展示电导率与植被之间相关性的土壤示例图。图片来源：ATB

关于农业土壤的精确信息是更高效、可持续地管理土壤的关键。莱布尼茨研究所 FBH 和 ATB 的研究人员最近对现有的用于农田移动土壤测绘的传感器平台进行了升级。

通过集成创新的拉曼系统，现在车辆在移动过程中，就能在物质特异性层面实时、现场且高空间分辨率地识别土壤成分。这种方法有可能大幅减少传统土壤采样所需的时间和成本。同时，它能实现更精准的施肥，有助于推动更环保的农业实践。

为了有效管理农田，农民需要关于养分、pH 值和其他关键土壤参数的精确信息。土壤成分不仅在不同区域有所不同，在不同深度也存在差异。为实现最佳耕种，农业从业者依赖详细的地图，这些地图能准确显示农田各部分的土壤属性。

目前，这些信息是通过采集土壤样本并在实验室进行分析获得的，这是一个耗时的过程。只有在收到结果后，农民才能施用实际需要的养分。

用于快速土壤分析和精准施肥的高科技工具

最近测试的移动传感器平台开辟了新的可能性。RapidMapper 是莱布尼茨农业工程与生物经济研究所（ATB）开发的用于土壤测绘的高科技平台，它通过费迪南德 - 布劳恩研究所（FBH）的一项技术解决方案得到了升级。

作为由 ATB 牵头的 “土壤智能”（I4S）项目的一部分，FBH 的研究人员开发了一种用于现场土壤分析的便携式拉曼测量系统。该系统能够快速、高分辨率地检测土壤的分子组成。它采用了移位激发拉曼差分光谱法（SERDS），该方法基于 FBH 专门研发的双波长 Y 型二极管激光器。这种方法能有效将拉曼信号与环境光或荧光等干扰因素区分开来。

新型 SERDS 系统被集成到 ATB 的 RapidMapper 中，并在初步田间试验中成功应用。FBH 激光传感器实验室主任马丁・迈瓦尔德博士与该研究所的内部原型工程实验室共同开发了这个系统，他解释说：“通过将拉曼传感器头集成到现有的探头中，并在行进过程中将其放入表层土壤，首次实现了在移动状态下利用 SERDS 检测 5 到 10 厘米深度的土壤成分。”

FBH 还开发了专用软件来控制系统，并持续记录测量数据 —— 拉曼光谱以及相应的 GPS 坐标。

传统的土壤采样需要从多个地点采集样本并送到实验室进行分析。未来，传感器系统可以直接在田间完成这一过程，比传统的样本检测更快、更高效且成本更低。

ATB 的农业科学家罗宾・格伯斯博士表示，SERDS 模块为 RapidMapper 的功能增添了重要参数：“到目前为止，我们的研究平台可以获取 pH 值、腐殖质含量和土壤质地信息。通过新集成的 SERDS 光谱技术，我们旨在获得更多见解，例如了解土壤中的碳酸盐和各种有机物质。”

格伯斯博士对此持乐观态度：“首次试运行是向前迈出的一大步。在我们数字农业田间实验室的土壤测试轨道上，我们已经证明了在移动平台上进行土壤的 SERDS 测量是可行的。” 目前，此次测试中收集的数据正在评估中。

“土壤智能”（I4S）项目的合作伙伴已经在致力于下一个目标：开发一个集成系统，以便在田间直接实现对土壤肥力的优化和环境可持续管理。这将使农田测绘比以往更加全面。这些开发成果面向广泛的用户，包括农业服务提供商、农民、机械制造商以及其他依赖详细土壤数据的群体。

由费迪南德 - 布劳恩研究所（Ferdinand - Braun - Institut gGmbH），莱布尼茨高频技术研究所提供