来源:Sensors 发布时间:2022/1/21 22:22:30
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Sensors:智慧传感,提高土壤生产力 | MDPI 编辑荐读

期刊:Sensors

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良好的土壤管理具有重要的经济和社会意义,目前迫切需要提高人们对有限土壤资源的认识并提高其可持续性。本期推文精选了近期发表在Sensors期刊上有关土壤监测等主题的五篇优秀文章,欢迎大家阅读。

1.Review of Novel and Emerging Proximal Soil Moisture Sensors for Use in Agriculture

农用新型近端土壤水分传感器综述

Marcus Hardie

DOI:10.3390/s20236934

高量程张力计 (HCT) 示意图。Mendes, J.; Gallipoli, D. Comparison of high capacity tensiometer designs for long-term suction measurements. Phys. Chem. Earth 2020, 115, 102831.

目前只有少量传感器可以对农用土壤的水分进行测量,但其应用受到样本量小、成本高、测量中需要与土壤密切接触及在盐渍土和多石土中性能不佳等因素的限制。此综述对大量新型土壤水分传感器及其在农业中的应用进行了总结,并发现在过去的二十年中,土壤水分传感器的技术改进主要局限于频域反射方法,而新兴的测量土壤水分的方法则主要包括主动加热光纤 (AHFO) 传感器、高量程张力计、声学/无线电/地震收发器组合方法、微波法、射频识别技术 (RFID)、水凝胶和震电测量方法。然而,由于大多数新兴技术还处于早期发展阶段,这些技术在土壤水分监测中的应用评估还较少。

2.Laboratory Calibration and Performance Evaluation of Low-Cost Capacitive and Very Low-Cost Resistive Soil Moisture Sensors

低成本电容式及电阻式土壤湿度传感器的实验室标定和性能评估

Soham Adla et al.

DOI:10.3390/s20020363

不同土壤湿度传感器 (SMEC300、SM100、YL69、YL100) 在 4 种不同土壤 (对应于四个象限) 中的准确度 (主要和次要) 和精度。

土壤体积含水量 (VWC) 是研究生态水文和环境过程的重要参数,高性价比的VWC传感器可以通过完善灌溉技术以促进可持续农业的发展,而市售VWC传感器的成本和性能具有较大的差异。目前,对具有较大成本差异的VWC传感器进行表征和测试的实验室研究还存在一定的空白。在此背景下,对Spectrum Technologies Inc. (Aurora, IL, USA) 制造出的两种低成本的电容式传感器 (SMEC300和SM100) 以及两种极低成本的电阻式传感器 (YL100和YL6) 在不同的土壤中进行了实验室校准和测试,以评估其对温度和盐度变化的敏感度。此外,还对两种电容式传感器在已知介电常数的液体中进行了性能测试,并与制造商提供的校准方程进行了比较,实验结果表明传感器的精度在很大程度上取决于其成本,而其他性能则与成本无太大关系。电容式传感器比电阻式传感器能更加精确地反映出温度和盐度条件的变化。本研究可以有效评估低成本传感器对土壤水分的测量有效性,对设计高效的灌溉系统具有一定的参考意义。

3.Characterization of Low-Cost Capacitive Soil Moisture Sensors for IoT Networks

物联网中的低成本电容式土壤水分传感器的特性研究

Pisana Placidi et al.

DOI:10.3390/s20123585

电容式传感器工作原理。

物联网 (Internet of Things) 的快速发展和广泛应用推动了温室技术和农业技术的自动化和信息化进程,其中土壤水分的实验特性测定在农学、土壤物理、地质学、水力学和土壤力学等科学领域中具有重要的意义。本文对一种商用式低成本共面电容式土壤水分传感器的实验特性进行了研究,该传感器可安装在物联网行业应用的分布式节点中。研究结果表明对于具有恒定固体物质体积比的土壤,这种类型的电容式传感器的输出电压与土壤重量含水率之间具有一定的关系。

4.Monitoring Soil Moisture Dynamics Using Electrical Resistivity Tomography under Homogeneous Field Conditions

均匀场条件下电阻率层析成像对土壤水分的动态监测

Steven M. de Jong et al.

DOI:10.3390/s20185313

电阻率层析成像 (ERT) 传感器设置图。

在稳定的实验条件下,电阻率通常与土壤水分含量具有一定的相关性,而在复杂的室外环境中,两者之间的相关性往往较弱,且呈现出复杂多变的特征。因此,本研究设计了一个环境可控的室外实验,评价了电阻率层析成像 (ERT) 对土壤水分为期67天的动态监测效果。结果发现ERT值在三个不同日期与五个深度的土壤湿度样品的重量均具有一定的相关性,相关系数为0.43 ~ 0.73,其中土壤深度为90 cm时相关系数最高。对电阻率随时间变化的模式 (时移ERT) 进行了分析,发现其与降雨模式相关。尽管重复的ERT测量结果显示出了较低的噪声水平,但一些人为因素和动力学现象可能会对均匀场条件下的土壤剖面电阻率随时间变化的模式产生影响。本研究表明在基于探针或样本的土壤水分检测方法不具备重复性或可及性时,ERT方法可以用于土壤水分的动态监测。

5.Is Standardization Necessary for Sharing of a Large Mid-Infrared Soil Spectral Library?

研究大型中红外土壤光谱库的共享是否需要标准化

Shree R. S. Dangal and Jonathan Sanderman

DOI:10.3390/s20236729

经过PDS校准的土壤光谱。

近年来,有关反射率土壤光谱学的实验研究大多基于现有的大型土壤光谱库,而使用另一个实验室开发的中红外 (MIR) 光谱库则需要考虑到在不同的环境条件下每个波长的信号强度具有的固有差异。在此背景下,本研究将基于美国农业部NSSC-KSSL实验室的MIR光谱库 (n=56155) 建立的预测模型应用在欧洲和美国的土壤数据集上,以评估在预测碳循环相关土壤特性 (容积密度、CaCO3、有机碳、粘土和pH值) 之前使用分段直接标准化 (PDS) 方法在光谱转换中进行校准的必要性。随后,对经过PDS校准后的预测模型性能进行了测试,发现对于两种数据集,PDS改善了模型对大多数土壤性质的预测效果,这说明使用PDS或其他校准技术在光谱转换中进行校准可以获得较为精确的预测结果。本研究对于基于现有光谱库进行试验的科研人员具有一定的启示作用。

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1. Proximal Soil Sensors in Precision Agriculture

Edited by Asim Biswas

Submission Deadline: 20 April 2022

https://www.mdpi.com/journal/sensors/special_issues/soil_precision_agriculture

2. Proximal and Remote Soil Sensing Technologies for Multiscale Soil Investigation II

Edited by Triven Koganti, Ellen Van De Vijver, Maria Knadel, Bo Vangsø Iversen, Barry J. Allred and John Triantifilis

Submission Deadline: 30 September 2022

https://www.mdpi.com/journal/sensors/special_issues/proximal_remote_soil_sensing_II

期刊介绍

主要刊载传感器科学和技术研究领域的学术文章。在JCR Instruments & Instrumentation学科分类中排名居Q1 (14/64),在 Scopus Physics and Astronomy: Instrumentation 学科分类中排名居Q1 (13/128)。

2020 Impact Factor

3.576

2020 CiteScore

5.8

Time to First Decision

15.1 Days

Time to Publication

40 Days

 

 

 
 
 
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