Jauni augsnes sensori varētu uzlabot kultūraugu mēslošanas efektivitāti

Slāpekli saturošus mēslošanas līdzekļus izmanto pārtikas ražošanas palielināšanai, taču to emisijas var piesārņot vidi.Lai maksimāli izmantotu resursus, palielinātu lauksaimniecības ražu un samazinātu vides riskus, ir būtiski pastāvīgi un reāllaikā uzraudzīt augsnes īpašības, piemēram, augsnes temperatūru un mēslojuma emisiju.Viedajai vai precīzajai lauksaimniecībai ir nepieciešams daudzparametru sensors, lai izsekotu NOX gāzu emisijām un augsnes temperatūrai, lai nodrošinātu vislabāko mēslojumu.

Džeimss L. Hendersons, jaunākais inženierzinātņu un mehānikas asociētais profesors Penn State Huanyu “Larry” Cheng, vadīja vairāku parametru sensora izstrādi, kas veiksmīgi atdala temperatūras un slāpekļa signālus, lai varētu precīzi izmērīt katru no tiem.

Čens teica:“Lai mēslošana būtu efektīva, ir nepieciešams nepārtraukti un reāllaikā uzraudzīt augsnes apstākļus, īpaši slāpekļa izmantošanu un augsnes temperatūru.Tas ir būtiski, lai novērtētu labības veselību, samazinātu vides piesārņojumu un veicinātu ilgtspējīgu un precīzu lauksaimniecību.

Pētījuma mērķis ir izmantot atbilstošu daudzumu, lai iegūtu vislabāko ražu.Kultūras raža var būt mazāka nekā, ja tiek izmantots vairāk slāpekļa.Ja mēslojums tiek lietots pārmērīgi, tas tiek izšķiests, augi var apdegt, un vidē nonāk toksiski slāpekļa izgarojumi.Lauksaimnieki var sasniegt ideālus mēslojuma līmeņus augu augšanai, izmantojot precīzu slāpekļa līmeņa noteikšanu.

Līdzautors Li Jans, Ķīnas Hebei Tehnoloģiju universitātes Mākslīgā intelekta skolas profesors, sacīja:“Augu augšanu ietekmē arī temperatūra, kas ietekmē fiziskos, ķīmiskos un mikrobioloģiskos procesus augsnē.Nepārtraukta uzraudzība ļauj lauksaimniekiem izstrādāt stratēģijas un iejaukšanās pasākumus, kad temperatūra ir pārāk karsta vai pārāk auksta viņu kultūrām.

Saskaņā ar Cheng teikto, reti tiek ziņots par sensoru mehānismiem, kas var iegūt slāpekļa gāzes un temperatūras mērījumus neatkarīgi viens no otra.Gan gāzes, gan temperatūra var izraisīt atšķirības sensora pretestības rādījumā, padarot tos grūti atšķirt.

Cheng komanda izveidoja augstas veiktspējas sensoru, kas var noteikt slāpekļa zudumu neatkarīgi no augsnes temperatūras.Sensors ir izgatavots no ar vanādija oksīdu leģētām, ar lāzeru inducētām grafēna putām, un ir atklāts, ka grafēnā dopinga metālu kompleksi uzlabo gāzes adsorbciju un noteikšanas jutību.

Tā kā mīksta membrāna aizsargā sensoru un novērš slāpekļa gāzes caurlaidību, 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.Temperatūras un slāpekļa gāzi var pilnībā un bez traucējumiem atsaistīt, izmantojot slēgtos un neiekapsulētos sensorus.

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

Čens sacīja: "Spēja vienlaikus noteikt īpaši zemu slāpekļa oksīda koncentrāciju un nelielas temperatūras izmaiņas paver ceļu nākotnes multimodālu elektronisko ierīču attīstībai ar atsaistītiem sensoru mehānismiem precīzai lauksaimniecībai, veselības uzraudzībai un citiem lietojumiem."

Čena pētījumu finansēja Nacionālie veselības institūti, Nacionālais zinātnes fonds, Penn State un Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds.