据麦姆斯咨询报道，近期，英国帝国理工学院的研究团队开发了一项新型智能传感技术，可以帮助农民更有效地使用化肥并减少环境污染。
该项研究成果已在 Nature Food 发表，论文指出，利用该新型传感技术可以帮助农民分析天气和土壤因素，以计算出农作物的最佳施肥时间及施肥量。这将有效改善由于过度施肥而造成的浪费及环境污染，过度施肥会导致温室气体一氧化二氮（N₂O）的释放并污染土壤和水路。
据统计，过去50年氮肥的使用量增加了600%。迄今为止，因过度施肥已导致全球12%的曾经可耕种土地无法使用。
然而，农民很难精确地调整化肥用量：施肥过多，有破坏环境和浪费金钱的风险；施肥太少，则可能面临农作物欠收的风险。
该项目研究团队表示，这种新型传感技术可以为环境和农民带来诸多好处。
基于该技术的一款新型传感器——纸基电化学气体传感器（chemPEGS），可以测量土壤中铵的含量——铵会被土壤中的微生物转化为亚硝酸盐和硝酸盐。利用机器学习人工智能（AI）技术，该传感器可将天气数据、施肥时间、pH值和土壤电导率测量值相结合，根据这些数据来预测土壤当前的总氮含量以及未来12天内的总氮含量，从而推断出最佳施肥时间。
该技术展示了如何利用新型低成本解决方案帮助农民以最少的肥料实现最大的产量，尤其是针对小麦这样的肥料高需求农作物，既能减少农民的支出，又可以减轻氮肥（最广泛使用的一种肥料）对环境的危害。
该技术的共同开发者，帝国理工学院生物工程系首席研究员Max Grell博士说：“从环境和经济角度而言，过度施肥所产生的问题，无论怎么强调都不为过。对于农民来说，由于过度施肥而导致的产量和收入下降，他们自身并没有办法去解决。”
“我们的技术可以解决这些问题，它能够帮助农民了解当前土壤中氨和硝酸盐的含量，并可根据天气情况预测未来会产生多少氨和硝酸盐。这可以使他们根据土壤和农作物的具体需求对施肥量和时间进行微调。”
氮污染
过量的氮肥会向空气中释放N₂O，这是一种比二氧化碳（CO₂）强300倍的温室气体，会导致气候危机。过量的肥料也会被雨水冲进水路，从而剥夺水生生物的氧气，导致藻类大量繁殖并降低生物多样性。
然而，要根据土壤和农作物的需求精确调整施肥水平并不容易。此类测试并不多，目前测量土壤氮含量的方法是将土壤样本送到实验室——这个过程漫长而昂贵，当农民获得检测结果时，已没有太高参考价值了。
帝国理工学院开发的这项新型低成本的技术可以加快土壤检测过程。虽然chemPEGS只检测铵，但通过机器学习算法，它能够预测土壤中当前硝酸盐的含量，以及未来硝酸盐和铵的含量。
该项目的负责人、帝国理工学院生物工程系首席研究员Firat Guder博士说：“我们的大部分食物都来自土壤——一种不可再生的资源，如果我们不好好保护它，就会失去它。此外，农业氮污染也给地球带来了危机，我们希望通过精准农业来帮忙解决这个危机。”
“我们的传感技术可以实现高精准度地测量和预测土壤氮含量，同时预测天气对施肥计划的影响，以便调整农作物施肥时间，我们希望通过该办法减少过度施肥，同时提高农作物产量和农民的利润。”Firat Guder博士继续说道。
该研究团队预计，随着测试和制造标准化程度的提高，当前还处于原型阶段的chemPEGS和相关AI技术，未来三到五年内将有望实现商业化。
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延伸阅读：
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