为了促进农业复苏，必须实施一系列监管、经济和社会变革，但技术是其中的关键一环。.
农民们正在将卫星图像、无人机、地面传感器、机器人和数据分析与人工智能 (AI) 或机器学习 (ML) 相结合，应用于再生农业或“智慧”农业实践中。借助这些现代工具，农民可以优化耕作、防治土壤退化、提高产量并提升资源利用效率。这些技术提供了以往难以获取的信息，其应用可以帮助农民积极主动地预测和适应未来的变化。.
农业成本不断上涨和资源获取受限始终是挑战，但科技带来的机遇却无比巨大。整合先进技术能够为可持续土地管理铺平道路，增强农业韧性，为更美好的未来带来希望。本文将分析科技在复兴退化土地方面的变革潜力，并探讨一些可用的工具和潜在策略。.
智慧农业工具
虽然智慧农业是一个新兴领域，但它利用传感、通信和分析技术来提高农业技术的效率、生产力和可持续性，目前正处于快速发展阶段。2023年，智慧农业市场规模达到226.5亿美元，预计2024年至2030年间的复合年增长率（CAGR）将达到13.7%。[footnoteRef:2]
面对农业领域日益严峻的挑战，智慧农业已成为一项至关重要的举措。它涵盖了利用最新最先进技术的各种工具，正在彻底改变土地利用的评估和改进方式，从而实现更高效、更可持续的耕作方式。.
卫星图像：
尽管卫星图像距离地面很远，但它却是我们掌握的最具变革性的工具之一。通过监测大片农田（这些农田通常很难从地面进行实地考察），这些图像提供了土地的空中视角，使我们能够发现隐藏的侵蚀模式、植被健康状况和土地利用情况。这些信息有助于制定有针对性的措施，从根本上解决问题。
欧洲航天局 (ESA) 长期以来一直支持智慧农业；例如，它定期发布来自其卫星的免费数据。除了这些精确的图像外，ESA 的土壤湿度和海洋盐度 (SMOS) 任务还提供土壤湿度数据，农民可以利用这些数据来规划灌溉，并及时了解干旱或缺水情况。.
土壤传感器：
智能土壤传感器无需传统的实验室土壤状况测试，即可提供连续的实时土壤状态数据。这些传感器监测土壤湿度、养分含量和pH值，从而详细展现土壤状况及其支持植物生长的能力。在退化土地上，部署诸如 Seeed Studio MODBUS-RTU RS485土壤传感器 （图1）之类的传感器，可以提供智能数据，揭示潜在的土壤问题。
Seeed Studio 的温湿度传感器具有 IP68 防护等级，因此可以长时间放置在地板上（来源：Mouser Electronics）。
这些传感器结合了对土壤湿度、温度和电流（可选）的测量，以识别问题；这提供了智能信息，并可以更好地管理资源，特别是水资源。.
智能自动化
：农业自动化为提高效率和精准度开辟了新的可能性。灌溉、病虫害防治等诸多任务都可以实现自动化，从而有助于更好地利用资源，提高作物健康和产量。
此外，还有一些互补的应用可以实现更高的效率。例如，农光互补系统（图2）利用移动式自动化太阳能电池板覆盖牲畜和农作物，在发电的同时保护或改善生长环境。.
这些解决方案中最关键的电子元件，例如微控制器、无线模块和射频模块，都在不断发展，这将有助于提高自动化应用的效率和效果，并降低实施成本。
改善生长条件的策略：
在应用再生农业措施时，必须明确一些重要方面。第一步是在确定土地用途之前，先确定具体的土壤问题；也就是说，确定土地是用于放牧、耕种还是休闲活动。
其次，必须明确可用于规划转型方案的经济和物质资源。土壤修复和复野策略已取得显著成效，但仍存在一些必须考虑的局限性。.
优化土壤流动：
卫星图像对于土壤再生至关重要，可用于监测进展和规划土地流动。如果种植园和森林未能根据土壤地形进行优化，则容易发生侵蚀和径流，导致土壤养分流失。卫星图像使我们能够根据关键线设计原则重新组织土壤[footnoteRef:4]，该原则具有诸多优势，尤其是在干旱的山地牧场。该原则识别水的自然流动方向，并通过梯田设计，根据这种自然流动方向优化水肥供应，从而有助于防止径流并减少资源消耗。
欧洲创新与技术研究院发布的报告《案例研究：再生农业实践》研究了意大利一家农场的案例。该农场的牧场不同区域高度差异显著：地势较低的区域高度达到1.8米，而山坡上的高度仅为70厘米。然而，应用关键线设计后，高度差异变得不明显。
精准放牧：
卫星图像还有助于评估牲畜对土壤的影响，从而更容易实施更精准的放牧方案，最大限度地减少对环境的影响并改善动物福利。这可以与包含精准定位模块和物联网通信的智能放牧解决方案相结合。因此，农民可以更有效地监测牲畜，并扩大其放牧面积。
u-blox MAX-M10 定位模块拥有极高的探测率，功耗仅为 25 mW，确保了更长的电池续航时间。该模块可与蓝牙®模块（例如 u-blox NORA-B1 蓝牙 5.2 模块）配合使用，实现本地物联网通信。此外， u-blox SARA-R4 系列射频模块 （如图所示）在一个模块中同时提供 LTE 移动定位和全球导航卫星系统 (GNSS) 定位功能。
u-blox SARA-R4 采用微型 SARA LGA 封装（26×16 毫米，96 引脚）（来源：Mouser Electronics）
分布式智能的实现：
与固定阈值系统或多元线性回归不同，人工智能系统具有更高的适应性，能够随着数据量的增加而持续改进和自我调整。Edge Impulse 就是这样一种系统：它是一种独立于硬件的解决方案，支持在边缘而非云端部署去中心化智能。这不仅无需互联网连接，还减少了高能耗组件的数量。
Edge Impulse 的技术已被应用于多种硬件，例如 Arduino Edge Control 控制板， 用于设计采用 AA 技术的智能灌溉系统。这款 Arduino 控制器专为智能灌溉或水培等户外应用而设计，配备 16 个用于连接静水位传感器的输入端口，以及一块续航时间长达 34 个月的 12V、5Ah 电池。它支持蓝牙连接，可进行本地通信，并且可以通过添加兼容的 Arduino MKR 扩展板，扩展支持 2G/3G/CatM1/NB-IdC、LoRa®、Sigfox 和 Wi-Fi® 调制解调器。在 Edge Impulse 主导的一项实际案例研究中，Arduino 控制器与一组继电器和静水位传感器相结合，构建了一个用于智能作物灌溉的控制和反馈系统，旨在最大限度地提高作物产量、最大限度地减少土壤退化并减少水资源浪费。
韧性农场：
智能土壤再生涉及多种工具和策略的结合，旨在使土壤恢复到可耕种状态。在土壤管理方面，像Edge Impulse案例研究中开发的解决方案，可以实现对水和肥料等资源的精准供给，同时还能在更大规模的再生项目中提供复杂的反馈机制。
智能传感器是识别重大土壤健康问题的有效起点，但它们只是持续改进体系的一部分。无论是通过直接观察还是卫星图像进行可视化分析，都能帮助农民精准定位那些通过改进土壤管理以及合理分配水、植物和牲畜资源能够取得积极成效的特定区域。遵循这些步骤，通过收集这些地点土壤传感器和智能灌溉系统的数据，农民可以确定特定地块的最佳土壤湿度或pH值等变量水平。.
这些数据可用于开发更复杂的预测模型，这些模型能够考虑未来的天气状况、动物迁徙和其他因素。反过来，这有助于对土地资源进行精细化管理，确保仅在需要时才提供资源，最大限度地减少损失，并提高整体效率。.
优化未来：
在全球范围内，尖端技术与农业领域卓越的职业道德相结合，已经产生了显著的影响。据波士顿咨询集团（BCG）称，再生农业实践可以将农场的盈利能力提高70%至120%，同时减少50%的化肥用量和高达75%的农药用量——所有这些都可以在保持或提高生产力的同时实现。[footnoteRef:7]
智慧农业使我们能够更紧密地与自然合作，从而抵消过度耕作和极端天气的影响。土壤传感器和卫星图像等技术帮助我们了解大片区域的实际问题，这是实验室测试无法实现的。此外，当这些系统持续运行时，它们可以用于持续管理水、农药和肥料的供应，并根据土壤和气候条件的变化进行调整，从而帮助我们更有效地满足未来的粮食需求。.
作者：Mark Patrick，贸泽电子欧洲、中东和非洲地区技术内容总监
