農作物什麼時候需要澆水？肥料施得夠不夠？以往農民多仰賴天氣預報、土壤檢測及種植經驗來判斷。如今，美國研究人員開發出可以直接貼在植物身上的感測器，讓農民隨時掌握作物的生長狀況，進一步決定何時該澆水、施肥，以及需要補充多少水分和肥料。

美國農業部國家糧食暨農業研究院（National Institute of Food and Agriculture, NIFA）今年2月公布一項研究成果，由喬治亞大學、愛荷華州立大學及內布拉斯加大學林肯分校共同開發「植物穿戴式感測器」。這套設備可以持續監測植物的溫度、水分及養分的變化，協助農民更精確地管理農田，減少不必要的水資源及肥料浪費。

研究團隊開發的感測器體積相當小，有些甚至只有指尖大小，可以直接貼在植物葉片上，持續測量溫度、濕度及植物發出的微弱電訊號，藉此了解植物的狀況。

另一種感測器則是配有極細的針頭，可以插入植物莖部，測量植物體內的硝酸鹽含量。硝酸鹽是植物取得氮肥養分的重要來源，透過這項測量，農民可以進一步瞭解作物是否獲得足夠的養分。此外，研究人員也開發出可以埋入土壤的感測器，持續監測土壤的水分及氮肥含量。

為了讓這套感測器能夠實際運用於農場，研究團隊特別採用價格較低的塑膠材料及一般電子零件作為材料，降低製造成本。並且，感測器所收集的數據，可透過網路直接傳送到農民的手機。如此一來，農民只要透過手機即可查看農作物的最新狀況，不必完全依賴定期採集土壤樣本，或親自走進農場裡實地觀察。

除了蒐集植物及土壤資訊外，研究團隊還將感測器取得的資料，結合無人機拍攝的農田影像、衛星資料及人工智慧分析，在電腦裡建立一座與真實農田相對應的虛擬農場。

這座虛擬農場會隨著最新資料不斷更新，協助農民了解不同區域的作物生長情況。例如：當系統發現某個區域的葉片溫度異常升高，可能代表植物正處於高溫或缺水狀態，便會建議農民優先針對該區域進行灌溉；如果只有部分土地的氮肥含量不足，亦可針對該特定區域補充肥料，而不必進行大規模施肥。這種作法不僅有助於降低農民的種植成本，也能避免施用過多肥料，造成環境污染。

目前研究團隊已在美國愛荷華州及內布拉斯加州進行實地測試。結果顯示，約三分之二的葉片感測器，即使經過強風、豪雨及烈日曝曬，仍能持續運作超過兩個月，並提供有效數據。

對農民而言，澆水與施肥看似是日常工作，實際上卻直接影響農作物的產量與種植成本。水澆得太少，作物無法正常生長；肥料施得太多，不僅增加支出，也可能造成環境污染。未來若能進一步結合自動灌溉及施肥設備，便有機會做到哪一區缺水就澆哪一區、哪一區缺肥就補哪一區，讓農場管理更加精準及有效率，亦可減少不必要的資源浪費。