土壤传感器和二氧化碳传感器有助于实现可持续发展目标

绿色基础设施08 8月 2025

在晴朗的天空下，一辆拖拉机正在大片新翻的田地里作业。画面捕捉到了车辆穿过泥土时扬起的尘土。

面对当前气候变化和资源枯竭的挑战，持续发展已成为全球优先事项。智能传感技术在推动可持续农业和环境保护方面发挥着关键作用，土壤传感器和CO₂传感器受到越来越多的关注。通过为土壤湿度、养分含量和大气CO₂水平提供实时监测，这些传感器优化灌溉和施肥策略，提高作物产量和资源效率，促进气候行动和可持续土地使用。本文探讨了这两种类型的传感器在实现可持续发展目标方面提供的实际利益，以及村田提供的解决方案。

土壤传感器有助于检测土壤盐分损害

全球变暖引起的气候变化导致气温和海平面上升，导致全球范围内干旱增多和强降雨相关的损害。世界各地的海洋和陆地正遭受各种不利影响。其中，对农田土壤的负面影响——如植物生长受阻——对食品供应稳定性构成严重威胁。为了实现可持续农业，必须采取及时措施来处理受影响的土壤。

目前，因强降雨引起的水灾常与全球变暖有关。相反，由于气候变化，一些地区的降雨量减少，导致土壤盐碱化积累和作物受损。在干旱地区，地下水上升到地表并蒸发的量超过降雨量。因此，地下水中的盐分在地表附近积累（盐积累），这可能导致作物受损。不当灌溉也可能导致土壤盐碱化。此外，海啸引发的海水淹没是增加土壤盐碱化的另一个原因。

盐度损害对作物的主要影响包括：

渗透应激： 土壤溶液中高盐浓度使植物很难吸收水分，即使土壤湿度充足也会导致水分不足。这会减少植物的整体生长并导致枯萎。
离子毒性： 过量的钠离子（Na⁺）和氯离子（Cl⁻）可以在植物组织中积累，变得有毒并破坏细胞功能。这可能损害根和叶，导致叶灼伤、坏死和过早落叶。
营养失衡: 盐干扰了钾、钙和镁等必需营养素的吸收。这种失衡可能削弱植物，减少光合作用，并影响代谢过程。
萌发减少和幼苗生长：高盐度会抑制种子萌发并减缓幼苗发育，导致作物建立不良。
产量和质量下降： 盐胁迫通常会导致生长不良、开花结果减少以及整体作物产量下降。由于生理胁迫，农产品的质量也可能下降。
土壤结构退化： 盐分积累会导致土壤颗粒分散，从而削弱通气性和水渗透性，这进一步给植物造成压力。

为了监测农田盐碱度的时间变化，可以部署土壤传感器。通过将土壤传感器嵌入田地并使用无线通信，可以在整个生长季节持续收集数据。这些传感器同时测量地温、电导率（EC）和温度。由于较高的盐含量会增加电导率，EC 值作为盐碱度水平的指标，使持续观察变化成为可能。

高质量土壤传感器实现土壤状况可视化

土壤传感器旨在对农业中的土壤和水的状况进行连续监测和可视化。Murata 的土壤传感器将三个传感器集成到一个封装中，允许同时测量土壤或水中的电导率（EC）、湿度（体积含水量，VWC）和温度。专有的9电极EC传感器采用多种测量模式和独特算法来消除与土壤相关的不确定性。

Murata 的土壤传感器配备 9 电极 EC 传感器和专有算法，能够精确测量孔隙水电导率和肥料水平。EC 测量受土壤特性、空气、湿度和离子的影响，但 Murata 的 EC 传感器通过多种测量模式和可调电阻范围（电池常数）减小了这些不确定性。高精度湿度传感器补偿温度依赖性并抑制离子干扰。凭借 IP68 级别的坚固结构和耐腐蚀设计，该传感器能够在恶劣的室外环境中使用。其专有技术还支持在岩棉和椰糠等人工生长介质中的测量。

Murata 的土壤传感器利用独特的算法专门测量肥料含量。土壤由三个组成部分构成：土壤颗粒、空气和孔隙水。传统的传感器由于电极较少，往往因湿度干扰而难以做到准确测量。然而，Murata 的传感器采用专门的算法来隔离肥料的测量，防止过度施肥和因过量使用化学品而导致的土壤/水污染。

这些传感器还集成了高精度湿度传感器，可校正温度依赖性并最小化离子干扰。自动灌溉和施肥系统常常面临与温度相关的挑战，而基于介电的传感器可能会受到离子诱导的介电常数变化的影响。Murata的专有算法和高频测量能有效地解决这些问题。

Murata的土壤传感器提供简便而多功能的接口，将EC、湿度和温度传感器集成到一个紧凑的设计中。产品系列包括五个系列：RS232E (SLT5005)、UART (SLT5006)、RS485 (SLT5007)、SDI-12 (SLT5008) 和 RS485MODBUS (SLT5009)。

村田的土壤传感器专为耐用性而设计，能够承受户外条件。由于它们长期部署在土壤和水中，传感器必须坚固耐用且防腐蚀。村田的设计具有坚固的外壳，并拥有IP68级防尘防水保护。低电压操作和防腐蚀材料确保长期可靠性。安装简单 - 只需将传感器埋入土壤中，即可在任何环境中立即使用。

村田的土壤传感器的主要应用包括农业中对土壤温度、盐度、水分和肥料水平的长期监测，以及灌溉系统控制。它们还用于河流、湖泊和水产养殖池的水质监测，以及土壤和水研究。

CO₂浓度监测确保安全并促进作物生长

CO₂（二氧化碳）在室温下是一种无色无味的气体，通过人类和动物呼吸以及有机物燃烧释放到空气中，并通过光合作用被植物吸收。全球变暖主要归因于温室气体的增加，如CO₂、甲烷、氧化亚氮和氟烃，而CO₂是最重要的因素。减少CO₂的排放对缓解全球变暖和保护生态系统至关重要。

CO₂浓度也会影响人类健康。虽然CO₂用于干冰和灭火器，但不当使用导致高大气浓度可能会引起CO₂中毒。为确保适当通风，建议室内CO₂水平应低于1,000 ppm。在家庭和办公室等拥挤空间中，频繁通风至关重要。CO₂传感器，特别是NDIR（非分散红外）类型，非常有效，用于精确监测和管理。

在农业中，CO₂监测同样重要。植物在光合作用中消耗CO₂，而封闭的温室往往面临CO₂缺乏。使用CO₂发生器和传感器来调节温室中的CO₂水平可以提高作物生长、产量和质量。

CO₂传感器的可靠性因应用而异。在农业中，传感器必须能够承受高温、高湿环境、冷凝，甚至是为了预防疾病而进行的硫磺熏蒸——这些都是对于电子设备来说非常恶劣的条件。

CO₂传感器具有多种应用，包括促进农业中的光合作用、管理建筑中的HVAC系统、监测车内空气质量和检测制冷剂泄漏。传感器的选择取决于精度、可靠性、环境抵抗力、免维护操作、尺寸、价格和输出接口要求。一些应用优先考虑小型化和经济性，而另一些则要求长期的精度和耐用性，无需校准。

用于智能农业和温室的CO₂传感器

Murata 提供用于智能农业和温室的 CO₂ 传感器（IMG-CA0012-00）。这些传感器提供长期稳定性、高测量精度和低维护。它们出色的温度性能使其非常适合日间波动显著且湿度高的温室。低漂移可最大限度地减少过多的燃料使用，并确保稳定的 CO₂ 应用于提高产量。Murata 的传感器具有防潮涂层、高性能空气过滤器和内置浪涌保护。也提供易于安装的外壳和电缆的型号。

Murata的二氧化碳传感器使用非分散红外（NDIR）传感原理来检测二氧化碳浓度。在传感器内部，红外光源通过含有空气样本的气室发出光。二氧化碳分子吸收红外光的特定波长。光电探测器测量穿过气室且未被吸收的光量。通过分析在二氧化碳特定波长下的光强度降低，传感器准确确定空气中的二氧化碳浓度。这种方法提供精确、稳定和快速的测量，使Murata的二氧化碳传感器非常适合于室内空气质量监测和暖通空调系统等应用。

此外，Murata 的 CO₂ 传感器适用于建筑暖通空调控制和室内环境监测。具有 10 年设计寿命的管道安装型号简化了更换过程。自动漂移校正和免维护操作提高了能源效率。