测量各种基本土壤特性的传感器正在开发中。这些传感器既可用于实时控制可变速率应用设备，也可与全球定位系统(GPS)结合，生成特定土壤特性的实地地图。每英亩的测点数量取决于通道之间的间距、行进速度、采样和/或测量频率;然而，在大多数情况下，它远远大于手工网格采样的密度。映射的成本通常也会降低。
测量土壤特性
在思考理想的精密农业系统时，生产商可视化与地面直接接触的传感器，或接近地面，并连接到“黑匣子”，该“黑匣子”分析传感器响应，处理数据，并瞬间改变申请率。他们还希望传感器检测到并用于规定申请率的实时信息将优化生产投入的整体经济或农艺效果。然而，这种方法没有考虑到“现实世界”遇到的几个困难：
- 大多数传感器和应用控制器需要一定的时间来测量、集成和/或调整，这降低了允许的操作速度或测量密度。
- 变量肥料和农药施用者可能需要额外的信息(如产量潜力)来开发处方算法(方程组)。
- 目前，还没有一种被证明对作物生产中涉及的所有变量都最有利的特定地点管理处方算法。
由于能够收集和分析数据，使处方，并以两个或更多步骤开展可变速率应用，而不是使用控制器的基于地图的方法，而不是使用控制器，基于地图的方法可以更加理想地更为希望。在这种情况下，可以使用旨在管理和处理空间数据的地理信息系统（GIS）软件包将包括产生映射，数字高度模型（DEM）和各种类型的图像包括产生映射，数字高度模型（DEM）和各种类型的图像。可以使用涉及几个数据源以及个人体验的算法开发处方地图。
用于自动测量的传感器
科学家和设备制造商正在尝试修改现有的实验室方法或开发可允许允许的土壤映射的间接测量技术。迄今为止，只有几种类型的传感器已经调查，包括：
- 电磁
- 光学
- 机械
- 电化学
- 空气流动
- 声
电磁传感器使用电路来测量土壤颗粒导电或积聚电荷的能力。当使用这些传感器时，土壤成为电磁电路的一部分，而当地条件的变化会立即影响数据记录器记录的信号。市面上有几种这样的传感器:
- 绘制电导率(Veris®3100,Veris Technologies, Salina, Kansas)
- 绘制瞬变电磁响应图(EM-38,Geonics Limited, Mississauga, Ontario, Canada)
- 使用电响应实时调整可变速率应用(Soil Doctor®系统，Crop Technology, Inc, Bandera, Texas)
大多数情况下，电磁土壤性质受土壤质地，盐度，有机物和水分含量的影响。在一些情况下，可以使用这些传感器预测其他土壤性质，例如残留的硝酸盐或土壤pH。近年来已经观察到用于施加电磁传感器的几种方法。
光学传感器利用光的反射率来表征土壤。这些传感器可以模拟人眼观察土壤，并测量近红外、中红外或偏振光反射。车载光学传感器使用与遥感相同的原理技术。到目前为止，各种商业供应商提供遥感服务，允许使用卫星或飞机平台测量裸露土壤的反射率。成本、时间、云层和大量植物残留覆盖是限制使用这些平台的裸地图像的主要问题。
近距离，地下，车辆的光学传感器具有类似于电磁传感器的方式使用的潜力，并且可以提供有关单个数据点的更多信息，因为可以在多于一部分中容易地测量反射率。一次光谱。几位研究人员已经开发了光学传感器，以预测粘土，有机物和水分含量。
机械传感器可用于估计土壤机械阻力（通常与压实相关）。这些传感器使用渗透或切割土壤的机制并记录通过应变计或称重传感器测量的力。几位研究人员开发了原型，表明持续绘制土壤抵抗力的可行性;但是，这些设备都没有商业上可用。拖拉机上的传感器或“牵引力控制”系统使用类似的技术来控制The The The The The The The The The The The The The Pitt。
电化学传感器可以提供精密农业 - 土壤营养水平和pH所需的最重要信息。当土壤样品被送到土壤测试实验室时，进行一组标准化的实验室程序。这些程序涉及样品制备和测量。使用离子选择性电极（具有玻璃或聚合物膜或离子敏感场效应晶体管）进行一些测量（尤其是pH）。这些电极检测特定离子的活性（在pH）中的特定离子（硝酸钾或氢）。一些研究人员正试图调整现有的土壤准备和测量程序，基本上正在进行实验室测试。获得的值可能不如实验室测试那样准确，但高采样密度可以增加所得土壤营养素或pH图的总体精度。
气流传感器用于测量土壤的空气渗透性。将给定体积的空气在固定深度注入土壤所需的压力与几种土壤特性进行了比较。实验显示了区分不同土壤类型、水分水平和土壤结构/压实度的潜力。
声学传感器研究了通过测量工具与土壤颗粒相互作用引起的噪声水平的变化来确定土壤质地。低信噪比不允许这种技术的发展。
传感器数据的使用
虽然各种基于车辆的土壤传感器正在开发中，但只有电磁传感器在商业上可用并得到广泛应用。理想情况下，生产商希望操作为现有处方算法提供输入的传感器。相反，商业上可用的传感器提供电导率(EC)等测量数据，但不能直接使用，因为其绝对值取决于土壤的一些物理和化学特性，如质地、有机质、盐度、水分含量等。另外，电磁传感器提供关于土壤差异和相似性的有价值的信息，这使得有可能将土壤划分为较小和相对一致的区域，称为管理区域。
例如，这样的区域可以根据田野中不同的土壤类型来确定。事实上，电导率图通常比土壤调查图(用于农村财产税评估)更能揭示某些土壤类型的边界。不同的异常，如被侵蚀的山坡或池塘也可以很容易地在电导率图上识别。下图比较了同一区域的土壤测量和电导率图，显示了边界的一些差异。
产量图也经常与电导率图相关，如下所示。在许多情况下，这种相似性可以通过土壤的不同来解释。一般来说，电导率图可能表明需要进一步勘探以解释产率差异的区域。产量潜力图和养分有效性图可能具有与土壤质地图和/或有机质含量图相似的模式。通常这些模式也可以通过电导率图显示出来。
因此，使用实时测绘的土壤电磁特性作为一层数据来发现一个区域内土壤的异质性(差异)似乎是合理的(类似于使用裸土图像)。电导率相似且产量相对稳定的区域可以根据电导率图上的区域中较少的土壤样本进行统一处理。
由于开发了新的On-The-Go-Go的土壤传感器，可以在经济地应用于不同的实时和地图的可变率土壤处理，以降低每个管理区内土壤变异性的影响。
总结
需要更精确的土壤属性图来成功地实施特定地点的管理决策。取样密度不足和常规土壤取样分析成本高是制约因素。车载土壤传感器是一种替代方案，既可以提高土壤图的质量，又可以降低土壤图的成本。如果进一步开发，实时土壤传感器可用于实时或基于地图的农业投入控制。到目前为止，商业上只有绘制土壤电磁特性的系统可用。这些地图可用于确定管理区域，反映出土壤性质的明显趋势。可以对每个区域进行取样和独立处理。当新的移动土壤传感器被开发和商业化时，更小的管理区域将是可行的。
内布拉斯加州大学的研究人员继续研究基于车辆的土壤传感器，它可以用于研究和商业应用。传感器可以提高土壤图的质量，降低成本，并有助于决策过程。
有关更多信息，请参阅UNL扩展通告车载土壤传感器- EC 178（181 kB; 4页）
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