引言：在当今面对气候变迁与资源枯竭的挑战下，可持续发展已成为全球共同努力的方向。智能传感技术在推动永续农业与环境保护中扮演了关键角色，其中土壤传感器与二氧化碳传感器的应用日益受到重视。通过实时监测土壤湿度、养分含量与大气中的二氧化碳浓度，这些传感器能优化农业灌溉与施肥策略，提升农作物产量与资源使用效率，推进气候行动与土地永续利用。本文将探讨这两类传感器如何在实现可持续发展目标中发挥实质效益，以及Murata（村田制作所）所推出的解决方案。
全球变暖引起的气候变化导致气温上升和海平面上升，全球在不断出现干旱的同时，因大雨造成的损害也在不断增加，世界各地的海洋和陆地都遭受到多种不良影响。其中，对农田土壤带来的不良影响将造成植物停止生长等农业危害，严重影响到食物供给的稳定性。想要实现可持续性农业，就需要对遭受不良影响的土壤尽快采取应对措施。
当前，因暴雨等引起的水灾大多与全球变暖有关，而另一方面，世界上也存在一些地区，担心受气候变化的影响会导致降雨减少。而这类地区开始出现的问题是土壤中的盐类聚集和对农作物造成的盐害。在干旱地带，地下水上升到地表蒸发的水量多于雨水量。其结果就是，地下水中含有的盐分会停留在地表附近（盐类聚集），有时这就会成为导致农作物遭受盐害的原因。另外，不适当的灌溉有时也会引起农田的盐类聚集。此外，海啸淹没农田，也是土壤盐分上升的原因之一。
盐害对农作物造成的主要坏处，便是植物会受根部生长深度土壤中聚集的盐分浓度的影响，农作物的水分吸收会受到遏制，养分也会严重失衡，农作物会因此而无法正常吸收必要的养分、水分。另外，盐害有时也会对土壤的物理性和生物性产生影响，因此，土壤如果出现盐分聚集，就会变成不适合农作物生产的土壤。
想要对于农田的盐分浓度进行时变性测量时，可以使用土壤传感器。通过在农田中插入土壤传感器进行监测，然后通过无线通信，持续收集整个种植期间的数据。土壤传感器能够同时监测地温和EC（导电性）值与温度，当土壤中的盐分含量越高，电流就越容易流动，因此能够将测量出的EC值作为盐分浓度的指标加以使用，并对其变化进行持续性观测。
土壤传感器是为了持续监测农田土壤和水质中的状态，并实现可视化所开发的传感器。Murata推出的土壤传感器将3个传感器内置于一个封装中，可以在土壤和水中同时测量EC（导电率）、Moisture（体积含水量，VWC）、Temperature（温度）。采用了专有的9电极的EC传感器，通过多种测量模式和专有的算法，为排除土壤的不确定性做出贡献。
Murata的土壤传感器引入了专有的9电极与专有算法的EC传感器，可实现只对孔隙水导电率和肥料量的测量，EC的测量伴随着土壤性质、空气、水分、离子等很多不确定性，但Murata的EC传感器可通过丰富的测量模式与更改电阻值的测量范围（单元常数）排除不确定性。高精度水分传感器实现了温度依赖的补偿与离子影响的遏制，并具有相当于IP68的牢固结构与高耐腐蚀性的品质，可耐受野外环境，专有技术可用于实现人工培养土岩棉、椰糠的测量。
Murata的土壤传感器基于专有的算法，实现了只对肥料量的测量。土壤是由土粒、空气、和孔隙水这3种成分组成的，如用少量电极进行计测时，往往存在受含水量的影响而无法正确计测的问题，而Murata的土壤传感器能够通过特别的算法，仅对肥料量进行计测。因此，可在农作物成长过程中，预防持续施肥导致土壤中的化肥蓄积，以及过剩施肥造成水质污染。
Murata的土壤传感器还具备可修正温度依赖性和遏制离子影响的高精度水分传感器，自动灌溉和施肥系统具有温度依赖性，这点容易产生问题，利用介电常数的传感器有时会因离子的存在，受到介电常数变化的影响，但Murata使用专有的算法补偿温度依赖性，通过使用高频测量实现了遏制离子的影响。
Murata的土壤传感器还具备简单且丰富的接口，可将EC（导电率）、含水量和温度3个传感器收纳在同一封装内的简单接口，并推出了RS232E（SLT5005）、UART（SLT5006）、RS485（SLT5007）、SDI-12（SLT5008）、RS485MODBUS（SLT5009）等5个产品系列。
Murata的土壤传感器拥有可耐受户外环境的牢固结构与高耐腐蚀性的品质，由于在户外使用的土壤传感器会被长期设置在土壤及水分中，因此传感器自身必须坚固，并且电极也应耐腐蚀。Murata制造的土壤传感器将传感器元器件收纳在坚固的壳体内，实现了相当于IP68的很强防尘防水结构，同时通过使用不会促使电极腐蚀的低电压及耐腐蚀性强的金属材料，实现了可耐受长期使用的品质。此外，土壤传感器只需埋设在土壤里即可完成安装，因此可在任何环境下方便地安装使用。
Murata土壤传感器的主要用途包括在农业应用方面，进行对土壤中的温度、盐分、含水量、肥料量的长期监控，以及对灌溉系统的控制，此外，也可用于河流、湖泊的长期水质监控、养殖池塘的水质控制、土壤和水质的研究等领域。
CO2（二氧化碳、Carbon dioxide）在室温下是无色无味的气体，通过人类和动物的呼吸作用以及有机物的燃烧释放到空气中，并通过植物的光合作用被消耗。人们认为全球变暖是CO2、甲烷、一氧化二氮和氟利昂气体等温室气体增加造成的，其中CO2的影响很大。为了遏制全球变暖、维护人类社会和自然环境，减少CO2排放量已成为亟待解决的重大课题。
CO2的浓度也会对人体造成影响，像是干冰和灭火器中使用了CO2，但如果使用不当，将导致空气中的CO2浓度过高，则有二氧化碳中毒的危险。良好的通风标准是将室内CO2浓度保持在1000ppm以下，在住宅和办公室等人员密集的室内空间需要经常通风。为了控制CO2浓度，适当的通风和使用CO2传感器进行管理非常有效，从测量精度的角度来看，建议使用NDIR（非分散红外吸收法）方式的CO2传感器。
另一方面，二氧化碳浓度的测量还可应用于农业中的使用和管理。植物通过光合作用消耗CO2，而封闭的农业绿色大棚内容易变为CO2不足的环境。通过使用CO2气体发生装置和CO2传感器来控制绿色大棚内的CO2浓度，将可推进农作物生长，有望提高产量并改进质量。
CO2传感器的可靠性将因应用而异，在被认为特别严格的农业用途中，会在高温高湿的环境中长时间使用，有时还会在出现结露的环境中使用。此外，为了预防作物病害和提高质量，有时还会用于硫磺熏蒸环境中，这对电子设备来说是比较恶劣的环境。
CO2传感器用途丰富，包括推进农作物的光合作用、控制居住空间和建筑物的空调、管理车内空气质量以及检测冰箱的制冷剂泄漏等。传感器运作方式可根据精度、可靠性、耐环境性、免校正、尺寸、价格和输出接口等每种应用的要求事项进行选择。有些应用需要小型和较低的价格，而其他应用则需要传感器免校正、长期保持准确且不容易发生故障。
Murata推出可用于智慧农业和绿色大棚的CO2传感器（IMG-CA0012-00），产品具有长期稳定性和高测量精度，并且有望提高维护性，其温度特性良好，因此非常适合用于白天温度波动较大、环境湿度高的绿色大棚。由于漂移少，因此可以阻止石油燃料的过度使用，并能通过稳定施用CO2来提高产量。Murata的CO2传感器通过采用防潮涂层和高性能空气过滤器，提高了耐环境性能，而且内置了防浪涌电源电路，还提供设置容易、带外壳和电缆的型号。
Murata的CO2传感器采用双光束NDIR方式，能正确测量约400ppm或更低的大气浓度的精度。准确测量CO2浓度，以便设备可适时提供CO2，为提高农作物产量和质量做贡献。Murata的CO2传感器通过专有的结构和算法，自动校正测量值的老化，实现了长期稳定性和免维护。除了用于系统集成的模块化产品外，产品阵容中还有易于设置、带有农用外壳和电缆的型号。
此外，Murata的CO2传感器还可用于楼宇空调控制、室内环境测量，产品设计寿命为10年，可安装在楼宇空调管道的型号将使更换更容易，通过专有的结构和算法，自动校正测量值的老化，通过长期稳定性和免维护实现了能源节省。
土壤传感器与二氧化碳传感器在推动可持续发展目标方面展现了很强的应用潜力。通过对土壤状况的准确监测，农业生产得以更加节水、省肥与优效。同时，二氧化碳传感器可用于监测二氧化碳浓度，确保人员安全，也可用于改进农作物的生产与质量。Murata推出的土壤传感器与二氧化碳传感器，将在实现粮食安全、环境永续与智能管理等方面发挥更关键的作用，为人类与地球共创绿色未来。