I sensori del suolo aiutano gli agricoltori a valutare le condizioni di coltivazione, come la disponibilità di acqua e nutrienti, il pH del suolo, la temperatura e la topografia.

Il pomodoro (Solanum lycopersicum L.) è una delle colture di maggior valore sul mercato mondiale e viene coltivato principalmente con irrigazione. La produzione di pomodori è spesso ostacolata da condizioni sfavorevoli come clima, suolo e risorse idriche. In tutto il mondo sono state sviluppate e installate tecnologie di sensoristica per aiutare gli agricoltori a valutare le condizioni di coltivazione, come la disponibilità di acqua e nutrienti, il pH del suolo, la temperatura e la topografia.
Fattori associati alla bassa produttività dei pomodori. La domanda di pomodori è elevata sia nei mercati del consumo fresco che in quelli della produzione industriale (trasformazione). Basse rese di pomodori si osservano in molti settori agricoli, come in Indonesia, che aderisce in larga misura ai sistemi di coltivazione tradizionali. L'introduzione di tecnologie come le applicazioni basate sull'Internet delle cose (IoT) e i sensori ha aumentato significativamente la resa di diverse colture, compresi i pomodori.
La mancata implementazione di sensori eterogenei e moderni, dovuta a informazioni insufficienti, contribuisce anch'essa a basse rese in agricoltura. Una gestione oculata dell'acqua riveste un ruolo fondamentale per evitare la perdita dei raccolti, soprattutto nelle piantagioni di pomodoro.
L'umidità del suolo è un altro fattore determinante per la resa dei pomodori, poiché è essenziale per il trasferimento di nutrienti e altri composti dal terreno alla pianta. Mantenere la temperatura della pianta è importante perché influisce sulla maturazione di foglie e frutti.
L'umidità ottimale del terreno per le piante di pomodoro è compresa tra il 60% e l'80%. La temperatura ideale per la massima produzione di pomodori è tra i 24 e i 28 gradi Celsius. Al di sopra di questo intervallo di temperatura, la crescita della pianta e lo sviluppo di fiori e frutti risultano subottimali. Se le condizioni del terreno e le temperature fluttuano notevolmente, la crescita della pianta sarà lenta e stentata e i pomodori matureranno in modo non uniforme.
Sensori utilizzati nella coltivazione del pomodoro. Sono state sviluppate diverse tecnologie per la gestione di precisione delle risorse idriche, basate principalmente su tecniche di rilevamento prossimale e remoto. Per determinare il contenuto idrico delle piante, si utilizzano sensori che valutano lo stato fisiologico delle piante e del loro ambiente. Ad esempio, sensori basati sulla radiazione terahertz combinati con misurazioni dell'umidità possono determinare la pressione esercitata sulla foglia.
I sensori utilizzati per determinare il contenuto idrico delle piante si basano su una varietà di strumenti e tecnologie, tra cui la spettroscopia di impedenza elettrica, la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR), la tecnologia a ultrasuoni e la tecnologia a pinza fogliare. I sensori di umidità del suolo e i sensori di conducibilità vengono utilizzati per determinare la struttura del suolo, la salinità e la conducibilità.
Sensori di umidità e temperatura del suolo, oltre a un sistema di irrigazione automatico. Per ottenere una resa ottimale, i pomodori necessitano di un sistema di irrigazione adeguato. La crescente scarsità d'acqua minaccia la produzione agricola e la sicurezza alimentare. L'utilizzo di sensori efficienti può garantire un uso ottimale delle risorse idriche e massimizzare i raccolti.
I sensori di umidità del suolo stimano il livello di umidità del terreno. I sensori di umidità del suolo di recente sviluppo includono due piastre conduttive. Quando queste piastre vengono esposte a un mezzo conduttore (come l'acqua), gli elettroni dall'anodo migrano verso il catodo. Questo movimento di elettroni crea una corrente elettrica, che può essere rilevata utilizzando un voltmetro. Questo sensore rileva la presenza di acqua nel terreno.
In alcuni casi, i sensori del terreno sono combinati con termistori in grado di misurare sia la temperatura che l'umidità. I ​​dati provenienti da questi sensori vengono elaborati e generano un segnale di uscita bidirezionale a linea singola che viene inviato al sistema di lavaggio automatico. Quando i valori di temperatura e umidità raggiungono determinate soglie, l'interruttore della pompa dell'acqua si attiva o disattiva automaticamente.
Il bioresistore è un sensore bioelettronico. La bioelettronica viene utilizzata per controllare i processi fisiologici delle piante e le loro caratteristiche morfologiche. Recentemente, è stato sviluppato un sensore in vivo basato su transistor elettrochimici organici (OECT), comunemente noti come bioresistori. Il sensore è stato utilizzato nella coltivazione del pomodoro per valutare le variazioni nella composizione della linfa che scorre nello xilema e nel floema delle piante di pomodoro in crescita. Il sensore funziona in tempo reale all'interno della pianta senza interferire con le sue funzioni.
Poiché il bioresistore può essere impiantato direttamente negli steli delle piante, consente l'osservazione in vivo dei meccanismi fisiologici associati al movimento degli ioni nelle piante in condizioni di stress come siccità, salinità, pressione di vapore insufficiente ed elevata umidità relativa. Il bioresistore viene utilizzato anche per l'individuazione di agenti patogeni e il controllo dei parassiti. Il sensore viene inoltre impiegato per monitorare lo stato idrico delle piante.