Novi senzorji tal bi lahko izboljšali učinkovitost gnojenja pridelka

Gnojila, ki vsebujejo dušik, se uporabljajo za povečanje proizvodnje hrane, vendar lahko njihove emisije onesnažujejo okolje.Za čim večjo uporabo virov, povečanje kmetijskih donosov in zmanjšanje okoljskih tveganj je bistveno stalno spremljanje lastnosti tal v realnem času, kot sta temperatura tal in emisije gnojil.Senzor z več parametri je potreben za pametno ali natančno kmetijstvo za sledenje emisij plinov NOX in temperature tal za najboljše gnojenje.

James L. Henderson, Jr. Spominski izredni profesor inženirskih znanosti in mehanike na Penn State Huanyu »Larry« Cheng je vodil razvoj večparametrskega senzorja, ki uspešno ločuje temperaturne in dušikove signale ter omogoča natančno merjenje vsakega.

Cheng je rekel,»Za učinkovito gnojenje je potrebno nenehno in sprotno spremljanje stanja tal, zlasti izkoriščenosti dušika in temperature tal.To je bistvenega pomena za ocenjevanje zdravja pridelka, zmanjšanje onesnaževanja okolja in spodbujanje trajnostnega in natančnega kmetijstva.«

Cilj študije je uporabiti ustrezno količino za najboljši pridelek.Proizvodnja pridelka je lahko nižja, kot bi lahko bila, če se uporabi več dušika.Če se gnojilo uporabi prekomerno, se izgubi, rastline lahko gorijo, strupeni dušikovi hlapi pa se sproščajo v okolje.Kmetje lahko dosežejo idealne ravni gnojila za rast rastlin s pomočjo natančnega zaznavanja ravni dušika.

Soavtor Li Yang, profesor na šoli za umetno inteligenco na kitajski tehnološki univerzi Hebei, je dejal,»Na rast rastlin vpliva tudi temperatura, ki vpliva na fizikalne, kemične in mikrobiološke procese v tleh.Stalno spremljanje omogoča kmetom, da razvijejo strategije in posege, ko so temperature prevroče ali prenizke za njihove pridelke.«

Po Chengovih besedah ​​se le redko poroča o mehanizmih zaznavanja, ki lahko pridobijo dušikov plin in meritve temperature neodvisno drug od drugega.Plini in temperatura lahko povzročijo razlike v odčitku upora senzorja, zaradi česar je težko razlikovati med njimi.

Chengova ekipa je ustvarila visoko zmogljiv senzor, ki lahko zazna izgubo dušika neodvisno od temperature tal.Senzor je izdelan iz grafenske pene, dopirane z vanadijevim oksidom, lasersko inducirane, in odkrito je bilo, da dopirajoči kovinski kompleksi v grafenu izboljšajo adsorpcijo plina in občutljivost zaznavanja.

Ker mehka membrana ščiti senzor in preprečuje pronicanje plina dušika, se senzor odziva samo na spremembe temperature.Senzor se lahko uporablja tudi brez enkapsulacije in pri višji temperaturi.

To omogoča natančno merjenje plinastega dušika z izključitvijo učinkov relativne vlažnosti in temperature tal.Temperaturo in dušikov plin je mogoče popolnoma in brez motenj ločiti z uporabo priloženih in neinkapsuliranih senzorjev.

Raziskovalec je dejal, da bi lahko ločevanje temperaturnih sprememb in emisij dušikovega plina uporabili za ustvarjanje in implementacijo multimodalnih naprav z ločenimi zaznavalnimi mehanizmi za natančno kmetijstvo v vseh vremenskih razmerah.

Cheng je dejal: "Zmožnost hkratnega zaznavanja ultra nizkih koncentracij dušikovega oksida in majhnih temperaturnih sprememb utira pot za razvoj prihodnjih multimodalnih elektronskih naprav z ločenimi senzorskimi mehanizmi za natančno kmetijstvo, spremljanje zdravja in druge aplikacije."

Chengovo raziskavo so financirali Nacionalni inštituti za zdravje, Nacionalna znanstvena fundacija, Penn State in Kitajska nacionalna naravoslovna fundacija.