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(yè)土壤的精確信息是更高效、可持續(xù)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(xiàn)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(chuàng)新的拉曼系統(tǒng)，現(xiàn)在車輛在移動過程中，就能在物質特異性層面實時、現(xiàn)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(tǒng)土壤采樣所需的時間和成本。同時，它能實現(xiàn)更精準的施肥，有助于推動更環(huán)保的農業(yè)實踐。

為了有效管理農田，農民需要關于養(yǎng)分、pH 值和其他關鍵土壤參數(shù)的精確信息。土壤成分不僅在不同區(qū)域有所不同，在不同深度也存在差異。為實現(xiàn)最佳耕種，農業(yè)從業(yè)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(yǎng)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(yè)工程與生物經濟研究所（ATB）開發(fā)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，F(xiàn)BH 的研究人員開發(fā)了一種用于現(xiàn)場土壤分析的便攜式拉曼測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(fā)拉曼差分光譜法（SERDS），該方法基于 FBH 專門研發(fā)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(huán)境光或熒光等干擾因素區(qū)分開來。

新型 SERDS 系統(tǒng)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(fā)了這個系統(tǒng)，他解釋說：“通過將拉曼傳感器頭集成到現(xiàn)有的探頭中，并在行進過程中將其放入表層土壤，首次實現(xiàn)了在移動狀態(tài)下利用 SERDS 檢測 5 到 10 厘米深度的土壤成分�！�

FBH 還開發(fā)了專用軟件來控制系統(tǒng)，并持續(xù)記錄測量數(shù)據(jù) —— 拉曼光譜以及相應的 GPS 坐標。

傳統(tǒng)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(tǒng)可以直接在田間完成這一過程，比傳統(tǒng)的樣本檢測更快、更高效且成本更低。

ATB 的農業(yè)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(shù)：“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(tài)度：“首次試運行是向前邁出的一大步。在我們數(shù)字農業(yè)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(shù)據(jù)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(fā)一個集成系統(tǒng)，以便在田間直接實現(xiàn)對土壤肥力的優(yōu)化和環(huán)境可持續(xù)管理。這將使農田測繪比以往更加全面。這些開發(fā)成果面向廣泛的用戶，包括農業(yè)服務提供商、農民、機械制造商以及其他依賴詳細土壤數(shù)據(jù)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