Novi senzori za tlo mogli bi poboljšati efikasnost gnojidbe usjeva

Gnojiva koja sadrže dušik koriste se za povećanje proizvodnje hrane, ali njihove emisije mogu zagađivati okoliš. Za maksimiziranje korištenja resursa, povećanje poljoprivrednih prinosa i smanjenje ekoloških rizika, neophodno je kontinuirano praćenje svojstava tla u stvarnom vremenu, kao što su temperatura tla i emisija gnojiva. Za pametnu ili preciznu poljoprivredu potreban je višeparametarski senzor za praćenje emisija NOX plinova i temperature tla za najbolju gnojidbu.

James L. Henderson, mlađi, memorijalni vanredni profesor inženjerskih nauka i mehanike na Državnom univerzitetu Penn, Huanyu "Larry" Cheng, vodio je razvoj višeparametarskog senzora koji uspješno odvaja signale temperature i dušika kako bi omogućio precizno mjerenje svakog od njih.

Čeng je rekao,„Za efikasnu gnojidbu, potrebno je kontinuirano i u realnom vremenu pratiti stanje tla, posebno iskorištenje dušika i temperaturu tla. Ovo je ključno za procjenu zdravlja usjeva, smanjenje zagađenja okoliša i promoviranje održive i precizne poljoprivrede.“

Studija ima za cilj korištenje odgovarajuće količine za najbolji prinos usjeva. Proizvodnja usjeva može biti niža nego što bi mogla biti ako se koristi više dušika. Kada se gnojivo primjenjuje prekomjerno, ono se rasipa, biljke mogu izgorjeti, a otrovne dušikove pare se ispuštaju u okoliš. Poljoprivrednici mogu postići idealne nivoe gnojiva za rast biljaka uz pomoć preciznog otkrivanja nivoa dušika.

Koautor Li Yang, profesor na Školi za vještačku inteligenciju na Tehnološkom univerzitetu Hebei u Kini, rekao je:„Rast biljaka je također pod utjecajem temperature, koja utječe na fizičke, hemijske i mikrobiološke procese u tlu. Kontinuirano praćenje omogućava poljoprivrednicima da razviju strategije i intervencije kada su temperature previsoke ili preniske za njihove usjeve.“

Prema Chengu, rijetko se izvještava o mehanizmima detekcije koji mogu dobiti mjerenja dušika i temperature neovisno jedno od drugog. I plinovi i temperatura mogu uzrokovati varijacije u očitavanju otpora senzora, što otežava njihovo razlikovanje.

Chengov tim je stvorio visokoperformansni senzor koji može detektovati gubitak azota nezavisno od temperature tla. Senzor je napravljen od laserski indukovane grafenske pjene dopirane vanadijum oksidom, a otkriveno je da dopiranje metalnih kompleksa u grafenu poboljšava adsorpciju gasa i osjetljivost detekcije.

Budući da mekana membrana štiti senzor i sprječava prodiranje dušika, senzor reagira isključivo na promjene temperature. Senzor se može koristiti i bez enkapsulacije i na višim temperaturama.

Ovo omogućava precizno mjerenje azota isključivanjem uticaja relativne vlažnosti i temperature tla. Temperatura i azot mogu se potpuno i bez smetnji odvojiti korištenjem zatvorenog i nezaštićenog senzora.

Istraživač je rekao da bi se razdvajanje promjena temperature i emisija dušikovog plina moglo koristiti za stvaranje i implementaciju multimodalnih uređaja s odvojenim mehanizmima senzora za preciznu poljoprivredu u svim vremenskim uvjetima.

Cheng je rekao: „Sposobnost istovremenog detektovanja ultra niskih koncentracija azotnih oksida i malih promjena temperature otvara put razvoju budućih multimodalnih elektronskih uređaja sa odvojenim mehanizmima detekcije za preciznu poljoprivredu, praćenje zdravlja i druge primjene.“

Chengovo istraživanje finansirali su Nacionalni institut za zdravlje, Nacionalna naučna fondacija, Penn State i Kineska nacionalna fondacija za prirodne nauke.