Китайские поля известны своими высокими технологиями и обычно считаются примером, в частности, по эффективности водопользования. Однако, ученые заявили, американское пшеничное поле недалеко от Элберты, штат Юта, является самым технически продвинутым по водосбережению пшеничным полем на Земле благодаря талантливой команде профессоров и студентов Университета Бригама Янга.
На сельскохозяйственное использование приходится 70% забора пресной воды во всем мире, и до трети этого потребления превышает возможности устойчивого водоснабжения.
Существует острая необходимость в повышении эффективности водопользования при орошении для обеспечения будущих запасов воды и продовольствия.
Прецизионное орошение направлено на значительное повышение эффективности водопользования за счет использования данных датчиков и моделирования для принятия обоснованных решений о том, где, сколько и когда поливать.
Изменения в потребностях в воде происходят не только в пространстве по полю, но и во времени: даже в течение одного и того же вегетационного периода поведение различных зон влажности может значительно меняться. Понимание этих потребностей мотивирует создание индивидуальных схем полива, которые выделяют столько воды, сколько необходимо, и тем самым избегают как недостаточного, так и избыточного полива. Неоднократно было продемонстрировано, что такие стратегии могут сократить потери оросительной воды, не жертвуя урожайностью культур, и обеспечить значительные экономические выгоды, а также экологические выгоды.
Вернемся на пшеничное поле под управлением коллектива Университета Бригама Янга. Здесь команда инженеров разместила 86 Bluetooth-устройств по всему полю площадью 50 гектаров для измерения уровня воды на каждом сантиметре поля.
Размещение такого количества датчиков на коммерческом поле является беспрецедентным и позволяет исследователям наблюдать уникальные закономерности, которые никогда ранее не фиксировались.
Каждый из этих датчиков, называемых BYU Smart Bluetooth Stakes, питается от солнечной панели размером с кредитную карту и использует два металлических штыря для измерения влажности почвы с частотой примерно каждую минуту. Система значительно точнее традиционных методов измерения водонасыщенности и предоставляет карту мест, где требуется полив.
«Мы взяли существующую технологию — это те же микрочипы, что используются в ваших Bluetooth-наушниках, — и разместили их на платформе, добавили питание от солнечной батареи, датчики для измерения влажности почвы, а затем сделали всю конструкцию водонепроницаемой и пригодной для использования на открытом воздухе, чтобы её можно было оставлять на длительное время. Они должны быть очень маленькими, достаточно низкими, чтобы по ним мог проехать фермерский трактор, и достаточно дешёвыми, чтобы мы могли производить их сотнями», — сказал аспирант и член команды Сэмюэл Крейвен. Проект является частью диссертации Крейвена и опубликован в журнале Sensors.
Умные Bluetooth-стойки устанавливаются штырями в землю и работают вместе с умным приёмником, подключённым к системе дождевания с круговым расположением. Важный вывод исследования показал, что переход на параболическую антенну умного приёмника значительно улучшил мощность и дальность сигнала. Приёмник смог более надёжно собирать данные по всему полю, особенно с удалённых стоек, увеличив дальность с 300 до 600 метров.
Достижение этой цели потребовало обширных исследований и экспериментов. Профессор электротехники и вычислительной техники Университета Бригама Янга Брайан Маццео собрал междисциплинарную исследовательскую группу студентов и преподавателей, включая профессора ботаники и дикой природы Нила Хансена и профессора географии Рут Керри, чтобы взяться за эту работу.
«Мы решили использовать Bluetooth, потому что он недорогой, легкодоступный, с широким диапазоном волн, да и вообще. Многое делает его очень привлекательным, но само исследование выходит за рамки этого. Кто-то может предложить лучшее беспроводное решение, и это нормально, но понимание необходимой плотности размещения датчиков — это критически важный вопрос, который фермеры и другие специалисты в области сельского хозяйства должны знать», — сказал Маццео.
«Мы решаем реальные, практические проблемы. Очень приятно осознавать, что мы можем решить эти проблемы, работая вместе», — отмечает Керри.
Засуха — ожидаемая проблема для сельского хозяйства на Западе США, включая пустынные земли Юты. Умные Bluetooth-колышки Университета Бригама Янга (BYU) позволяют целенаправленно использовать водные ресурсы в соответствии с потребностями фермеров и лучше справляться с засухой, сохраняя при этом высокий урожай.
Источник: Brigham Young University. Автор: Эбигейл Дегн.
На графике: система Smart Bluetooth Stake состоит из большого количества недорогих передатчиков, установленных на поле и отправляющих неподтверждённые рекламные сообщения BLE с данными датчиков. Интеллектуальный приёмник с высокочувствительной пассивной антенной, установленный на оросительной штанге, собирает передаваемые данные для создания пространственно-временных карт распределения влажности почвы. Источник: Sensors (2025), DOI: 10.3390/s25175537