器系統可以直接在田間完成這一過程，比傳統的樣本檢測更快、更高效且成本更低。
ATB 的農業科學家羅賓・格伯斯博士表示，SERDS 模塊為 RapidMapper 的功能增添了重要參數：“到目前為止，我們的研究平臺可以獲取 pH 值、腐殖質含量和土壤質地信息。通過新集成的 SERDS 光譜技術，我們旨在獲得更多見解，例如了解土壤中的碳酸鹽和各種有機物質。”
格伯斯博士對此持樂觀態度：“首次試運行是向前邁出的一大步。在我們數字農業田間實驗室的土壤測試軌道上，我們已經證明了在移動平臺上進行土壤的 SERDS 測量是可行的。” 目前，此次測試中收集的數據正在評估中。
“土壤智能”（I4S）項目的合作伙伴已經在致力于下一個目標：開發一個集成系統，以便在田間直接實現對土壤肥力的優化和環境可持續管理。這將使農田測繪比以往更加全面。這些開發成果面向廣泛的用戶，包括農業服務提供商、農民、機械制造商以及其他依賴詳細土壤數據的群體。
由費迪南德 - 布勞恩研究所（Ferdinand - Braun - Institut gGmbH），萊布尼茨高頻技術研究所提供
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