Noii senzori de sol ar putea îmbunătăți eficiența fertilizării culturilor

Îngrășămintele care conțin azot sunt folosite pentru a crește producția de alimente, dar emisiile lor pot polua mediul.Pentru maximizarea utilizării resurselor, creșterea randamentelor agricole și reducerea riscurilor de mediu, monitorizarea continuă și în timp real a proprietăților solului, cum ar fi temperatura solului și emisia de îngrășăminte, este esențială.Un senzor multi-parametri este necesar pentru agricultura inteligentă sau de precizie pentru a urmări emisiile de gaze NOX și temperatura solului pentru cea mai bună fertilizare.

James L. Henderson, Jr. Memorial Profesor asociat de știință și mecanică la Penn State Huanyu „Larry” Cheng a condus dezvoltarea unui senzor cu mai mulți parametri care separă cu succes semnalele de temperatură și de azot pentru a permite măsurarea precisă a fiecăruia.

Cheng a spus,„Pentru o fertilizare eficientă, este nevoie de monitorizare continuă și în timp real a condițiilor solului, în special a utilizării azotului și a temperaturii solului.Acest lucru este esențial pentru evaluarea sănătății culturilor, reducerea poluării mediului și promovarea agriculturii durabile și de precizie.”

Studiul își propune să utilizeze cantitatea adecvată pentru cel mai bun randament al culturii.Producția culturii poate fi mai mică decât ar putea fi dacă se folosește mai mult azot.Atunci când îngrășământul este aplicat în exces, acesta este risipit, plantele se pot arde și vaporii toxici de azot sunt eliberați în mediu.Fermierii pot atinge nivelurile ideale de îngrășământ pentru creșterea plantelor cu ajutorul detectării precise a nivelului de azot.

Coautorul Li Yang, profesor la Școala de Inteligență Artificială de la Universitatea de Tehnologie Hebei din China, a spus:„Creșterea plantelor este influențată și de temperatură, care influențează procesele fizice, chimice și microbiologice din sol.Monitorizarea continuă le permite fermierilor să dezvolte strategii și intervenții atunci când temperaturile sunt prea calde sau prea reci pentru culturile lor.”

Potrivit lui Cheng, mecanismele de detectare care pot obține azot gazos și măsurători de temperatură independente unele de altele sunt rareori raportate.Atât gazele, cât și temperatura pot provoca variații în citirea rezistenței senzorului, ceea ce face dificilă distincția între ele.

Echipa lui Cheng a creat un senzor de înaltă performanță care poate detecta pierderile de azot independent de temperatura solului.Senzorul este fabricat din spumă de grafen dopată cu oxid de vanadiu, indusă de laser și s-a descoperit că complexele metalice de dopaj din grafen îmbunătățesc adsorbția gazului și sensibilitatea de detectare.

Deoarece o membrană moale protejează senzorul și previne pătrunderea gazului de azot, senzorul reacționează numai la schimbările de temperatură.Senzorul poate fi folosit și fără încapsulare și la o temperatură mai ridicată.

Acest lucru permite măsurarea precisă a gazului de azot prin excluderea efectelor umidității relative și a temperaturii solului.Temperatura și azotul gazos pot fi decuplate complet și fără interferențe folosind senzorii închiși și neîncapsulați.

Cercetătorul a spus că decuplarea schimbărilor de temperatură și a emisiilor de gaz de azot ar putea fi utilizată pentru a crea și implementa dispozitive multimodale cu mecanisme de detectare decuplate pentru agricultura de precizie în toate condițiile meteorologice.

Cheng a spus: „Capacitatea de a detecta simultan concentrații ultra-scăzute de oxid de azot și schimbări mici de temperatură deschide calea pentru dezvoltarea viitoarelor dispozitive electronice multimodale cu mecanisme de detectare decuplate pentru agricultura de precizie, monitorizarea sănătății și alte aplicații”.

Cercetarea lui Cheng a fost finanțată de Institutul Național de Sănătate, Fundația Națională pentru Științe, Penn State și Fundația Națională pentru Științe Naturale din China.