Published April 15, 2024 | Version v1
Publication Open

IoT-based Smart Drip Irrigation Scheduling and Wireless Monitoring of Microclimate in Sweet Corn Crop under Plastic Mulching

Creators

  • 1. Central Institute of Agricultural Engineering
  • 2. Indian Agricultural Research Institute

Description

Abstract Precision irrigation with IoT-based decision-making technologies has proven effective in optimizing agricultural production irrigation. The Internet of Things (IoT) is crucial for monitoring the real-time data from sensors and automatically activating irrigation systems. This study evaluated the effectiveness of a drip irrigation system based on IoT and soil moisture sensors in a field experiment with sweet corn between 2020 and 2022. There were nine treatments with three replications: ETc-based drip irrigation (ETc 100%) and IoT-based drip irrigation scheduling with two soil moisture levels under three mulches: black plastic mulch, silver plastic mulch, and control (bare soil). IoT-based drip irrigation scheduling (100% FC) applied irrigation when soil moisture reached a lower threshold (≤ 33.1%) and ended when the field capacity was reached (≥ 43.5). With IoT-based drip irrigation scheduling (80% FC), irrigation was applied when the soil moisture content reached the threshold (≤ 33.1%) and ended when the field capacity reached 80% (≥ 34.8). Growth variables (root biomass, yield, corn length, cob weight, and water productivity) were compared for each irrigation method. Results showed that the ET-based irrigation method was easier to implement with less infrastructure and could result in lower yields than the IoT-based drip irrigation method with 100% FC. Grain and stalk yields increased by more than 12.05% and 14.97% for the IoT irrigation with 100% FC. It was found that IoT-based drip irrigation with 100% FC and 80% FC used 12.7% and 24.5% less irrigation water, respectively, and provided IoT-based drip irrigation with 100% FC, there was a 12.8% increase in marketable yield than ETc and IoT-based drip irrigation with 80% FC. The results show that the developed IoT system can potentially monitor the microclimate of plants in real time under different conditions of using plastic mulch. The IoT system is rugged and water-resistant, making it suitable for outdoor agriculture. Solar panels power the system, so there is no need for cabling and sensor nodes can be efficiently monitored. Research conducted on the IoT system shows that it can record and display environmental parameters to users via the cloud (ThingSpeak).

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

ملخص أثبت الري الدقيق بتقنيات صنع القرار القائمة على إنترنت الأشياء فعاليته في تحسين ري الإنتاج الزراعي. يعد إنترنت الأشياء (IoT) أمرًا بالغ الأهمية لمراقبة البيانات في الوقت الفعلي من أجهزة الاستشعار وتنشيط أنظمة الري تلقائيًا. قيمت هذه الدراسة فعالية نظام الري بالتنقيط بناءً على أجهزة استشعار إنترنت الأشياء ورطوبة التربة في تجربة ميدانية مع الذرة الحلوة بين عامي 2020 و 2022. كان هناك تسعة علاجات مع ثلاثة تكرارات: الري بالتنقيط القائم على ETc (ETc 100 ٪) وجدولة الري بالتنقيط القائم على إنترنت الأشياء مع مستويين من رطوبة التربة تحت ثلاثة نشارة: نشارة بلاستيكية سوداء، نشارة بلاستيكية فضية، والتحكم (التربة العارية). تم تطبيق جدولة الري بالتنقيط القائمة على إنترنت الأشياء (100 ٪ FC) على الري عندما وصلت رطوبة التربة إلى عتبة أقل (≤ 33.1 ٪) وانتهت عند الوصول إلى السعة الميدانية (≥ 43.5). مع جدولة الري بالتنقيط القائم على إنترنت الأشياء (80 ٪ FC)، تم تطبيق الري عندما وصل محتوى رطوبة التربة إلى العتبة (≤ 33.1 ٪) وانتهى عندما وصلت القدرة الميدانية إلى 80 ٪ (≥ 34.8). تمت مقارنة متغيرات النمو (الكتلة الحيوية الجذرية، والغلة، وطول الذرة، ووزن الكوز، وإنتاجية المياه) لكل طريقة من طرق الري. أظهرت النتائج أن طريقة الري القائمة على ET كانت أسهل في التنفيذ مع بنية تحتية أقل ويمكن أن تؤدي إلى عوائد أقل من طريقة الري بالتنقيط القائمة على إنترنت الأشياء مع FC بنسبة 100 ٪. زادت غلة الحبوب والساق بأكثر من 12.05 ٪ و 14.97 ٪ لري إنترنت الأشياء بنسبة 100 ٪ FC. وجد أن الري بالتنقيط القائم على إنترنت الأشياء مع 100 ٪ FC و 80 ٪ FC استخدم 12.7 ٪ و 24.5 ٪ أقل من مياه الري، على التوالي، وقدم الري بالتنقيط القائم على إنترنت الأشياء مع 100 ٪ FC، كانت هناك زيادة بنسبة 12.8 ٪ في العائد القابل للتسويق من ETc والري بالتنقيط القائم على إنترنت الأشياء مع 80 ٪ FC. تظهر النتائج أن نظام إنترنت الأشياء المطور يمكن أن يراقب المناخ المحلي للنباتات في الوقت الفعلي في ظل ظروف مختلفة من استخدام المهاد البلاستيكي. نظام إنترنت الأشياء متين ومقاوم للماء، مما يجعله مناسبًا للزراعة في الهواء الطلق. تعمل الألواح الشمسية على تشغيل النظام، لذلك ليست هناك حاجة للكابلات ويمكن مراقبة عقد المستشعر بكفاءة. تُظهر الأبحاث التي أجريت على نظام إنترنت الأشياء أنه يمكنه تسجيل وعرض المعلمات البيئية للمستخدمين عبر السحابة (ThingSpeak).

Translated Description (French)

Résumé L'irrigation de précision avec des technologies de prise de décision basées sur l'IdO s'est avérée efficace pour optimiser l'irrigation de la production agricole. L'Internet des objets (IoT) est crucial pour surveiller les données en temps réel des capteurs et activer automatiquement les systèmes d'irrigation. Cette étude a évalué l'efficacité d'un système d'irrigation goutte à goutte basé sur l'IdO et des capteurs d'humidité du sol dans une expérience sur le terrain avec du maïs sucré entre 2020 et 2022. Il y a eu neuf traitements avec trois réplications : irrigation au goutte-à-goutte à base d'ETc (ETc 100 %) et planification de l'irrigation au goutte-à-goutte à base d'IoT avec deux niveaux d'humidité du sol sous trois paillis : paillis en plastique noir, paillis en plastique argenté et contrôle (sol nu). La planification de l'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IdO (100 % FC) a appliqué l'irrigation lorsque l'humidité du sol a atteint un seuil inférieur (≤ 33,1 %) et a pris fin lorsque la capacité du champ a été atteinte (≥ 43,5). Avec la planification de l'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IdO (80% FC), l'irrigation a été appliquée lorsque la teneur en humidité du sol a atteint le seuil (≤ 33,1%) et s'est terminée lorsque la capacité du champ a atteint 80% (≥ 34,8). Les variables de croissance (biomasse racinaire, rendement, longueur du maïs, poids des épis et productivité de l'eau) ont été comparées pour chaque méthode d'irrigation. Les résultats ont montré que la méthode d'irrigation basée sur l'ET était plus facile à mettre en œuvre avec moins d'infrastructures et pourrait entraîner des rendements inférieurs à ceux de la méthode d'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IoT avec 100 % de FC. Les rendements en céréales et en tiges ont augmenté de plus de 12,05 % et de 14,97 % pour l'irrigation IoT avec 100 % de FC. Il a été constaté que l'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IdO avec 100 % de FC et 80 % de FC utilisait 12,7 % et 24,5 % moins d'eau d'irrigation, respectivement, et que l'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IdO avec 100 % de FC, il y avait une augmentation de 12,8 % du rendement commercialisable par rapport à l'ETc et à l'irrigation au goutte-à-goutte basée sur l'IdO avec 80 % de FC. Les résultats montrent que le système IoT développé peut potentiellement surveiller le microclimat des plantes en temps réel dans différentes conditions d'utilisation du paillis en plastique. Le système IoT est robuste et résistant à l'eau, ce qui le rend adapté à l'agriculture en plein air. Les panneaux solaires alimentent le système, il n'y a donc pas besoin de câblage et les nœuds de capteurs peuvent être surveillés efficacement. Les recherches menées sur le système IoT montrent qu'il peut enregistrer et afficher des paramètres environnementaux aux utilisateurs via le cloud (ThingSpeak).

Translated Description (Spanish)

Resumen El riego de precisión con tecnologías de toma de decisiones basadas en IoT ha demostrado ser eficaz para optimizar el riego de la producción agrícola. El Internet de las cosas (IoT) es crucial para monitorear los datos en tiempo real de los sensores y activar automáticamente los sistemas de riego. Este estudio evaluó la efectividad de un sistema de riego por goteo basado en IoT y sensores de humedad del suelo en un experimento de campo con maíz dulce entre 2020 y 2022. Hubo nueve tratamientos con tres réplicas: riego por goteo a base de ETc (ETc 100%) y programación de riego por goteo a base de IoT con dos niveles de humedad del suelo bajo tres acolchados: mantillo de plástico negro, mantillo de plástico plateado y control (suelo desnudo). La programación de riego por goteo basada en IoT (100% FC) aplicó riego cuando la humedad del suelo alcanzó un umbral más bajo (≤ 33.1%) y terminó cuando se alcanzó la capacidad de campo (≥ 43.5). Con la programación de riego por goteo basada en IoT (80% FC), el riego se aplicó cuando el contenido de humedad del suelo alcanzó el umbral (≤ 33.1%) y terminó cuando la capacidad del campo alcanzó el 80% (≥ 34.8). Se compararon las variables de crecimiento (biomasa radicular, rendimiento, longitud del maíz, peso de la mazorca y productividad del agua) para cada método de riego. Los resultados mostraron que el método de riego basado en ET era más fácil de implementar con menos infraestructura y podría resultar en rendimientos más bajos que el método de riego por goteo basado en IoT con 100% FC. Los rendimientos de granos y tallos aumentaron en más de 12.05% y 14.97% para el riego IoT con 100% FC. Se encontró que el riego por goteo basado en IoT con 100% FC y 80% FC usaba 12.7% y 24.5% menos de agua de riego, respectivamente, y siempre que el riego por goteo basado en IoT tuviera 100% FC, hubo un aumento del 12.8% en el rendimiento comercializable que el ETc y el riego por goteo basado en IoT con 80% FC. Los resultados muestran que el sistema IoT desarrollado puede monitorear potencialmente el microclima de las plantas en tiempo real bajo diferentes condiciones de uso de mantillo plástico. El sistema IoT es robusto y resistente al agua, lo que lo hace adecuado para la agricultura al aire libre. Los paneles solares alimentan el sistema, por lo que no hay necesidad de cableado y los nodos de los sensores se pueden monitorear de manera eficiente. La investigación realizada en el sistema IoT muestra que puede registrar y mostrar parámetros ambientales a los usuarios a través de la nube (ThingSpeak).

Files

latest.pdf.pdf

Files (1.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:2b699a25d97f10874f439c28cccfbde8
1.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
جدولة الري بالتنقيط الذكي القائم على إنترنت الأشياء والمراقبة اللاسلكية للمناخ الصغير في محصول الذرة الحلوة تحت التغطية البلاستيكية
Translated title (French)
Programmation intelligente de l'irrigation goutte-à-goutte basée sur l'IdO et surveillance sans fil du microclimat dans les cultures de maïs doux sous paillage en plastique
Translated title (Spanish)
Programación de riego por goteo inteligente basada en IoT y monitoreo inalámbrico del microclima en cultivos de maíz dulce bajo acolchado de plástico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394822804
DOI
10.21203/rs.3.rs-4234762/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W3114320076 (Other)
https://openalex.org/W2991680110 (Other)
https://openalex.org/W2807688434 (Other)
https://openalex.org/W2602334118 (Other)
https://openalex.org/W2462659182 (Other)
https://openalex.org/W2368997967 (Other)
https://openalex.org/W2187364339 (Other)
https://openalex.org/W2097685602 (Other)
https://openalex.org/W2029263495 (Other)
https://openalex.org/W1986414392 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1972062750
  • https://openalex.org/W2021973007
  • https://openalex.org/W2037243878
  • https://openalex.org/W2044919575
  • https://openalex.org/W2044962550
  • https://openalex.org/W2106672917
  • https://openalex.org/W2191331024
  • https://openalex.org/W2319636699
  • https://openalex.org/W2394446174
  • https://openalex.org/W2576425990
  • https://openalex.org/W2771058985
  • https://openalex.org/W2775180661
  • https://openalex.org/W2907017276
  • https://openalex.org/W2966193613
  • https://openalex.org/W2972360183
  • https://openalex.org/W2998133044
  • https://openalex.org/W3009806246
  • https://openalex.org/W3044921708
  • https://openalex.org/W3119005661
  • https://openalex.org/W3213916909
  • https://openalex.org/W4211039917
  • https://openalex.org/W4238089893
  • https://openalex.org/W4307404605
  • https://openalex.org/W4367397249