Nauji dirvožemio jutikliai galėtų pagerinti pasėlių tręšimo efektyvumą

Trąšos, kurių sudėtyje yra azoto, naudojamos maisto gamybai didinti, tačiau jų išmetimas gali teršti aplinką. Siekiant maksimaliai padidinti išteklių naudojimą, padidinti žemės ūkio derlių ir sumažinti riziką aplinkai, būtina nuolat ir realiuoju laiku stebėti dirvožemio savybes, tokias kaip dirvožemio temperatūra ir trąšų emisija. Išmaniajai arba tiksliajai žemdirbystei reikalingas daugiaparametris jutiklis, skirtas stebėti NOX dujų išmetimą ir dirvožemio temperatūrą, siekiant geriausio tręšimo.

Jamesas L. Hendersonas jaunesnysis, Pensilvanijos valstijos universiteto inžinerijos mokslų ir mechanikos memorialinis docentas Huanyu „Larry“ Chengas vadovavo daugiaparametrio jutiklio, kuris sėkmingai atskiria temperatūros ir azoto signalus, kad būtų galima tiksliai išmatuoti kiekvieną, kūrimui.

Čengas pasakė,„Norint efektyviai tręšti, reikia nuolat ir realiuoju laiku stebėti dirvožemio sąlygas, ypač azoto panaudojimą ir dirvožemio temperatūrą. Tai labai svarbu norint įvertinti pasėlių sveikatą, sumažinti aplinkos taršą ir skatinti tvarų bei tikslųjį ūkininkavimą.“

Tyrimo tikslas – naudoti tinkamą kiekį, kad būtų gautas geriausias pasėlių derlius. Pasėlių derlius gali būti mažesnis nei naudojant daugiau azoto. Kai trąšų naudojama per daug, jos švaistomos, augalai gali sudegti, o į aplinką išsiskiria toksiški azoto garai. Ūkininkai gali pasiekti idealų trąšų kiekį augalų augimui, pasitelkdami tikslų azoto lygio nustatymą.

Bendraautoris Li Yangas, Kinijos Hebei technologijos universiteto Dirbtinio intelekto mokyklos profesorius, sakė:„Augalų augimui taip pat įtakos turi temperatūra, kuri daro įtaką fiziniams, cheminiams ir mikrobiologiniams procesams dirvožemyje. Nuolatinė stebėsena leidžia ūkininkams parengti strategijas ir intervencijas, kai temperatūra yra per karšta arba per šalta jų pasėliams.“

Pasak Chengo, retai aprašomi jutimo mechanizmai, galintys atlikti azoto dujų ir temperatūros matavimus nepriklausomai vienas nuo kito. Tiek dujos, tiek temperatūra gali sukelti jutiklio varžos rodmenų svyravimus, todėl juos sunku atskirti.

Chengo komanda sukūrė didelio našumo jutiklį, kuris gali aptikti azoto nuostolius nepriklausomai nuo dirvožemio temperatūros. Jutiklis pagamintas iš vanadžio oksidu legiruoto, lazeriu indukuoto grafeno putplasčio, ir buvo nustatyta, kad legiruojant metalų kompleksus grafene, pagerėja dujų adsorbcija ir aptikimo jautrumas.

Kadangi minkšta membrana apsaugo jutiklį ir neleidžia prasiskverbti azotui, jutiklis reaguoja tik į temperatūros pokyčius. Jutiklį taip pat galima naudoti be kapsulės ir aukštesnėje temperatūroje.

Tai leidžia tiksliai išmatuoti azoto dujas, neatsižvelgiant į santykinės drėgmės ir dirvožemio temperatūros poveikį. Temperatūrą ir azoto dujas galima visiškai ir be trukdžių atsieti naudojant uždarus ir nekapsuliuotus jutiklius.

Mokslininkas teigė, kad temperatūros pokyčių ir azoto dujų išmetimo atsiejimas galėtų būti panaudotas kuriant ir įdiegiant multimodalinius įrenginius su atsietais jutimo mechanizmais, skirtais tiksliajam žemės ūkiui bet kokiomis oro sąlygomis.

Chengas sakė: „Gebėjimas vienu metu aptikti itin mažas azoto oksido koncentracijas ir nedidelius temperatūros pokyčius atveria kelią būsimų multimodalinių elektroninių prietaisų su atsietais jutimo mechanizmais, skirtų tiksliajam žemės ūkiui, sveikatos stebėsenai ir kitoms reikmėms, kūrimui.“

Chengo tyrimus finansavo Nacionaliniai sveikatos institutai, Nacionalinis mokslo fondas, Pensilvanijos valstijos universitetas ir Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas.