Jauni augsnes sensori varētu uzlabot kultūraugu mēslošanas efektivitāti

Slāpekli saturošus mēslošanas līdzekļus izmanto, lai palielinātu pārtikas ražošanu, taču to emisijas var piesārņot vidi. Lai maksimāli palielinātu resursu izmantošanu, palielinātu lauksaimniecības ražu un samazinātu vides riskus, ir nepieciešama nepārtraukta un reāllaika augsnes īpašību, piemēram, augsnes temperatūras un mēslošanas līdzekļu emisiju, uzraudzība. Viedajai jeb precīzajai lauksaimniecībai ir nepieciešams daudzparametru sensors, lai izsekotu NOX gāzu emisijas un augsnes temperatūru, nodrošinot vislabāko mēslošanu.

Džeimss L. Hendersons jaunākais, Pensilvānijas štata universitātes Huaņju “Lerijs” Čengs, inženierzinātņu un mehānikas memoriālais asociētais profesors, vadīja daudzparametru sensora izstrādi, kas veiksmīgi atdala temperatūras un slāpekļa signālus, lai nodrošinātu precīzus katra mērījumus.

Čengs teica,“Lai mēslošana būtu efektīva, ir nepārtraukti un reāllaikā jāuzrauga augsnes stāvoklis, jo īpaši slāpekļa izmantošana un augsnes temperatūra. Tas ir svarīgi, lai novērtētu kultūraugu veselību, samazinātu vides piesārņojumu un veicinātu ilgtspējīgu un precīzu lauksaimniecību.”

Pētījuma mērķis ir izmantot atbilstošu daudzumu, lai iegūtu vislabāko ražu. Kultūraugu raža var būt zemāka nekā tad, ja tiek izmantots vairāk slāpekļa. Ja mēslojums tiek lietots pārmērīgi, tas tiek izšķērdēts, augi var sadegt un vidē izdalās toksiski slāpekļa izgarojumi. Lauksaimnieki var sasniegt ideālu mēslojuma līmeni augu augšanai, izmantojot precīzu slāpekļa līmeņa noteikšanu.

Līdzautors Li Jangs, Ķīnas Hebei Tehnoloģiju universitātes Mākslīgā intelekta skolas profesors, sacīja:“Augu augšanu ietekmē arī temperatūra, kas savukārt ietekmē fizikālos, ķīmiskos un mikrobioloģiskos procesus augsnē. Nepārtraukta uzraudzība ļauj lauksaimniekiem izstrādāt stratēģijas un intervences, ja temperatūra ir pārāk karsta vai pārāk zema viņu kultūraugiem.”

Čens apgalvo, ka reti tiek ziņots par sensoru mehānismiem, kas var iegūt slāpekļa gāzes un temperatūras mērījumus neatkarīgi viens no otra. Gan gāzes, gan temperatūra var izraisīt sensora pretestības rādījuma variācijas, apgrūtinot to atšķiršanu.

Čena komanda izveidoja augstas veiktspējas sensoru, kas var noteikt slāpekļa zudumus neatkarīgi no augsnes temperatūras. Sensors ir izgatavots no ar vanādija oksīdu leģēta, ar lāzeru inducēta grafēna putuplasta, un ir atklāts, ka metālu kompleksu leģēšana grafēnā uzlabo gāzes adsorbciju un detektēšanas jutību.

Tā kā sensoru aizsargā mīksta membrāna un novērš slāpekļa gāzes iekļūšanu, sensors reaģē tikai uz temperatūras izmaiņām. Sensoru var izmantot arī bez iekapsulēšanas un augstākā temperatūrā.

Tas ļauj precīzi izmērīt slāpekļa gāzi, izslēdzot relatīvā mitruma un augsnes temperatūras ietekmi. Temperatūru un slāpekļa gāzi var pilnībā un bez traucējumiem atdalīt, izmantojot iekļautos un neiekapsulētos sensorus.

Pētnieks teica, ka temperatūras izmaiņu un slāpekļa gāzu emisiju atdalīšanu varētu izmantot, lai izveidotu un ieviestu multimodālas ierīces ar atvienotiem sensoru mehānismiem precīzai lauksaimniecībai visos laika apstākļos.

Čengs teica: "Spēja vienlaikus noteikt īpaši zemu slāpekļa oksīda koncentrāciju un nelielas temperatūras izmaiņas paver ceļu nākotnes multimodālu elektronisko ierīču izstrādei ar atdalītiem sensoru mehānismiem precīzai lauksaimniecībai, veselības uzraudzībai un citām lietojumprogrammām."

Čenga pētījumu finansēja Nacionālie veselības institūti, Nacionālais zinātnes fonds, Pensilvānijas štata universitāte un Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds.