Датчики на листьях могут подсказать фермерам, когда поливать урожай

Сенсоры на основе растений, измеряющие толщину и электрическую емкость листьев, демонстрируют большой потенциал для точного определения времени полива. Это позволяет предотвратить как перерасход воды, так и обезвоживание растений, как показали исследователи из Колледжа сельскохозяйственных наук Университета Пенсильвании.

Непрерывный мониторинг водного стресса растений особенно важен в засушливых регионах. Традиционно для этого измеряли влажность почвы или использовали модели эвапотранспирации. Однако новая технология, точнее определяющая потребность растений в воде, может значительно повысить эффективность водопользования. В данном исследовании, опубликованном в Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Engineers, ведущий исследователь Амин Афзал впервые интегрировал в один датчик на листе возможность одновременного измерения его толщины и электрической емкости.

Эксперимент длился 11 дней на томатном растении в камере роста. Датчики установили на шести случайно выбранных листьях, избегая основных жилок и краев. Измерения показали, что суточные изменения толщины листа были незначительными, пока влажность почвы была выше точки увядания, и становились заметнее ниже этой точки. Электрическая емкость листа, отражающая его способность накапливать заряд, резко возрастала в световые периоды, что указывает на связь с фотосинтезом. Эти суточные колебания емкости уменьшались при водном стрессе и полностью прекращались при влажности почвы ниже 11%.

«Толщина листа похожа на воздушный шар — она увеличивается при гидратации и уменьшается при водном стрессе, — пояснил Афзал. — Анализ изменений толщины и емкости листа указывает на водный статус растения». Ученый видит конечную цель в создании системы, где беспроводные датчики-зажимы на листьях будут передавать данные на центральный блок, который в реальном времени управляет системой орошения. «В конечном итоге всеми деталями можно будет управлять с помощью приложения для смартфона», — добавил он.

Технология Афзала, по словам его научного руководителя Сйёрда Дейкера, очень перспективна, поскольку современные методы определения потребности в поливе довольно грубы, а его сенсоры работают напрямую с растительной тканью. «Я считаю, что эти датчики могут значительно повысить эффективность использования воды, что крайне важно, учитывая, что на сельское хозяйство приходится около 70% мирового потребления пресной воды», — отметил Дейкер. В последующих исследованиях Афзал уже подтвердил эти результаты в теплице и работает над алгоритмом для преобразования данных с датчиков в конкретную информацию о водном статусе растений.