மண் உணரிகள்: துல்லியமான விவசாயம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் கண்காணிப்புக்கான "நிலத்தடி கண்கள்"

1. தொழில்நுட்ப வரையறை மற்றும் முக்கிய செயல்பாடுகள்
மண் உணரி என்பது மண்ணின் சுற்றுச்சூழல் அளவுருக்களை இயற்பியல் அல்லது வேதியியல் முறைகள் மூலம் நிகழ்நேரத்தில் கண்காணிக்கும் ஒரு அறிவார்ந்த சாதனமாகும். இதன் முக்கிய கண்காணிப்பு பரிமாணங்கள் பின்வருமாறு:

நீர் கண்காணிப்பு: கன அளவு நீர் உள்ளடக்கம் (VWC), அணி ஆற்றல் (kPa)
இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள்: மின் கடத்துத்திறன் (EC), pH, REDOX திறன் (ORP)
ஊட்டச்சத்து பகுப்பாய்வு: நைட்ரஜன், பாஸ்பரஸ் மற்றும் பொட்டாசியம் (NPK) உள்ளடக்கம், கரிமப் பொருட்களின் செறிவு
வெப்ப இயக்கவியல் அளவுருக்கள்: மண் வெப்பநிலை விவரக்குறிப்பு (0-100 செ.மீ சாய்வு அளவீடு)
உயிரியல் குறிகாட்டிகள்: நுண்ணுயிர் செயல்பாடு (CO₂ சுவாச வீதம்)

இரண்டாவது, பிரதான உணர்தல் தொழில்நுட்பத்தின் பகுப்பாய்வு
ஈரப்பதம் சென்சார்
TDR வகை (நேர டொமைன் பிரதிபலிப்பு அளவீடு) : மின்காந்த அலை பரவல் நேர அளவீடு (துல்லியம் ± 1%, வரம்பு 0-100%)
FDR வகை (அதிர்வெண் டொமைன் பிரதிபலிப்பு) : மின்தேக்கி அனுமதி கண்டறிதல் (குறைந்த செலவு, வழக்கமான அளவுத்திருத்தம் தேவை)
நியூட்ரான் ஆய்வு: ஹைட்ரஜன் மிதப்படுத்தப்பட்ட நியூட்ரான் எண்ணிக்கை (ஆய்வக தர துல்லியம், கதிர்வீச்சு அனுமதி தேவை)

பல-அளவுரு கூட்டு ஆய்வு
5-இன்-1 சென்சார்: ஈரப்பதம் +EC+ வெப்பநிலை +pH+ நைட்ரஜன் (IP68 பாதுகாப்பு, உப்பு-கார அரிப்பு எதிர்ப்பு)
நிறமாலை உணரி: கரிமப் பொருளைக் கண்டறிவதற்கான அருகிலுள்ள அகச்சிவப்பு (NIR) (கண்டறிதல் வரம்பு 0.5%)

புதிய தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம்
கார்பன் நானோகுழாய் மின்முனை: EC அளவீட்டு தெளிவுத்திறன் 1μS/செ.மீ வரை
மைக்ரோஃப்ளூயடிக் சிப்: நைட்ரேட் நைட்ரஜனை விரைவாகக் கண்டறிவதை முடிக்க 30 வினாடிகள்.

மூன்றாவதாக, தொழில்துறை பயன்பாட்டு காட்சிகள் மற்றும் தரவு மதிப்பு
1. புத்திசாலித்தனமான விவசாயத்தின் துல்லியமான மேலாண்மை (அமெரிக்காவின் அயோவாவில் உள்ள சோள வயல்)

வரிசைப்படுத்தல் திட்டம்:
ஒவ்வொரு 10 ஹெக்டேருக்கும் ஒரு சுயவிவர கண்காணிப்பு நிலையம் (20/50/100 செ.மீ மூன்று நிலை)
வயர்லெஸ் நெட்வொர்க்கிங் (LoRaWAN, பரிமாற்ற தூரம் 3 கி.மீ)

புத்திசாலித்தனமான முடிவு:
நீர்ப்பாசன தூண்டுதல்: 40 செ.மீ ஆழத்தில் VWC <18% இருக்கும்போது சொட்டு நீர்ப்பாசனத்தைத் தொடங்கவும்.
மாறி உரமிடுதல்: ±20% EC மதிப்பு வேறுபாட்டின் அடிப்படையில் நைட்ரஜன் பயன்பாட்டின் மாறும் சரிசெய்தல்.

நன்மை தரவு:
நீர் சேமிப்பு 28%, நைட்ரஜன் பயன்பாட்டு விகிதம் 35% அதிகரித்துள்ளது
ஒரு ஹெக்டேருக்கு 0.8 டன் சோளம் அதிகரிப்பு.

2. பாலைவனமாக்கல் கட்டுப்பாட்டைக் கண்காணித்தல் (சஹாரா விளிம்பு சுற்றுச்சூழல் மறுசீரமைப்பு திட்டம்)

சென்சார் வரிசை:
நீர் மட்ட கண்காணிப்பு (பைசோரெசிஸ்டிவ், 0-10MPa வரம்பு)
உப்பு முன் கண்காணிப்பு (1மிமீ மின்முனை இடைவெளியுடன் கூடிய உயர் அடர்த்தி EC ஆய்வு)

முன்கூட்டிய எச்சரிக்கை மாதிரி:
பாலைவனமாக்கல் குறியீடு =0.4×(EC>4dS/m2)+0.3×(கரிமப் பொருள் <0.6%)+0.3×(நீர் உள்ளடக்கம் <5%)

நிர்வாக விளைவு:
தாவரப் பரப்பளவு 12% இலிருந்து 37% ஆக அதிகரித்தது.
மேற்பரப்பு உப்புத்தன்மையில் 62% குறைப்பு

3. புவியியல் பேரிடர் எச்சரிக்கை (ஷிசுவோகா மாகாணம், ஜப்பான் நிலச்சரிவு கண்காணிப்பு வலையமைப்பு)

கண்காணிப்பு அமைப்பு:
உள் சாய்வு: துளை நீர் அழுத்த சென்சார் (வரம்பு 0-200kPa)
மேற்பரப்பு இடப்பெயர்ச்சி: MEMS டிப்மீட்டர் (தெளிவுத்திறன் 0.001°)

ஆரம்ப எச்சரிக்கை வழிமுறை:
முக்கியமான மழைப்பொழிவு: மண் செறிவு >85% மற்றும் மணிநேர மழைப்பொழிவு >30மிமீ
இடப்பெயர்ச்சி விகிதம்: தொடர்ச்சியான 3 மணிநேரம் >5மிமீ/ம தூண்டுதல் சிவப்பு அலாரம்

செயல்படுத்தல் முடிவுகள்:
2021 ஆம் ஆண்டில் மூன்று நிலச்சரிவுகள் வெற்றிகரமாக எச்சரிக்கப்பட்டன.
அவசரகால பதிலளிப்பு நேரம் 15 நிமிடங்களாகக் குறைக்கப்பட்டது.

4. மாசுபட்ட இடங்களை சரிசெய்தல் (ஜெர்மனியின் ரூர் தொழில்துறை மண்டலத்தில் கன உலோகங்களுக்கு சிகிச்சை)

கண்டறிதல் திட்டம்:
XRF ஃப்ளோரசன்ஸ் சென்சார்: லீட்/காட்மியம்/ஆர்சனிக் இன் சிட்டு கண்டறிதல் (பிபிஎம் துல்லியம்)
REDOX சாத்தியமான சங்கிலி: உயிரியக்க மறுசீரமைப்பு செயல்முறைகளைக் கண்காணித்தல்

அறிவார்ந்த கட்டுப்பாடு:
ஆர்சனிக் செறிவு 50ppm க்கும் குறைவாக இருக்கும்போது பைட்டோரிமீடியேஷன் செயல்படுத்தப்படுகிறது.
ஆற்றல் >200mV ஆக இருக்கும்போது, எலக்ட்ரான் தானம் செய்பவரின் ஊசி நுண்ணுயிர் சிதைவை ஊக்குவிக்கிறது.

நிர்வாகத் தரவு:
ஈய மாசுபாடு 92% குறைக்கப்பட்டது
பழுதுபார்க்கும் சுழற்சி 40% குறைக்கப்பட்டது

4. தொழில்நுட்ப பரிணாம வளர்ச்சி போக்கு
மினியேட்டரைசேஷன் மற்றும் அணிவரிசை
நானோவயர் சென்சார்கள் (<100nm விட்டம்) ஒற்றை தாவர வேர் மண்டல கண்காணிப்பை செயல்படுத்துகின்றன.
நெகிழ்வான மின்னணு தோல் (300% நீட்சி) மண் சிதைவுக்கு ஏற்ப மாறுகிறது.

மல்டிமோடல் புலனுணர்வு இணைவு
ஒலி அலை மற்றும் மின் கடத்துத்திறன் மூலம் மண் அமைப்பை தலைகீழ் மாற்றுதல்
நீர் கடத்துத்திறனை அளவிடுவதற்கான வெப்ப துடிப்பு முறை (துல்லியம் ± 5%)

AI அறிவார்ந்த பகுப்பாய்வுகளை இயக்குகிறது
மாற்ற நரம்பியல் வலையமைப்புகள் மண் வகைகளை அடையாளம் காண்கின்றன (98% துல்லியம்)
டிஜிட்டல் இரட்டையர்கள் ஊட்டச்சத்து இடம்பெயர்வை உருவகப்படுத்துகிறார்கள்

5. வழக்கமான பயன்பாட்டு வழக்குகள்: வடகிழக்கு சீனாவில் கருப்பு நில பாதுகாப்பு திட்டம்
கண்காணிப்பு நெட்வொர்க்:
100,000 சென்சார்கள் செட் 5 மில்லியன் ஏக்கர் விவசாய நிலத்தை உள்ளடக்கியது.
0-50 செ.மீ மண் அடுக்கில் "ஈரப்பதம், கருவுறுதல் மற்றும் அடர்த்தி" பற்றிய 3D தரவுத்தளம் நிறுவப்பட்டது.

பாதுகாப்புக் கொள்கை:
கரிமப் பொருள் 3% க்கும் குறைவாக இருக்கும்போது, வைக்கோலை ஆழமாகத் திருப்புவது கட்டாயமாகும்.
மண் அடர்த்தி 1.35 கிராம்/செ.மீ³ க்கும் அதிகமாக இருந்தால், அது மண்ணை உறிஞ்சும் செயல்பாட்டைத் தூண்டும்.

செயல்படுத்தல் முடிவுகள்:
கருப்பு மண் அடுக்கின் இழப்பு விகிதம் 76% குறைந்துள்ளது.
ஒரு மு.க.விற்கு சோயாபீன்ஸின் சராசரி மகசூல் 21% அதிகரித்துள்ளது.
கார்பன் சேமிப்பு ஆண்டுக்கு 0.8 டன்/ஹெக்டேர் அதிகரித்துள்ளது.

முடிவுரை
"அனுபவ வேளாண்மை" முதல் "தரவு வேளாண்மை" வரை, மண் உணரிகள் மனிதர்கள் நிலத்துடன் பேசும் விதத்தை மறுவடிவமைத்து வருகின்றன. MEMS செயல்முறை மற்றும் இணையப் பொருட்கள் தொழில்நுட்பத்தின் ஆழமான ஒருங்கிணைப்புடன், மண் கண்காணிப்பு எதிர்காலத்தில் நானோ அளவிலான இடஞ்சார்ந்த தீர்மானம் மற்றும் நிமிட-நிலை நேர பதிலில் முன்னேற்றங்களை அடையும். உலகளாவிய உணவுப் பாதுகாப்பு மற்றும் சுற்றுச்சூழல் சீரழிவு போன்ற சவால்களுக்கு பதிலளிக்கும் விதமாக, இந்த ஆழமாகப் புதைக்கப்பட்ட "அமைதியான காவலாளிகள்" தொடர்ந்து முக்கிய தரவு ஆதரவை வழங்குவார்கள் மற்றும் பூமியின் மேற்பரப்பு அமைப்புகளின் அறிவார்ந்த மேலாண்மை மற்றும் கட்டுப்பாட்டை ஊக்குவிப்பார்கள்.