Нови сензори за земљиште могли би побољшати ефикасност ђубрења усева

Ђубрива која садрже азот користе се за повећање производње хране, али њихове емисије могу загадити животну средину. За максимизирање коришћења ресурса, повећање пољопривредних приноса и смањење еколошког ризика, неопходно је континуирано праћење својстава земљишта у реалном времену, као што су температура земљишта и емисија ђубрива. За паметну или прецизну пољопривреду неопходан је вишепараметарски сензор за праћење емисија гасова NOX и температуре земљишта за најбоље ђубрење.

Џејмс Л. Хендерсон млађи, ванредни професор инжењерских наука и механике на Државном универзитету Пенсилваније, Хуанју „Лари“ Ченг, водио је развој вишепараметарског сензора који успешно раздваја сигнале температуре и азота како би омогућио прецизно мерење сваког од њих.

Ченг је рекао,„За ефикасно ђубрење, потребно је континуирано и у реалном времену праћење стања земљишта, посебно искоришћења азота и температуре земљишта. Ово је неопходно за процену здравља усева, смањење загађења животне средине и промоцију одрживе и прецизне пољопривреде.“

Студија има за циљ да употреби одговарајућу количину за најбољи принос усева. Производња усева може бити нижа него што би могла бити ако се користи више азота. Када се ђубриво примењује прекомерно, оно се троши, биљке могу да изгоре, а токсичне азотне паре се испуштају у животну средину. Пољопривредници могу да постигну идеалне нивое ђубрива за раст биљака уз помоћ прецизног детектовања нивоа азота.

Коаутор Ли Јанг, професор на Школи за вештачку интелигенцију на Технолошком универзитету Хебеј у Кини, рекао је:„На раст биљака такође утиче температура, која утиче на физичке, хемијске и микробиолошке процесе у земљишту. Континуирано праћење омогућава пољопривредницима да развију стратегије и интервенције када су температуре превише високе или превише хладне за њихове усеве.“

Према Ченгу, ретко се помињу механизми за детекцију који могу да добију мерења азота и температуре независно једно од другог. И гасови и температура могу изазвати варијације у очитавању отпора сензора, што отежава њихово разликовање.

Ченгов тим је направио високоперформансни сензор који може да детектује губитак азота независно од температуре земљишта. Сензор је направљен од графенске пене допиране ванадијум оксидом, индуковане ласером, а откривено је да допирање металних комплекса у графену побољшава адсорпцију гаса и осетљивост детекције.

Пошто мека мембрана штити сензор и спречава продирање азота, сензор реагује искључиво на промене температуре. Сензор се такође може користити без капсулације и на вишој температури.

Ово омогућава прецизно мерење азотног гаса искључивањем утицаја релативне влажности и температуре земљишта. Температура и азотни гас могу бити потпуно и без сметњи одвојени коришћењем затворених и неизолованих сензора.

Истраживач је рекао да би се раздвајање промена температуре и емисија азотних гасова могло користити за стварање и имплементацију мултимодалних уређаја са одвојеним механизмима сензора за прецизну пољопривреду у свим временским условима.

Ченг је рекао: „Способност истовременог откривања ултраниских концентрација азотних оксида и малих промена температуре отвара пут развоју будућих мултимодалних електронских уређаја са одвојеним механизмима сензора за прецизну пољопривреду, праћење здравља и друге примене.“

Ченгово истраживање финансирали су Национални институти за здравље, Национална научна фондација, Пенсилвански државни универзитет и Кинеска национална фондација за природне науке.