Novi senzori tla mogli bi poboljšati učinkovitost gnojidbe usjeva

Gnojiva koja sadrže dušik koriste se za povećanje proizvodnje hrane, ali njihove emisije mogu zagađivati ​​okoliš.Za maksimalno korištenje resursa, povećanje poljoprivrednih prinosa i smanjenje rizika za okoliš, neophodno je kontinuirano praćenje svojstava tla u stvarnom vremenu, kao što su temperatura tla i emisija gnojiva.Senzor s više parametara neophodan je za pametnu ili preciznu poljoprivredu za praćenje emisija NOX plinova i temperature tla za najbolju gnojidbu.

James L. Henderson, Jr. Memorial izvanredni profesor inženjerskih znanosti i mehanike na Penn State Huanyu “Larry” Cheng vodio je razvoj višeparametarskog senzora koji uspješno razdvaja signale temperature i dušika kako bi omogućio precizno mjerenje svakog od njih.

Cheng je rekao,„Za učinkovitu gnojidbu potrebno je kontinuirano praćenje stanja tla u stvarnom vremenu, posebno iskorištenja dušika i temperature tla.To je bitno za procjenu zdravlja usjeva, smanjenje onečišćenja okoliša i promicanje održive i precizne poljoprivrede.”

Studija ima za cilj primijeniti odgovarajuću količinu za najbolji prinos usjeva.Proizvodnja usjeva može biti niža nego što može biti ako se koristi više dušika.Kada se gnojivo pretjerano primjenjuje, ono se rasipa, biljke mogu izgorjeti, a otrovne dušične pare ispuštaju se u okoliš.Poljoprivrednici mogu postići idealne razine gnojiva za rast biljaka uz pomoć točne detekcije razine dušika.

Koautor Li Yang, profesor na Školi za umjetnu inteligenciju na kineskom Tehnološkom sveučilištu Hebei, rekao je,“Na rast biljaka također utječe temperatura, koja utječe na fizičke, kemijske i mikrobiološke procese u tlu.Kontinuirano praćenje omogućuje poljoprivrednicima da razviju strategije i intervencije kada su temperature previsoke ili preniske za njihove usjeve.”

Prema Chengu, rijetko se izvještava o senzorskim mehanizmima koji mogu dobiti dušik i mjerenja temperature neovisno jedno o drugom.I plinovi i temperatura mogu uzrokovati varijacije u očitanju otpora senzora, što otežava njihovo razlikovanje.

Chengov tim stvorio je senzor visokih performansi koji može otkriti gubitak dušika neovisno o temperaturi tla.Senzor je izrađen od grafenske pjene dopirane vanadijevim oksidom, laserom inducirane, a otkriveno je da dopirajući metalni kompleksi u grafenu poboljšavaju adsorpciju plina i osjetljivost detekcije.

Budući da mekana membrana štiti senzor i sprječava prodiranje plinovitog dušika, senzor reagira isključivo na promjene temperature.Senzor se također može koristiti bez kapsuliranja i na višoj temperaturi.

To omogućuje precizno mjerenje plinovitog dušika isključujući učinke relativne vlažnosti i temperature tla.Temperatura i plinoviti dušik mogu se potpuno odvojiti bez smetnji korištenjem priloženih i neinkapsuliranih senzora.

Istraživač je rekao da bi se razdvajanje temperaturnih promjena i emisija dušika moglo koristiti za stvaranje i implementaciju multimodalnih uređaja s odvojenim senzorskim mehanizmima za preciznu poljoprivredu u svim vremenskim uvjetima.

Cheng je rekao: "Sposobnost istovremenog detektiranja ultraniskih koncentracija dušikovog oksida i malih temperaturnih promjena utire put za razvoj budućih multimodalnih elektroničkih uređaja s odvojenim senzorskim mehanizmima za preciznu poljoprivredu, praćenje zdravlja i druge primjene."

Chengovo istraživanje financirali su Nacionalni instituti za zdravlje, Nacionalna zaklada za znanost, Penn State i Kineska nacionalna zaklada za prirodne znanosti.