Sensorsystem för on-line bestämning av kalkbehov i fält. II

Sammanfattning av slutrapport
Jordanalys är i dagens lantbruk ett viktigt hjälpmedel för att undersöka fysikaliska och kemiska parametrar. Kostnaderna för att genomföra en markkartering gör att lantbrukare maximalt tar ett jordprov per hektar. Att ta så få prover kan innebära felaktig information om jorden. Flera forskare har visat att kalk- och näringsämnesbehov signifikant kan variera inom fältet. Syftet med projektet är att utveckla ett sensorsystem som intermittent bestämmer kalk-behovet och dess variation on-line inom fält. Detta gjordes i tre delar. Först anpassades analysmetoder från australien för svenska förhållanden. Sedan konstruerades ett mekaniskt provtagningssystem. Till sist genomfördes fälttest med jordprovtagningssystemet. Systemets kapacitet var 10 prover per hektar och prediktionsnoggrannheten på kalkbehovet var 0,6 ton per hektar.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Jordanalys är i dagens lantbruk ett viktigt hjälpmedel för att undersöka fysikaliska och kemiska parametrar. Kostnaderna för att genomföra en markkartering gör att lantbrukare maximalt tar ett jordprov per hektar. Att ta så få prover kan innebära felaktig information om jorden. Flera forskare har visat att kalk- och näringsämnesbehov signifikant kan variera inom fältet. Det finns alltså ett stort behov av att utveckla automatiska jordprovtagningssystem för att minska kostnaderna vid jordprovtagning och/eller få en förbättrad kartkvalitet

Kravet på en hög provtagningstäthet innebär att forskningen har börjat fokusera på utveckling av nya kostnadseffektiva analystekniker för markkartering. Då endast små ekonomiska medel finns inom lantbruksnäringen för att utveckla nya sensorer är det viktigt att följa utvecklingen av sensorer inom andra industriella näringar. Ett sensorområde som vuxit sig allt starkare är kemiska sensorer. Ion selective field effect transistor (ISFETs) är en dopad halvledare som direkt reagerar på vätejoner och kan därför tillämpas vid pH-mätningar. Den passar bra för on-line mätning eftersom den har snabb responstid, är robust och har små dimensioner.
Målsättningen måste vara att kunna markkartera med en hög noggrannhet till samma kostnad per ytenhet som idag. Syftet med projektet är att utveckla ett sensorsystem som intermittent bestämmer kalk-behovet och dess variation on-line inom fält.

Projektet omfattar tre delar:
1. Anpassa analysmetoder från Australian Centre for Precision Agriculture (ACPA) vid University of Sydney, för svenska förhållanden.
2. Konstruera mekanisk provtagningsutrustning/system.
3. Genomföra fälttest (mekanisk funktion, fältkapacitet, mätnoggrannhet och repeterbarhet).

Sensorsystemet består av fem delar; provtagning, provberedning, extrahering, analysering, rengöring. Extraherings- och analysdelen testas i laborativ miljö för att fastställa extraktionslösning, responstider mätstabilitet och kalibreringsfunktioner. Detta blir avgörande för hur sensorsystemet mekaniskt ska utformas. Varje delenhet utprovas var för sig innan de sätts samman till ett fungerande provtagningssystem som testas i praktiska fältförsök.
En lämplig metod för att mäta kalkbehov togs fram vid ACPA, Australien. Den modell som fungerade bäst var Mehlich pH-buffert. Modellen har i detta projekt validerats i laboratorium på ett antal svenska jordar. Jordarna kom från Skåne i söder till Västerbotten i norr. Jordarna hade ett stort spann på ler- och mullhalt.

En mekanisk jordprovtagnings- och analysenhet utvecklades i projektet.

Principen för jordprovtagaren är följande:
• Jord skall tas upp från matjordlagret.
• Jorden skall sållas
• En bestämd volym jord skall blandas med kemikalier
• Analysering av jord
• Rengöring av mätkammare

Jordprovtagningssystemet är byggt på en ram som passar till tre-punktsfästet på en traktor. Samtliga prover positionsbestämdes med hjälp av GPS. Fältester gjordes både i Sverige och i Australien. Jordprovtagningssystemets kapacitet var 10 prover per hektar.
Resultaten från projektet indikerar att det går att mäta pH och kalkbehov on-line på fält med en prediktionsnoggrannhet på 0,6 ton per hektar. Maskinen kan dock förbättras. Främst så bör man arbeta med att uppnå en bättre stabilitet i prediktionsmodellen. T.ex så kan man tänka sig att utveckla modeller för olika jordarter. Vidare bör man arbeta för att snabba upp systemet så maskinen kan ta upp till 50 jordprover per hektar. Detta kan lösas genom att placera fler analysenheter parallellt med varandra.