如何利用近红外传感技术实现土壤监测？

微访谈：Si-Ware Systems全球市场和业务开发执行副总裁Scott Smyser

AZoM近日就近红外（NIR）传感技术如何支持农业供应链，采访了Si-Ware Systems公司的全球市场和业务开发执行副总裁Scott Smyser先生。麦姆斯咨询对访谈内容进行了编译整理，以飨国内读者。

Q：推动农业生产力需求的因素有哪些？

Scott Smyser：不断增长的世界人口对农业供应链的需求越来越大，无论是农作物还是牲畜。这意味着农民需要不断提高效率，以尽可能获得更高的产量。为此，农民需要能够提供农场实时信息的监测工具，以便及时采取行动并作出调整。

Q：土壤感知如何帮助提高农业生产力？

Scott Smyser：农民需要最大限度地提高作物产量，这其中很关键的措施就是了解土壤健康状况，以便正确地平衡土壤养分。对于有能力支付土壤检测的农场，他们需要将土壤样本送到第三方实验室进行检测。这不仅费时费力、成本高昂，而且往往不能提供实时的结果。而对于那些无法承担实验室测试的农场来说，他们只能凭借经验来进行猜测，尤其是在施肥方面，因此，很多农田都有过度施肥的情况。

Q：如何利用近红外传感技术实现土壤监测？

Scott Smyser：近红外光谱法可以用于测定土壤中的氮、磷、钾等养分。通过了解这些养分在农田间的分布，农民可以优化施肥。借助Si-Ware的微型低成本传感解决方案——NeoSpectra扫描仪，农民可以在现场实现这种分析，而不必把样本再送到第三方实验室。他们可以通过集成扫描仪的系统，实时得到土壤检测结果，然后即时采取行动。并且，可以在整个生长季节持续监测，以不断优化施肥。

Si-Ware推出的NeoSpectra-Micro集成光谱传感器

Q：近红外传感技术如何应用于乳品分析？

Scott Smyser：近红外光谱可以用于检测牛奶中的脂肪、蛋白质和乳糖等成分。因此，近红外光谱扫描仪可以用于农场的牛奶收集。如果在挤奶机上就可以实现这种测量，农民就可以知道每头奶牛的实际产奶情况。通过这种实时监测，农民可以及时调整饲料策略，最大限度地提高和优化奶牛的产量。

现有的近红外光谱系统往往体积庞大、价格昂贵，无法实现这种应用。而Si-Ware的NeoSpectra-Micro光谱传感器体积小、成本低，可以轻松地集成在挤奶机上。

另一个应用场景是牛奶奶源的收购。例如，印度是最大的奶制品市场之一，由成千上万的小奶农组成。他们把牛奶送到奶源收集中心。在那里，奶农根据牛奶的体积和重要成分（如脂肪）来获得报酬。众所周知，奶农通常会在牛奶中加入添加剂或掺假物，以增加体积和脂肪含量。目前的超声波系统只能测量脂肪。而小型的近红外分析仪不仅可以测量脂肪（以及蛋白质和乳糖），还可以确定是否有其它掺假物或添加剂。Si-Ware已经证明其NeoSpectra-Micro光谱传感器可以测定牛奶的成分，包括添加剂的识别。

Q：在提高农业生产力方面，近红外传感技术还有哪些应用？

Scott Smyser：除了奶制品应用，近红外光谱技术还可以用于牲畜饲料分析。与土壤一样，牲畜饲料通常也是需要送到第三方实验室才能检测，以确定营养成分，从而进行调整，优化饲料。我们可以利用Neospetract扫描仪开发一个系统，使农民可以在农场实时进行检测，从而节省时间和成本。

另外，还可以在联合收割机、饲料机械和打捆机等农业机械上应用近红外光谱技术。这可以帮助农民测量他们的作物质量，从而在收割时实时做出决策，优化收割计划。同样，市场上也已经有可以集成在这些农业机械上的近红外系统，不过，同样由于尺寸和成本原因，它们的应用率很低。我们的NeoSpectra-Micro光谱传感器的成本很低，可以推动近红外技术在农业机械上更广泛的应用。

Q：NeoSpectra系列光谱扫描仪相比市场上的其它产品有何优势？

Scott Smyser：NeoSpectra光谱传感解决方案提供了一种小尺寸、低成本的高性能组合。NeoSpectra传感器本质上是一种傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪，它利用半导体MEMS技术实现了微型化。FT-IR光谱技术是一种成熟的光谱技术，它提供了很宽的光谱范围，以实现最佳的定性和定量检测。NeoSpectra光谱传感解决方案可以获得接近实验室光谱仪的测量结果。其另一个性能优势是鲁棒性。得益于光学器件的半导体集成，NeoSpectra光谱传感器具有卓越的抗冲击和抗振动性能。此外，除了性能，NeoSpectra传感解决方案可以实现大批量的低成本生产。

NeoSpectra光谱传感器核心组件包括：光学器件（包括光源和反射光的收集）、ASIC（减少外部组件，优化性能的专有设计）以及探测组件（单片MEMS迈克耳逊干涉仪，单芯片非制冷InGaAs探测器）

Q：您对Si-Ware的未来有何展望？

Scott Smyser：Si-Ware已经发展成为一家光谱传感解决方案提供商，致力于为客户开发更完整的光谱传感解决方案。我们的传感技术在软硬件方面都已经实现商业化，为市场带来了NeoSpectra扫描仪。未来，我们还可以与客户合作，通过调整传感光学器件、其它组件的系统集成、软件接口，以及化学计量学模型，使我们的传感解决方案适用于更广泛的特定应用。

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