Новите сензори за почва би можеле да ја подобрат ефикасноста на ѓубрењето на културите

Ѓубривата што содржат азот се користат за зголемување на производството на храна, но нивните емисии може да ја загадат животната средина. За максимизирање на користењето на ресурсите, зголемување на земјоделските приноси и намалување на еколошките ризици, од суштинско значење е континуираното и во реално време следење на својствата на почвата, како што се температурата на почвата и емисијата на ѓубрива. Сензор со повеќе параметри е неопходен за паметно или прецизно земјоделство за следење на емисиите на NOX гасови и температурата на почвата за најдобро ѓубрење.

Џејмс Л. Хендерсон помладиот, вонреден професор по инженерска наука и механика на Државниот универзитет во Пенсилванија, Хуанју „Лари“ Ченг, го предводеше развојот на сензор со повеќе параметри кој успешно ги одделува сигналите за температура и азот за да овозможи прецизно мерење на секој од нив.

Ченг рече,„За ефикасно ѓубрење, потребно е континуирано и во реално време следење на состојбата на почвата, особено искористувањето на азот и температурата на почвата. Ова е од суштинско значење за оценување на здравјето на културите, намалување на загадувањето на животната средина и промовирање на одржливо и прецизно земјоделство.“

Студијата има за цел да употреби соодветна количина за најдобар принос на земјоделските култури. Производството на земјоделските култури може да биде помало отколку што би можело да биде ако се користи повеќе азот. Кога ѓубривото се применува прекумерно, тоа се троши, растенијата можат да изгорат, а токсичните азотни испарувања се ослободуваат во животната средина. Земјоделците можат да ги достигнат идеалните нивоа на ѓубриво за раст на растенијата со помош на прецизно откривање на нивото на азот.

Коавторот Ли Јанг, професор на Факултетот за вештачка интелигенција на кинескиот Технолошки универзитет Хебеј, рече:„Растот на растенијата е исто така под влијание на температурата, која влијае на физичките, хемиските и микробиолошките процеси во почвата. Континуираното следење им овозможува на земјоделците да развиваат стратегии и интервенции кога температурите се премногу високи или премногу ниски за нивните култури.“

Според Ченг, ретко се пријавуваат механизми за мерење што можат да добијат мерења на азотен гас и температура независно еден од друг. И гасовите и температурата можат да предизвикаат варијации во отчитувањето на отпорот на сензорот, што го отежнува нивното разликување.

Тимот на Ченг создаде сензор со високи перформанси кој може да детектира губење на азот независно од температурата на почвата. Сензорот е направен од пена од графен допирана со ванадиум оксид, ласерски индуцирана, а откриено е дека металните комплекси допирани во графенот ја подобруваат адсорпцијата на гас и чувствителноста на детекција.

Бидејќи меката мембрана го штити сензорот и спречува навлегување на азотен гас, сензорот реагира единствено на промени во температурата. Сензорот може да се користи и без капсулирање и на повисока температура.

Ова овозможува прецизно мерење на азотниот гас со исклучување на ефектите од релативната влажност и температурата на почвата. Температурата и азотниот гас можат целосно и без пречки да се одвојат со помош на приложените и некапсулирани сензори.

Истражувачот рече дека одвојувањето на промените на температурата и емисиите на азотен гас може да се користи за креирање и имплементација на мултимодални уреди со одвојени механизми за мерење за прецизно земјоделство во сите временски услови.

Ченг рече: „Способноста за истовремено откривање на ултраниски концентрации на азотен оксид и мали температурни промени го отвора патот за развој на идни мултимодални електронски уреди со одвоени механизми за мерење за прецизно земјоделство, следење на здравјето и други апликации“.

Истражувањето на Ченг беше финансирано од Националните институти за здравство, Националната научна фондација на Универзитетот Пен Стејт и Кинеската национална фондација за природни науки.