将实验室送入农田上空：科学家开发无人机实现硝酸盐实时监测
在传统的农业环境中，水体或土壤样本的检测往往需要先运送到实验室进行分析。而如果将整个“实验室”直接带到采样点，又会带来哪些变革？
近日，来自爱荷华州立大学的研究人员推出了一项创新方案——一种搭载微型检测设备的无人机，能够在农田上空对水体样本进行原位分析。这项技术的成果已于 12 月 17 日发表在《ACS Sensors》期刊。
研究团队指出，这项技术有望提升农民对化肥施用量的精准把控，同时缓解因硝酸盐径流过量引发的水体污染问题。
氮肥在现代农业中扮演着关键角色，但其中相当一部分会随着田间排水系统流失。这部分残余氮在水体中可进一步转化为硝酸盐，进而引发藻类过度繁殖、形成低氧“死水区”，甚至威胁饮用水安全。
由于这些径流常出现在偏远田地或泥泞沟渠中，常规的采样和检测流程往往面临操作困难。因此，科学家们一直在寻找能够远程完成监测的新方法。
在此次研究中，乔纳森・克劳森（Jonathan Claussen）及其团队提出了一种更加经济、高效的无人机检测系统，专门用于农田区域的营养盐污染监测。
该系统由一套定制泵、低成本的电化学硝酸盐传感器以及电位测量设备组成，全部集成在一架商用无人机上。通过下方连接的软管，无人机在飞行过程中即可完成对水体样本的吸入与分析，单次检测耗时约七分钟。
检测数据存储于机载存储卡中，便于后续分析。该系统可在一次飞行中连续处理多个样本，无需频繁着陆。
实验结果表明，该电化学传感器对硝酸盐的检测下限为 2.5 ppm，准确度达到了传统实验室方法的 95%。
在爱荷华州一处农业区的排水沟测试中，无人机测得的平均硝酸盐浓度为 5.39 ppm，与历史数据吻合良好，并低于美国环境保护署所设定的饮用水硝酸盐浓度上限 10 ppm。
团队表示，该技术为未来开发更多基于无人机的“移动实验室”应用提供了可行路径，包括对水中细菌、农药残留等污染物的快速检测。
IT之家附论文 DOI：10.1021/acssensors.5c02620。