Novi senzori tla mogli bi poboljšati efikasnost đubrenja usjeva

Gnojiva koja sadrže dušik koriste se za povećanje proizvodnje hrane, ali njihove emisije mogu zagaditi okoliš.Za maksimiziranje korišćenja resursa, podizanje poljoprivrednih prinosa i smanjenje rizika po životnu sredinu, od suštinskog je značaja kontinuirano praćenje svojstava zemljišta u realnom vremenu, kao što su temperatura zemljišta i emisija đubriva.Senzor sa više parametara je neophodan za pametnu ili preciznu poljoprivredu za praćenje emisija gasova NOX i temperature tla za najbolje đubrenje.

James L. Henderson, Jr. Memorial vanredni profesor inženjerskih nauka i mehanike u Penn State Huanyu “Larry” Cheng predvodio je razvoj višeparametarskog senzora koji uspješno razdvaja temperaturne i azotne signale kako bi omogućio precizno mjerenje svakog od njih.

Cheng je rekao,„Za efikasno đubrenje postoji potreba za kontinuiranim praćenjem stanja zemljišta u realnom vremenu, posebno iskorišćenja azota i temperature zemljišta.Ovo je ključno za procjenu zdravlja usjeva, smanjenje zagađenja okoliša i promoviranje održive i precizne poljoprivrede.”

Studija ima za cilj da iskoristi odgovarajuću količinu za najbolji prinos.Proizvodnja usjeva može biti niža nego što bi mogla biti ako se koristi više dušika.Kada se gnojivo koristi prekomjerno, ono se troši, biljke mogu izgorjeti, a otrovne azotne pare se ispuštaju u okoliš.Poljoprivrednici mogu postići idealne količine gnojiva za rast biljaka uz pomoć preciznog otkrivanja nivoa dušika.

Koautor Li Yang, profesor na Školi za umjetnu inteligenciju na kineskom Hebei univerzitetu za tehnologiju, rekao je:„Na rast biljaka utiče i temperatura, koja utiče 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, retko se prijavljuju mehanizmi senzora koji mogu da dobiju gas azota i merenja temperature nezavisno jedno od drugog.I plinovi i temperatura mogu uzrokovati varijacije u očitavanju otpora senzora, što otežava njihovo razlikovanje.

Chengov tim kreirao je senzor visokih performansi koji može otkriti gubitak dušika neovisno o temperaturi tla.Senzor je napravljen od grafenske pjene dopirane oksidom vanadijuma, laserski inducirane grafenske pjene, a otkriveno je da doping metalni kompleksi u grafenu poboljšavaju adsorpciju plina i osjetljivost detekcije.

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

Ovo omogućava precizno mjerenje plina dušika isključujući efekte relativne vlažnosti i temperature tla.Temperatura i plin dušika mogu se potpuno i bez smetnji razdvojiti pomoću zatvorenih i nekapsuliranih senzora.

Istraživač je rekao da se odvajanje temperaturnih promjena i emisija plinova dušika mogu koristiti za stvaranje i implementaciju multimodalnih uređaja sa odvojenim senzorskim mehanizmima za preciznu poljoprivredu u svim vremenskim uvjetima.

Cheng je rekao: “Sposobnost istovremenog otkrivanja ultraniskih koncentracija dušikovog oksida i malih temperaturnih promjena otvara put razvoju budućih multimodalnih elektronskih uređaja s odvojenim senzorskim mehanizmima za preciznu poljoprivredu, praćenje zdravlja i druge aplikacije.”

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