土壤健康和质量是维持可持续农业,生态系统稳定和全球粮食安全的关键因素。用于评估土壤特性的常规方法通常是耗时,劳动密集的,并且缺乏实时监控功能。纳米技术已成为一种有前途的方法,用于开发高级传感器,以快速,原位和对土壤健康参数的持续监测。这项全面的综述讨论了基于纳米技术的传感器,用于土壤健康评估,其工作原理,应用,挑战和未来前景的最新进展。我们强调了各种纳米材料的潜力,例如碳纳米管,石墨烯,金属氧化物纳米颗粒和量子点,在制造高度敏感,选择性和强大的土壤传感器中。这些纳米传感器与无线通信技术和数据分析的集成可以实时监测和精确农业实践。此外,我们讨论了在土壤中部署纳米传感器以及对标准化方案和法规的需求的环境和生态含义。本综述为基于纳米技术的传感器的当前最新和未来方向提供了宝贵的见解,以促进土壤健康监测,促进可持续的农业和环境管理。关键字:纳米技术;土壤传感器;土壤健康;精密农业;可持续农业。1。引言1.1土壤健康和优质土壤的重要性是支持植物生长,养分循环,水调节和生物多样性的重要自然资源[1]。健康的土壤对于可持续农业,确保粮食安全和维持生态系统服务至关重要[2]。土壤健康是指土壤作为生命系统,维持动植物生产力,维持水和空气质量以及促进动植物和动物健康的能力[3]。土壤质量是土壤执行特定功能的能力,例如养分保留,浸润和碳固存[4]。评估和监测土壤健康和质量对于在农业管理,环境保护和土地利用计划方面做出明智的决定至关重要[5]。1.2常规土壤评估方法的限制用于评估土壤健康和质量的常规方法取决于土壤样本的实验室分析,土壤样品是耗时,劳动的,并且在特定时间和位置仅提供土壤条件的快照[6]。这些方法通常需要复杂的仪器,熟练的人员,并且对土壤样本具有破坏性[7]。此外,土壤特性的空间和时间变化使得获取代表性样本并实时监测土壤健康的挑战[8]。
抽象的土壤肥力和生产力受到剥削和退化过程的严重影响。这些威胁,再加上人口增长和气候变化,迫使我们寻找创新的农业生态解决方案。益生元是一种土壤生物刺激剂,用于增强土壤条件和植物生长,并可能在碳(C)固存中起作用。与未经处理的土壤或对照(SP)相比,评估了两种商业益生元(分别称为SPK和SPN)(分别称为SPK和SPN)对用Zea Mays L.栽培的农业土壤的影响进行了评估。在两个收获日期进行分析:应用益生元后三周(D1)和十个星期(D2)。测量了植物生长参数和土壤特征,侧重于土壤有机物,土壤细菌和真菌群落,并植物根菌根。关于物理化学参数,两种益生元治疗都会增加土壤电导率,阳离子交换能力和可溶性磷(P),同时降低了硝酸盐。同时,在D2处,SPN处理在升高特定的阳离子矿物质(例如钙(CA)和硼(B))方面是不同的。在微生物水平上,每种益生元都诱导了本地细菌和真菌群落的丰度和多样性的独特转移,这在D2处很明显。这些生物标志物被鉴定为(a)腐生型,(b)植物生长促进性细菌和真菌,(c)内植物细菌以及(d)内生和共生微生物群。该结果反映在处理过的土壤中,尤其是SPN中的肾小球素含量和霉菌化率的增加。同时通过每种益生元治疗招募了特定的微生物分类群,例如来自Spk的Spk的真菌,以及来自Spk的真菌以及Chitinophaga,Neo-os-secet and Bacillie and bacormob and bacorli secors and carlobacter,sphingobium and Massilia,以及来自Spk的真菌和schizothecium carpinicola来自SPN的真菌的细节。我们观察到这些作用导致植物生物量的增加(SPK和SPN的芽分别为19%和22.8%,根分别增加了47.8%和35.7%的干重),并促进了土壤C含量的增加(有机C含量增加了8.4%,总C增加了8.9%),尤其是SPN治疗。鉴于这些发现,施用后十周的使用益生元不仅通过改善土壤特征并塑造其天然微生物群落来增加植物的生长,而且还表明了增强C隔离的潜力。鉴于这些发现,施用后十周的使用益生元不仅通过改善土壤特征并塑造其天然微生物群落来增加植物的生长,而且还表明了增强C隔离的潜力。
发言人:SHGSU成员Faizal教区Seedhu Raman,全球环境中心(GEC)Devika Rajamanickam的主任,企业可持续发展乡村负责人,汇丰银行马来西亚Nordin bin Bardan,Shgsu Nordin Bardan,Shgsu Nordin Bardan,Shgsu Nursery nordhu nordin Bardan,Shgsu Nursery Operator [Seedhu Raman] I Monitor and Paterrol the Raja Musa Musa Musa Forest Reserfe。许多年前,野火经常发生。我们来开始监视后,野火减少了。[Faizal Parish]有一些局外人进来,他们清理了这片土地。即使大约40年前被指定为森林保护区,但这是一个非常糟糕的情况。没有树木。我们现在站着的地方完全是裸露的,只是草,每年都在燃烧两三遍。[屏幕上的文字]恢复泥炭沼泽森林:Raja Musa Forest Reserve;马来西亚雪兰莪[Faizal]这是马来西亚半岛最大的连续泥炭沼泽森林。这是森林保护,碳固存和存储以及许多其他好处的非常重要的地点。[屏幕上的文字]气候解决方案伙伴关系有助于资助Raja Musa Peat Swamp Forest Restoration计划[Devika Rajamanickam]气候解决方案计划的重点是促进社区所有权和康复工作。[Faizal]我们首先必须恢复对该地区的控制,然后恢复了水位,然后我们启动了消防巡逻和防火计划。也是因为我们提高了水位,所以森林燃烧的可能性要小得多。[seedhu]我们每天都要进行水位。这里有一个特殊的泥炭地社区。这样做,我们知道水位有多高 - 地下。对于火灾风险,如果水位高,则将显示低。[Nordin bin Bardan]这个幼苗地点的主要目的是为泥炭地地区种植树木。造林对于泥炭地地区将土壤条件稳定到其原始状态至关重要。所有这些幼苗地点将提供要在田间种植的树木。当销售产生一些利润时,社区从出售这些幼苗就获得了财务。[Devicka]到目前为止,这是一个成功的计划。在过去的五年中,我们在拉贾·穆萨森林(Raja Musa Forest)中看到了零火,我们为周围的人们改善了生计。社区本身,他们得到了很多绿色工作。[Faizal]您需要在未来30年中寻找30年的时间。扩大工作,地理重点或区域,并使用我们通过汇丰项目开发的模型将其扩展到景观的其他部分。[seedhu]通过做这项工作,我们能够保护周围的森林,人们也很安全。我们为此感到自豪。
摘要:将人工智能 (AI) 融入农业技术彻底改变了作物管理,为优化作物产量预测提供了先进的工具。本文探讨了使用人工智能驱动模型来提高作物产量预测准确性的方法、优势和挑战。通过全面回顾现有文献和案例研究,本研究强调了人工智能在改善农业粮食安全和可持续性方面的潜力。农业中的人工智能技术有望改善作物管理技术和生产成果。本文研究了人工智能系统如何通过监测、检测疾病、管理灌溉和预测产量来最大限度地提高作物产量。本研究通过回顾相关文献、案例研究和技术进步来研究人工智能对农业实践的影响。人工智能算法、机器学习和遥感技术使农民能够做出数据驱动的决策,优化资源利用,减轻环境危害,从而实现可持续的农业实践和提高粮食安全。关键词:人工智能、农业技术、作物产量预测、机器学习、精准农业 1. 简介 农业一体化标志着现代农业实践的一个转折点,为精准和可持续的粮食生产铺平了道路。人工智能技术可以优化作物管理策略,提高产量,降低环境风险,特别是在全球粮食安全挑战、气候变化不确定性和资源限制方面。本研究探讨了人工智能驱动的农业解决方案,以了解其在可持续粮食生产中的变革潜力、[1]科学意义和实际应用。1.1 背景由于人口增长、气候变化和饮食偏好的演变,全球对粮食的需求正在增加。准确的作物产量预测可确保粮食安全、优化农业资源配置并最大限度地减少损失。传统的作物产量预测方法依赖于历史数据和简单的模型,往往需要赶上现代农业挑战。将人工智能融入农业技术提供了一种有希望的解决方案,它提供了更准确、更及时的预测,使农民和决策者能够做出更好的决策。1.2 研究问题尽管农业技术取得了进步,但由于环境因素、土壤条件和作物管理实践的复杂相互作用,高精度预测作物产量仍然具有挑战性。传统预测模型的限制在于无法处理和分析大量[1]不同的数据。人工智能具有处理大数据和发现隐藏模式的能力,有可能克服这些限制并优化作物产量预测。
农业中的人工智能:农业和耕作是世界上最古老和最重要的职业之一。随着世界人口不断增长,土地变得越来越稀缺,人们需要发挥创造力,提高耕作效率,利用更少的土地生产更多的作物,提高耕地的生产率和产量。现在,该行业正在转向人工智能技术,以帮助生产更健康的作物、控制害虫、监测土壤和生长条件、为农民组织数据、帮助减轻工作量,并改善整个食品供应链中与农业相关的各种任务。人工智能的应用:1. 人工智能帮助分析农场数据:农场每天在地面上产生数十万个数据点。借助人工智能,农民现在可以实时分析从农场收集的各种事物,例如天气状况、温度、用水量或土壤条件,以更好地为他们的决策提供信息。例如,人工智能技术通过确定作物选择、最佳杂交种子选择和资源利用率,帮助农民优化规划,以获得更丰收。人工智能还用于创建季节性预测模型,以提高农业准确性和生产力。除了地面数据,农民们还利用空中数据来监控农场。计算机视觉和深度学习算法处理无人机飞过田地时捕获的数据。通过无人机,人工智能摄像头可以捕捉整个农场的图像,并近乎实时地分析图像,以确定问题区域和潜在的改进措施。2. 人工智能解决劳动力挑战:随着从事农业行业的人数减少,大多数农场都面临着劳动力短缺的挑战。传统上,农场需要许多工人(大多是季节性工人)来收割农作物并保持农场的生产力。解决这种工人短缺问题的一个解决方案是人工智能农业机器人。这些机器人增强了人类劳动力队伍,并以各种形式使用。这些机器人可以比人类工人以更高的产量和更快的速度收割农作物,更准确地识别和消除杂草,并通过拥有全天候劳动力来降低农场的成本。通过使用人工智能和认知技术,世界各地的农场能够更高效地运营,使用比以前更少的工人,同时仍能满足世界粮食需求。食品加工是主要的制造业之一。在很大程度上,该行业是一个产量很高、利润率很低的行业。寻找新方法来提高效率,即使是小幅提高,也可能决定工厂是盈利还是亏损。这就是为什么一些最大的食品加工公司正在转向人工智能技术,试图改进该过程的许多方面。人工智能应用相对特定于食品加工和制备,但人工智能还有许多更普遍的用途,它们直接或间接地对行业产生了影响。主要应用包括:1) 对产品和包装进行分类 2) 食品安全合规 3) 提高清洁度 4) 产品开发 5) 营销
关键技术和创新包容性(包含多样性) - 水培和空气:这些创新的耕作技术使农作物无需土壤而无需土壤。通过利用富含营养的水或空气,这些方法使在不利的土壤条件或限制空间的地区种植食物是可行的。这有可能使城市和城市周边社区更容易获得粮食生产,从而使它们从事农业并促进包容性[1],[2]。- AI驱动的管理系统:利用人工智能(AI)的力量,可以增强管理系统以优化垂直农业的不同方面。这包括改进灌溉技术,有效控制害虫以及密切监测作物的生长。AI驱动的系统有可能革新农业,使农业经验有限的人更容易获得。这些系统提供了实时的指导和自动化,使农民可以优化其运营并提高生产率[2],[3]。- 物联网集成:合并物联网(IoT)在垂直农场中可以在传感器和设备之间进行无缝连接,从而促进了对环境条件的准确监控和控制。这项技术有可能协助小型农民和社区团体增强其农场管理实践,从而促进农业系统中的更大包容性[2],[4]。此外,这些系统旨在高能效率,从而确保最少的能耗。可持续性 - 节能LED照明:最先进的LED照明系统具有提供精确的光谱,以满足植物的确切要求,从而导致最佳生长。这增强了垂直农场的环境影响并增加了其可持续性[5],[6]。- 水回收系统:垂直农场可以实施闭环水回收系统,以通过捕获和重复农场内的水来减少水的消耗。这在缺水短缺的地区特别重要[7],[8]。- 生物肥料和有机养分:将生物肥料和有机养分纳入农业实践可以促进土壤健康并减少对合成肥料的依赖,从而促进更可持续的农业方法。研究表明,利用养分的天然和微生物来源的混合物可以对垂直农业系统中农作物的数量和质量产生重大的积极影响[9],[10]。韧性 - 含有弹性的农作物品种:开发和培养可以承受气候变化挑战的作物品种对于在环境波动时保持稳定的粮食生产至关重要。垂直耕作能够创造受控环境,这些环境可以有效地培养健壮的植物品种的生长[10],[11]。- 灾难性的基础设施:垂直农场对洪水,干旱和风暴等自然灾害具有更高的韧性,与传统的水平农场相比。这使它们成为容易灾难的地区的粮食生产来源[7],[11]。这使它们成为确保食品生产的更可靠的选择,即使在充满挑战的环境条件下也是如此。
无重大影响的发现 提议的行动标题:水回收和生物固体堆肥 新墨西哥州白沙导弹靶场 提议的行动描述:驻扎在白沙导弹靶场的美国陆军驻军 (WSMR) 提出了四个项目,这将有助于集中精力以更可持续的方式管理废水处理产生的水和生物固体。处理过的废水将被重新利用,而原井水将被用于景观灌溉和建筑活动。WSMR 还提议寻找替代方案,以替代研究、开发、测试和评估操作以及设施维护产生的无害固体废水的异地处置。最后,WSMR 提议将废水处理生物固体堆肥,而不是异地处置。 目的和需求:提议行动的目的和需求是支持可持续的最佳管理实践,以节约用水、再利用和减少对饮用水供应的需求。需要减少无害固体废水异地处置管理的选项。将废水处理生物固体进行堆肥以生产有益产品也减少了场外处置。本环境评估 (EA) 分析了实施这些项目可能带来的环境影响。法律要求将成为决定考虑哪些项目、选项和/或替代方案的选择标准的一部分。考虑的替代方案:首选方案 3 结合了四个项目的各个方面,在可行且有法律支持的情况下,这将为水和生物固体的再利用提供最大利益,并最大限度地减少场外处置。方案 1,继续将废水排放物排入戴维斯海滩,以改善湿地功能和公共通道,方案 2,钻一口新井,不会减少景观灌溉和建筑用水对饮用水的需求。不采取行动的替代方案将消除对处理过的废水排放物的任何有益再利用,并继续场外处置无害固体废水和生物固体。环境影响:环境评估评估了实施拟议行动对自然环境和人类环境的潜在环境影响。考虑了重要的环境成分、美学和视觉资源、空气质量、生物、文化、能源、设施、地质和土壤、危险材料和废物、人类健康和安全、土地使用、噪音、公用设施和基础设施以及水资源。处理过的废水再利用(项目 1)必须符合美国环境保护署 (EPA) 无限制城市再利用标准。堆肥生物固体(项目 5)必须符合美国环境保护署卓越质量标准。通过环境审查和选址过程,可以避免施工活动对候鸟和文化资源的影响。太阳能将用于抽水灌溉。处理过的污水将继续被导向戴维斯海滩,即使其中一部分用于灌溉。住宅区附近施工产生的噪音将受到每日时间限制。将制定灌溉管理计划,以确定季节性灌溉需求并监测是否存在有利的水和土壤条件。将在需要的地方实施野生动物排除措施。根据 WSMR 实施的缓解措施并满足所述再利用标准和质量标准,尚未发现拟议行动对环境产生重大影响,预计不会产生增量效应或重大累积影响。
内生菌是生活在植物组织中的微生物。由于他们与宿主的亲密关联,他们可以对植物生理产生强大的影响(Hardoim等,2008; Johnston-Monje和Raizada,2011; Hardoim等,Hardoim等,2012; Hardoim等,2015; Truyens等,2015)。内生菌可以通过提供养分,增加营养摄取,调节和分泌植物素的养分来促进植物生长,并防御植物的病原体(Hu等,2003; Johnston-Monje和Raizada,2011; Mousa et al。,2016; Shehata等,2017,2017年)。植物似乎选择了特定的内生菌,尤其是在幼苗出现期间,这些内生植物可能由种子跨几代人培养,以保护幼苗免受环境压力的影响(Truyens等,2015; Pitzschke,2016; 2016; Shahzad et al。例如,少年玉米植物中内生菌种的显着部分是种子来源的,并从其含种子的父母继承(Johnston-Monje等,2014; Johnston-Monje等,2016)。与植物相关的微生物群可以源自环境和父母,尽管每个人的相对贡献并不总是很清楚(Aleklett和Hart,2013年)。一些微生物内生菌似乎在被子植物,与土壤环境无关,甚至在无菌底物上生长时都广泛保守。这表明至少某些植物相关的微生物是种子衍生的(Johnston-Monje等,2014,Johnston-Monje等,2021)。此外,发现杆菌的特异性细菌被发现是所有研究的所有大麻基因型的内生细菌。此外,有些植物似乎具有“核心”微生物群,这些植物对物种的大多数人来说都是共有的(Sánchez-lóPez等,2018)(Johnston-Monje等,2014; Truyens等,2015; Walitang et al。,2018)。最近第一次证明了大麻中种子传播微生物遗传的这种现象(Dumigan和Deyholos,2022年)。这项研究表明,在加拿大西部的多个位置生长的大麻和药物大麻品种载体生物活性和抗真菌性内生细菌,再到下一代幼苗。然而,这项先前的研究仅限于可培养的微生物,并且是在轴原条件下进行的,因此未测试土壤对内生微生物组的影响。用于加拿大医疗和娱乐市场的药物大麻植物通常在Soilless培养基中生长。这为种植者提供了对可以从土壤转移的病原体的更多控制。然而,它还限制了可能是土壤的潜在有益的微生物,并可能无意中改变了大麻植物的微生物组。一个重要的问题来自这个很大程度上未研究的主题:土壤和种子衍生因素对大麻幼苗内生菌社区组成的相对影响是什么?在当前的研究中,我们假设土壤将对大麻幼苗endosphere的微生物组产生显着影响,而大麻幼苗的胚芽细菌的组成部分将来自种子 - 生物元素细菌,与土壤条件无关。我们使用基于16S的扩增子宏基因组学测试了这一假设,以比较两种土壤类型的作用,无论是否有或没有灭菌,对三种不同的大麻基因型中的endosphere微生物组组成。
附件4摘要综合卡世界对能源的需求主要由非可再生资源满足,这对环境产生负面影响,因为它们有助于二氧化碳排放,温室效应和全球变暖。要促进替代清洁能源的开发,需要采取有效的策略。为此,能量杆代表了新建建筑物的有趣应用。能量杆是基础杆,与土壤相互作用的深度可用于开发低焓地热资源,还可以满足建筑物的能源需求。当杆配备了介导的管,直接连接到装甲笼,在内部,通过使用热泵,热电泵,热伏驱动器流体流动。这种液体能够与周围的地面交换热量,可让您在冬季加热建筑物并在夏季冷却,以减少和在某些情况下消除使用化石燃料。因此,能量杆满足了转移结构载荷(从结构到地面)和热量(从地面到结构)的双重任务,反之亦然。近年来,由于能源可持续性可获得的优势,这些系统的使用在公共和私营部门都构成了强烈的冲动,并且非常最新。论文分为七个章节和两个附录。在第1章中,概述了地球能源结构的主要特征。随后,注意力集中在能杆上。本章报道了艺术的状态,它参考了通过现场测试和实验室,数值分析和分析方法推导的杆子行为的主要特征,分组和分组。在第2章中,获得了能杆的最后一个极限状态的分析解决方案。这些解决方案代表了能量杆领域的绝对新颖性,并引起了几位杰出的研究人员对该主题的关注。在描述了所提出的模型后,对于均匀的土壤,BISINGURED和GIBSON的情况,以第二阶的微分方程的形式提出了运动曲线的数学表述。获得与温度变化所引起的轴向努力以及通过广义下土壤条件近似的轴向努力的确切溶液。最后,提出了弹簧的校准以及与实验数据和数值分析的比较。在第3章中描述了数值分析中使用的本构模型的数学结构。特别是,有或没有热部分的线性弹性模型,修改和型凸轮级的MOHR-COULOMB的配方。后者是由作者实施的,因此,在本章中,通过在排水且不排水条件下与三叠纪测试进行比较,可以验证该实现。在本章的最后一部分中,说明了随后的数值分析中使用的热力学配方。特别是,说明了轮廓条件,即用于杆和土壤的元素的类型和大小。 此外,还显示了杆的几何,机械和热特性以及土壤的机械和热土壤。 最后,提出了所使用的本构模型的校准,考虑到选择性模型被选为参考模型,以校准其他模型的参数。 第5章介绍了耦合的热力学热分析的结果。 随后,除了阐明头部键条件的选择外,还出现了极点和地面中的温度曲线。 对于自由极的条件,就轴向努力,下垂,平均变形和空点的位置讨论了每个构型模型的结果。 关于染色的极点,用轴向努力和平均变形描述了全局行为。,说明了轮廓条件,即用于杆和土壤的元素的类型和大小。此外,还显示了杆的几何,机械和热特性以及土壤的机械和热土壤。最后,提出了所使用的本构模型的校准,考虑到选择性模型被选为参考模型,以校准其他模型的参数。第5章介绍了耦合的热力学热分析的结果。随后,除了阐明头部键条件的选择外,还出现了极点和地面中的温度曲线。对于自由极的条件,就轴向努力,下垂,平均变形和空点的位置讨论了每个构型模型的结果。关于染色的极点,用轴向努力和平均变形描述了全局行为。此外,对于位于不同深度的极点界面的4个元素,还报告了响应,以体积和切割变形,间质压,局部下垂,偏离平面的努力以及Q-P计划中的加载路径的状态。本章的末尾致力于主要结果的综合。在第6章中,在单调热载荷条件下的分析方法和数值方法之间进行了比较。最后,报告了一种创新的迭代程序,用于据报道用于定义弹簧刚度的有效切割模块的估计。