Đột phá KHCN - Đổi mới sáng tạo.

Trong bối cảnh an ninh lương thực toàn cầu đang đối mặt với nhiều thách thức từ biến đổi khí hậu, gia tăng dân số và suy giảm tài nguyên đất đai, nông nghiệp chính xác đã nổi lên như một giải pháp then chốt để cân bằng giữa năng suất cao và bảo vệ môi trường. Đặc biệt, công nghệ phân bón chính xác đang tạo nên một cuộc cách mạng thầm lặng nhưng mạnh mẽ, hứa hẹn mang đến tương lai bền vững cho ngành nông nghiệp. Từ năm 2020 đến nay, những tiến bộ công nghệ vượt bậc trong lĩnh vực này đã mở ra kỷ nguyên mới của sản xuất nông nghiệp thông minh, góp phần quan trọng vào mục tiêu phát triển xanh của toàn ngành.

Bối Cảnh Và Tầm Quan Trọng Của Phân Bón Chính Xác

Nông nghiệp, với tư cách là ngành kinh tế nền tảng, đóng vai trò sống còn đối với an ninh lương thực và cân bằng sinh thái của quốc gia. Ngũ cốc và các sản phẩm phụ từ ngũ cốc không chỉ là nguồn thực phẩm mà còn cung cấp phân bón, sợi và nhiên liệu, chiếm vị trí cốt lõi trong hệ thống lương thực toàn cầu. Theo dự báo của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc, đến năm 2050, sản lượng lương thực toàn cầu cần tăng 70% để đáp ứng nhu cầu của dân số ngày càng tăng. Tuy nhiên, thực tế cho thấy trong khi sản lượng lương thực đã tăng gấp đôi trong những thập kỷ qua, lượng phân bón hóa học sử dụng cũng gia tăng tương ứng, đặt ra những thách thức nghiêm trọng về môi trường.

Việc sử dụng phân bón hóa học quá mức đã gây ra ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng trên phạm vi toàn cầu. Tại Trung Quốc, tổn thất phân đạm hàng năm gây thiệt hại kinh tế lên tới hơn 30 tỷ nhân dân tệ. Ô nhiễm phi điểm nguồn do phân bón đang trở thành một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với sức khỏe đất và đa dạng sinh học. Do đó, việc phát triển và áp dụng công nghệ phân bón chính xác không chỉ là xu hướng mà đã trở thành nhu cầu cấp thiết, nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng phân bón trong khi giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Bón phân là một trong những khâu quan trọng nhất trong sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, chất lượng cây trồng và hệ sinh thái đất nông nghiệp. Phương pháp bón phân truyền thống, dựa vào kinh nghiệm và thao tác thủ công thô sơ, dẫn đến hiệu suất sử dụng phân bón toàn cầu ở mức thấp. Việc bón phân mù quáng không những gây lãng phí phân bón mà còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Chính vì vậy, quản lý tối ưu việc bón phân cho cây trồng trở nên cực kỳ quan trọng để nâng cao năng suất đồng thời giảm tiêu thụ phân bón.

Hành Trình Phát Triển Của Công Nghệ Phân Bón Chính Xác

Công nghệ phân bón chính xác đã trải qua ba giai đoạn phát triển then chốt, đánh dấu sự chuyển đổi căn bản trong mô hình sản xuất nông nghiệp từ "dựa vào kinh nghiệm" sang "dựa vào dữ liệu".

Giai đoạn đầu tiên bắt đầu từ những năm 1990 với nền nông nghiệp theo đơn thuốc, đạt được sự phân biệt bón phân ở quy mô đồng ruộng thông qua nội suy không gian GIS. Đây là bước đột phá quan trọng, cho phép nông dân điều chỉnh lượng phân bón dựa trên đặc điểm không gian của từng khu vực canh tác, thay vì áp dụng đồng nhất cho toàn bộ diện tích. Phương pháp này đã cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng phân bón so với cách làm truyền thống, mặc dù vẫn còn nhiều hạn chế về độ chính xác.

Sau năm 2010, công nghệ bước vào giai đoạn thứ hai với hệ thống giám sát thời gian thực dựa trên cảm biến. Sự phát triển của công nghệ cảm biến đa phổ, siêu phổ, và các cảm biến chuyên dụng khác đã nâng độ chính xác lên "quy mô ô đất", cho phép theo dõi liên tục tình trạng dinh dưỡng của đất và cây trồng. Các hệ thống này có khả năng phát hiện thiếu hụt dinh dưỡng sớm và điều chỉnh lượng phân bón tương ứng, tối ưu hóa cả năng suất lẫn hiệu quả kinh tế.

Những năm gần đây, với sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo và robot, công nghệ phân bón chính xác đã tiến đến giai đoạn thứ ba - kiểm soát thông minh ở "quy mô cây trồng". Đây là bước tiến vượt bậc, cho phép điều chỉnh lượng phân bón cho từng cây riêng lẻ dựa trên nhu cầu dinh dưỡng cụ thể. Hệ thống tự động hóa hoàn toàn có thể phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn, đưa ra quyết định thông minh và thực hiện bón phân chính xác mà không cần sự can thiệp của con người. Sự phát triển này đã mở ra khả năng tối ưu hóa chưa từng có trong quản lý dinh dưỡng cây trồng.

Đổi Mới Thiết Bị Và Tối Ưu Hóa Cấu Trúc

Một trong những trụ cột quan trọng của công nghệ phân bón chính xác chính là sự đổi mới không ngừng trong thiết kế và chế tạo thiết bị bón phân. Máy phân phối phân bón, với tư cách là thành phần cốt lõi của hệ thống, có tác động trực tiếp đến độ chính xác của lượng phân bón được thi công trong quá trình canh tác.

Máy rải phân đĩa đôi điện, được tối ưu hóa thông qua phương pháp kết hợp phần tử rời rạc và động lực học chất lỏng tính toán, đã chứng minh hiệu quả ứng dụng trực tiếp ảnh hưởng đến tính bền vững của nông nghiệp. Việc tối ưu hóa tiếp theo thông qua mô phỏng đã làm rõ các thông số tốc độ quay được khuyến nghị: từ 350 đến 400 vòng/phút khi di chuyển xuôi gió và từ 400 đến 500 vòng/phút khi di chuyển ngược gió. Những con số này không chỉ đơn thuần là thông số kỹ thuật mà còn là kết quả của hàng trăm giờ nghiên cứu và thử nghiệm, đảm bảo hiệu suất tối ưu trong các điều kiện thực tế.

Thiết bị bón phân theo quỹ đạo cung đa đoạn đã đạt được khả năng theo dõi quỹ đạo của máy mở rãnh ở mức milimet thông qua kiểm soát PID phân đoạn của hệ thống thủy điện. So với quỹ đạo truyền thống, hệ số tiếp xúc giữa phân bón và rễ cây tăng gấp 1,5 lần, trong khi tỷ lệ hư hại rễ được kiểm soát trong phạm vi 8,13%. Đây là một cải tiến quan trọng vì nó không chỉ tăng hiệu quả hấp thu dinh dưỡng của cây mà còn giảm thiểu tác hại đến hệ thống rễ, góp phần vào sự phát triển khỏe mạnh của cây trồng.

Hệ thống phân phối phân bón tập trung khí nén đường kính thay đổi đã áp dụng cấu trúc kết hợp gồm "điều chỉnh cửa xả phân + kiểm soát tốc độ quay + vận chuyển khí nén". Trong phạm vi tốc độ quay từ 30 đến 120 vòng/phút, độ chính xác xả phân đạt 96,30-98,66%, và thời gian trễ được rút ngắn 44%. Sau khi tối ưu hóa thông số, hệ thống đạt hệ số biến thiên xả phân hàng dưới 5% khi hoạt động tốc độ cao từ 8 đến 12 km/h. Những con số ấn tượng này cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ trong việc nâng cao năng suất lao động nông nghiệp.

Máy xả phân hạt ly tâm quay, dưới điều kiện độ sâu buồng bón phân 21,6 mm và tốc độ tiến 3,6 km/h, đạt hệ số biến thiên độ dài lỗ 8,91% và sai số lượng phân bón mỗi lỗ chỉ 1,24%. Thông qua cải tiến cấu trúc, máy xả phân xoắn ốc lưỡi có rãnh và máy xả phân xoắn ốc hình nón ba đầu đã giảm hệ số dao động của độ đồng đều xả phân xuống còn 27,01% và kiểm soát độ lệch lưu lượng trung bình trong phạm vi 3,16%. Đây là những thành tựu đáng ghi nhận, cho thấy sự tiến bộ vượt bậc trong công nghệ chế tạo máy nông nghiệp.

Thuật Toán Kiểm Soát Thông Minh Và Tối Ưu Hóa Hệ Thống

Bên cạnh đổi mới phần cứng, sự phát triển của thuật toán kiểm soát thông minh đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất của hệ thống phân bón chính xác. Việc ứng dụng các chiến lược ra quyết định và kiểm soát thông minh đã đạt được những kết quả đáng chú ý.

Hệ thống bón phân biến đổi sâu bên dựa trên bản đồ đơn thuốc đã đạt được sai số bón phân dưới 5% thông qua ra quyết định mạng nơ-ron và chiến lược kiểm soát biến đổi kép. Thuật toán PSO-RBF-PID, một trong những đột phá quan trọng, đã giảm sai số tương đối tối đa của kiểm soát lưu lượng phân bón lỏng xuống còn 2,50% và rút ngắn thời gian điều chỉnh xuống còn 2,19 giây. Đây là một cải tiến đáng kể so với các phương pháp kiểm soát truyền thống, cho phép hệ thống phản ứng nhanh hơn với các thay đổi trong điều kiện canh tác.

Hệ thống bón phân biến đổi tự hiệu chuẩn đã đạt được sai số trạng thái ổn định 0,13 vòng/phút và độ vọt lố 7,33% trong phản ứng tốc độ quay thông qua nội suy tuyến tính phân đoạn. Mạng nơ-ron BP cải tiến kết hợp với thuật toán tối ưu hóa bầy đàn kép đã giảm sai số dự đoán dinh dưỡng đất hơn 20%. Đặc biệt, thuật toán tối ưu hóa thụ phấn hoa đã vượt trội hơn 14 thuật toán chủ đạo trong 32 bài toán chuẩn, chứng minh tiềm năng của các thuật toán sinh học trong tối ưu hóa nông nghiệp.

Hệ thống bón phân dựa trên nguyên lý xi-phông Mariotte, kết hợp với thuật toán mờ, đã cải thiện độ chính xác bón phân 15%. Hệ thống BP-PID được tối ưu hóa bởi thuật toán dơi đạt được độ vọt lố kiểm soát lưu lượng 4,78% trong môi trường phức tạp thông qua tối ưu hóa bắt chước sinh học. Những con số này không chỉ phản ánh sự tiến bộ về mặt kỹ thuật mà còn mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất.

Hệ thống kiểm soát bón phân biến đổi lỏng chính xác có mục tiêu, dựa trên thuật toán PID mờ, đã rút ngắn thời gian phản ứng của hệ thống trung bình gần 5 giây so với hệ thống kiểm soát PID truyền thống, và kiểm soát sai số trong phạm vi 10%. Trong thử nghiệm thực địa, tỷ lệ tuân thủ của thiết bị bón phân biến đổi chính xác phân bón lỏng vượt 80%, và độ chính xác kiểm soát lượng phân bón lỏng được duy trì ở mức trên 90%. Những kết quả này chứng minh tính khả thi của giải pháp kết hợp bón phân biến đổi chính xác và bón phân có mục tiêu.

Mô Phỏng Số Và Phương Pháp Tối Ưu Hóa Thông Số

Công nghệ mô phỏng số đã trở thành công cụ không thể thiếu trong việc thiết kế và tối ưu hóa thiết bị phân bón chính xác. Việc ứng dụng kết hợp phương pháp phần tử rời rạc (DEM) và động lực học chất lỏng tính toán (CFD) đã hỗ trợ hiệu quả cho việc tối ưu hóa thông số của máy phân phối phân bón đĩa đôi.

Phương pháp DEM, thông qua phân tích quá trình vận chuyển hạt và xả phân của máy xả phân bánh răng có rãnh, đã cung cấp cơ sở quan trọng cho việc tối ưu hóa thông số cấu trúc của thiết bị. Kỹ thuật này cho phép các kỹ sư quan sát chi tiết chuyển động của từng hạt phân bón trong hệ thống, từ đó điều chỉnh các thông số thiết kế để đạt hiệu suất tối ưu. Mô phỏng DEM-CFD đã xác minh các tốc độ quay được khuyến nghị, đảm bảo hiệu suất cao trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Phân tích phương pháp phần tử rời rạc về các độ sâu rãnh và độ dày răng khác nhau của máy xả phân bánh răng có rãnh đã cung cấp tài liệu tham khảo cho nghiên cứu và phát triển thiết bị bón phân cho các tình huống cụ thể. Sau tối ưu hóa mô phỏng, hệ số biến thiên độ đồng đều của máy xả phân bánh răng xoắn ốc có rãnh đạt 8,56%, thể hiện sự cải thiện đáng kể so với thiết kế truyền thống.

Việc tối ưu hóa thông số dựa trên mô phỏng không chỉ giúp giảm thời gian và chi phí phát triển sản phẩm mà còn cho phép thử nghiệm nhiều biến thể thiết kế trong môi trường ảo trước khi chế tạo nguyên mẫu thực tế. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh cạnh tranh gay gắt của ngành công nghiệp máy nông nghiệp, nơi tốc độ đưa sản phẩm ra thị trường là yếu tố quyết định.

Công Nghệ Hỗ Trợ Và Thích Ứng Đa Kịch Bản

Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của sản xuất nông nghiệp hiện đại, các công nghệ hỗ trợ và khả năng thích ứng với nhiều kịch bản khác nhau đã được phát triển mạnh mẽ. Sự kết hợp giữa hệ thống cảm biến xúc giác và công nghệ phát hiện và đo xa bằng ánh sáng (LiDAR) đã đạt được độ chính xác 97% trong phát hiện chướng ngại vật cây trồng, với sai số lượng phân bón mỗi cây được kiểm soát trong phạm vi 5,17%.

Hệ thống cảm nhận xúc giác không cần tầm nhìn hoặc cảm biến đo xa, đạt được phát hiện và định vị chính xác cao các chướng ngại vật cứng thông qua sự kết hợp giữa đầu dò cơ học và bộ mã hóa quay. Công nghệ này cung cấp giải pháp điều hướng không phụ thuộc vào tầm nhìn cho ứng dụng bón phân chính xác ở các cây trồng hàng trồng mật độ cao. Ứng dụng thành công của công nghệ này trong cánh đồng ngô cho thấy khả năng thích ứng của công nghệ cảm nhận phi thị giác với môi trường nông nghiệp phức tạp.

Sự phát triển của máy rải nhiều loại phân bón đồng thời đã cung cấp hỗ trợ thiết bị cho bón phân hợp tác trong các tình huống khác nhau, tiếp tục nâng cao khả năng áp dụng và hiệu quả của công nghệ bón phân trong môi trường nông nghiệp phức tạp. Một số nhà nghiên cứu đã phát triển máy có thể chứa đồng thời ba loại phân bón khác nhau, cho phép điều chỉnh linh hoạt công thức phân bón theo nhu cầu cụ thể của cây trồng và tình trạng đất.

Hệ thống kiểm soát bón phân biến đổi không người lái, tích hợp tự hiệu chuẩn tốc độ trục xả phân, phát hiện đa thông số thời gian thực và giao thức truyền thông bus, đã đạt được tự động hóa toàn bộ quá trình từ cảm nhận đến ra quyết định và thực thi. Thử nghiệm thực địa cho thấy sai số kiểm soát bón phân trung bình là 1,91%, đáp ứng yêu cầu của hoạt động bón phân biến đổi và mở rộng các kịch bản ứng dụng của hệ thống.

Ứng Dụng Máy Bay Không Người Lái Và Tự Động Hóa

Máy bay không người lái (UAV) đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp chính xác, đặc biệt là trong lĩnh vực bón phân. Các hệ thống bón phân tự động dựa trên UAV đã được phát triển để thực hiện bón phân, làm cỏ, cày, trồng, trồng cây con, tưới nước và phun thuốc trừ sâu một cách có chọn lọc. Hệ thống dẫn đường UAV tìm kiếm giải pháp tối ưu cho cánh đồng bằng bộ điều khiển thông thường.

Kết quả cho thấy bộ điều khiển tự động có thể điều tiết hiệu quả chuyển động của UAV để đạt được bón phân chính xác và hiệu quả hơn, cung cấp xác nhận kỹ thuật cho ứng dụng UAV trong bón phân chính xác. Khả năng hoạt động ở độ cao thay đổi, điều chỉnh lượng phân bón theo địa hình và tình trạng cây trồng, cũng như phủ sóng diện tích rộng trong thời gian ngắn, đã biến UAV thành công cụ lý tưởng cho bón phân quy mô lớn.

Hệ thống điều hướng haptic tích hợp với cơ cấu thực thi bón phân cho phép xe không người lái mặt đất thực hiện bón phân chính xác trong điều kiện không có tầm nhìn, mở rộng các kịch bản ứng dụng của hệ thống. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong các điều kiện thời tiết xấu hoặc khi làm việc ban đêm, khi các hệ thống dựa vào camera truyền thống gặp khó khăn.

Phân Bón Mới Và Hệ Thống Bón Phân Chuyên Dụng

Bên cạnh cải tiến thiết bị và thuật toán, việc phát triển các loại phân bón mới và hệ thống bón phân chuyên dụng cũng là hướng nghiên cứu quan trọng. Hạt nano thông minh đang được ứng dụng trong bón phân chính xác, khám phá thiết kế cơ chế giải phóng có kiểm soát phản ứng với pH, nước và nhiệt độ bằng cách đóng gói chất dinh dưỡng thông qua hạt nano. Phương pháp này hứa hẹn giảm mất mát chất dinh dưỡng và khí thải nhà kính trong khi tăng năng suất và hiệu quả kinh tế, cung cấp hướng vật liệu và công nghệ mới cho bón phân chính xác.

Phân bón nitơ giải phóng chậm được sửa đổi bằng HCl có tiềm năng ứng dụng lớn như phân bón nitơ giải phóng chậm trong nông nghiệp xanh bền vững. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và dân số ngày càng tăng, căng thẳng muối đã trở thành vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến nông nghiệp và an ninh lương thực. Phân bón nano có ứng dụng đầy hứa hẹn trong quản lý căng thẳng muối.
Phương pháp bón phân động đổi mới tích hợp giám sát trong mùa tình trạng dinh dưỡng N của lúa mì và quy tắc quyết định bón phân để tối ưu hóa thu hồi N và giảm thiểu mất N. Trong thử nghiệm 113 địa điểm năm, phương pháp đổi mới dẫn đến năng suất lúa mì, hàm lượng protein và biên lợi nhuận một phần tương tự so với phương pháp bón phân "bảng cân đối" tiêu chuẩn, nhưng giảm đáng kể 23 kg/ha lượng phân bón N và tăng 6 điểm phần trăm hiệu quả sử dụng nitơ, chứng minh tiềm năng của phương pháp bón phân động trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên.

Hệ thống kiểm soát thiết bị hòa tan phân bón rắn dựa trên PID mờ, sử dụng STM32 làm lõi điều khiển, phản hồi nồng độ phân bón bằng phát hiện độ dẫn điện và điều chỉnh lưu lượng phân bón và nước theo thời gian thực. Thí nghiệm cho thấy hệ thống duy trì dao động nồng độ phân bón không quá 1 g/L và sai số trạng thái ổn định khoảng 0,55 g/L sau nhiễu loạn, cải thiện độ đồng đều bón phân trong thiết bị hòa tan phân bón rắn và cung cấp tham khảo cho tích hợp nước và phân bón chính xác và thông minh.

Hệ Thống Tưới Ống Và Ứng Dụng Phân Bón Lỏng

Bón phân bằng hệ thống tưới nhỏ giọt là phương tiện quan trọng để tiết kiệm phân bón và lao động. Hơn hai phần ba lượng nước ngọt của thế giới được sử dụng cho tưới tiêu, và việc sử dụng nước không khôn ngoan trong trang trại bằng phương pháp tưới truyền thống là mối quan tâm trong thế giới ngày nay, có thể được giải quyết bằng cách sử dụng kỹ thuật tưới tiên tiến để cải thiện hiệu quả ứng dụng.

Nghiên cứu về mô hình trộn phân bón lỏng trong ống tưới sử dụng hệ thống tưới đường ống đã điều tra mô hình trộn phân bón và nước trong ống tưới thông qua mô phỏng số và thí nghiệm để phát triển chiến lược cho phân bón trộn đều với nước trong hệ thống tưới. Việc xác định thời gian và vị trí cần thiết để phân bón trộn đều với nước trong hệ thống tưới giúp phát triển chiến lược bón phân hiệu quả hơn.

Nguyên lý xi-phông Mariotte đã được sử dụng để cải thiện độ chính xác pha trộn dung dịch dinh dưỡng trong khi đơn giản hóa cấu trúc của chế phẩm dung dịch dinh dưỡng. Mô hình pha trộn phù hợp cho điều chỉnh độ dẫn điện và độ chua được xây dựng bằng cách kết hợp thuật toán điều khiển mờ. Hệ thống này cho thấy hiệu quả cao trong việc duy trì chất lượng ổn định của dung dịch phân bón.

Hệ Thống Bón Phân Tự Động Có Mục Tiêu

Để đáp ứng nhu cầu bón phân chính xác trong vườn cây cơ sở hạ tầng, hệ thống kiểm soát bón phân biến đổi chính xác có mục tiêu tự động đã được phát triển. Hệ thống này áp dụng cấu trúc bánh răng rãnh ngoài để thực hiện điều chỉnh liên tục thể tích rãnh, sử dụng cảm biến LIDAR để phát hiện vị trí tán cây trái cây theo thời gian thực, và thiết lập mô hình mối quan hệ giữa lượng bón phân mục tiêu của một cây đơn lẻ và các biến đa biến.

Thử nghiệm băng ghế trong nhà cho thấy sai số tương đối của lượng bón phân thực tế của một cây cam quýt đơn lẻ tối đa là 5,17%, và sai số tương đối của thử nghiệm vườn nhà kính tối đa là 4,83%, thực hiện bón phân có mục tiêu theo kích thước tán cây của cây trái cây. Điều này mở ra khả năng quản lý dinh dưỡng chính xác cho từng cây riêng lẻ trong vườn cây, tối ưu hóa cả năng suất lẫn chất lượng trái.

Máy trộn phân trạng biogas nông nghiệp và hệ thống của nó đã được thiết kế để giải quyết vấn đề độ chính xác thấp và khó kiểm soát liều lượng trong việc ứng dụng phân trạng biogas như phân bón. Thuật toán ra quyết định tỷ lệ và kiểm soát phản hồi dựa trên độ dẫn điện của phân trạng biogas được thiết kế. Kết quả thí nghiệm cho thấy sai số nồng độ của từng thành phần của phân bón trộn được kiểm soát trong phạm vi 10%, và dao động độ dẫn điện trong phạm vi 5% sau khi hệ thống được xử lý.

Thử Nghiệm Phản Ứng Cây Trồng Và Đất

Phương trình đơn thuốc phân bón dựa trên phản ứng cây trồng thử nghiệm đất (SCTR) đã được phát triển và xác nhận cùng với phương trình dự đoán giá trị thử nghiệm đất sau thu hoạch. Kết quả nghiên cứu này xác nhận độ chính xác của giá trị thử nghiệm đất được dự đoán cho đơn thuốc phân bón, cho thấy rằng thử nghiệm đất lặp lại có thể không cần thiết giữa các vụ cây trồng. Phương pháp bón phân tích hợp dựa trên SCTR đạt được ứng dụng chất dinh dưỡng cân bằng cho năng suất tối ưu và hấp thu chất dinh dưỡng.

Nghiên cứu này nhấn mạnh hiệu quả của phương pháp SCTR cho quản lý chất dinh dưỡng hiệu quả và cải thiện năng suất trong đậu xanh. Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và chi phí phân tích đất mà còn đảm bảo cung cấp đủ và cân đối các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.

Phương pháp ra quyết định đa tiêu chí (MCDM), bao gồm phân tích phân cấp xác định (AHP), phân tích phân cấp mờ (FAHP), phương pháp giải pháp lý tưởng (TOPSIS), TOPSIS mờ (FTOPSIS), và quá trình mạng phân tích (ANP), đã được sử dụng để chấm điểm các phương pháp bón phân thích hợp cho cây táo và lựa chọn. Kết quả cho thấy máy đào rãnh treo máy kéo có ưu tiên cao nhất, tiếp theo là máy đào rãnh treo máy kéo đường tâm cố định, máy đào rãnh cơ giới hóa và máy mở vườn cây, cung cấp công cụ ra quyết định khoa học để lựa chọn phương pháp bón phân cơ giới hóa trong vườn cây.

Quản Lý Dinh Dưỡng Chính Xác Cho Mía

Thí nghiệm điều chỉnh chương trình và phương pháp bón phân nitơ và kali trong thiết kế vùng phân chia với ba lần lặp lại đã được tiến hành. Xử lý vùng chính bao gồm hai phương pháp bón phân (rải và băng), và xử lý vùng phụ bao gồm bốn chương trình ứng dụng của nitơ và kali được khuyến nghị. Nghiên cứu này nhằm xác định vai trò của quản lý dinh dưỡng chính xác trong việc cải thiện hiệu quả dinh dưỡng thực vật trong cây mía trồng mùa xuân khoảng cách rộng.

Kết quả cho thấy rằng bón phân theo băng kết hợp với phân chia nitơ và kali thành nhiều lần nhỏ hơn đã cải thiện đáng kể hiệu quả hấp thu dinh dưỡng của cây mía. Phương pháp này không chỉ tăng năng suất mà còn giảm thiểu mất mát dinh dưỡng vào môi trường, góp phần vào sản xuất mía bền vững.

Thách Thức Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Mặc dù đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể, công nghệ phân bón chính xác vẫn đối mặt với một số thách thức quan trọng cần được giải quyết.

Về mặt công nghệ cảm biến, trong khi công nghệ cảm biến đa phổ và siêu phổ phát hiện hiệu quả nitơ, công nghệ cảm biến định lượng phosphate vẫn tụt hậu. Điều này hạn chế khả năng quản lý dinh dưỡng toàn diện. Ngoài ra, hệ thống cảm nhận phi thị giác như điều hướng haptic có chi phí cao và cần thu nhỏ hơn nữa để áp dụng rộng rãi.

Độ phức tạp trong tích hợp hệ thống là một thách thức lớn khác. Hệ thống bón phân biến đổi không người lái và nền tảng kết hợp đa cảm biến đối mặt với khó khăn trong việc đồng bộ hóa dữ liệu từ các nguồn đa dạng như đất, cây trồng và thời tiết, dẫn đến chậm trễ hoặc sai sót trong ra quyết định thời gian thực.

Khả năng mở rộng cho nông hộ nhỏ là một vấn đề quan trọng. Nhiều công nghệ tiên tiến như phân bón kích hoạt công nghệ nano và hệ thống dựa trên máy bay không người lái có chi phí quá cao đối với nông dân quy mô nhỏ, đặc biệt ở các khu vực đang phát triển. Nỗ lực trong nước ưu tiên các công nghệ "dễ triển khai" cung cấp một mô hình, nhưng khả năng chi trả rộng hơn vẫn là rào cản.

Tác động môi trường dài hạn cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn. Trong khi phân bón giải phóng có kiểm soát và phương pháp bón phân động giảm dòng chảy trực tiếp, tác động dài hạn của chúng đối với cộng đồng vi sinh vật đất và chất lượng nước ngầm chưa được nghiên cứu đầy đủ. Rủi ro sinh thái của phân bón nano cần được đánh giá thêm.

Kết Luận Và Triển Vọng

Hệ thống kiểm soát phân bón chính xác đã tiến bộ đáng kể, được thúc đẩy bởi những đổi mới trong cơ cấu thực thi, thuật toán và tích hợp cảm biến, với các ưu tiên khu vực khác biệt nhưng mục tiêu chung là năng suất bền vững. Nghiên cứu trong nước xuất sắc trong các giải pháp hiệu quả về chi phí cho các loại cây trồng đa dạng, trong khi nghiên cứu nước ngoài dẫn đầu về cảm nhận thông minh và tích hợp liên ngành.

Các công nghệ này trực tiếp nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón, giảm tác động môi trường và thích ứng với các hệ thống nông nghiệp đa dạng, với các ứng dụng đã được chứng minh trong cả bối cảnh quy mô lớn và nông hộ nhỏ. Để giải quyết các khoảng trống còn lại, cần đầu tư vào cảm biến thế hệ tiếp theo, đơn giản hóa tích hợp hệ thống, đổi mới toàn diện và nghiên cứu sinh thái dài hạn.

Bằng cách giải quyết các lĩnh vực này, bón phân chính xác có thể thực hiện tiềm năng của nó như một nền tảng của nông nghiệp bền vững, cân bằng năng suất với quản lý môi trường trên các hệ thống canh tác toàn cầu. Tương lai của nông nghiệp chính xác không chỉ nằm ở công nghệ tiên tiến mà còn ở khả năng làm cho công nghệ này trở nên dễ tiếp cận, giá cả phải chăng và phù hợp với nhu cầu của tất cả nông dân, từ đó góp phần vào an ninh lương thực toàn cầu và bảo vệ môi trường cho các thế hệ tương lai.