Nauji dirvožemio jutikliai galėtų pagerinti pasėlių tręšimo efektyvumą

Azoto turinčios trąšos naudojamos maisto gamybai didinti, tačiau jų išmetimas gali teršti aplinką.Norint maksimaliai išnaudoti išteklius, padidinti žemės ūkio derlių ir sumažinti pavojų aplinkai, būtina nuolat ir realiu laiku stebėti dirvožemio savybes, pvz., dirvožemio temperatūrą ir trąšų išmetimą.Kelių parametrų jutiklis yra būtinas išmaniajam arba tiksliajam žemės ūkiui, kad būtų galima stebėti NOx dujų išmetimą ir dirvožemio temperatūrą, kad būtų užtikrintas geriausias tręšimas.

Jamesas L. Hendersonas, jaunesnysis Penn State Huanyu Huanyu "Larry" Cheng'o inžinerijos mokslo ir mechanikos docentas, vadovavo kelių parametrų jutiklio, sėkmingai atskiriančio temperatūros ir azoto signalus, kūrimui, kad būtų galima tiksliai išmatuoti kiekvieną iš jų.

Cheng pasakė:„Siekiant efektyvaus tręšimo, reikia nuolat ir realiu laiku stebėti dirvožemio būklę, ypač azoto panaudojimą ir dirvožemio temperatūrą.Tai būtina norint įvertinti pasėlių sveikatą, mažinti aplinkos taršą ir skatinti tvarų bei tikslų žemės ūkį.

Tyrimu siekiama panaudoti tinkamą kiekį, kad būtų pasiektas geriausias derlius.Pasėlių produktyvumas gali būti mažesnis nei gali būti, jei sunaudojama daugiau azoto.Kai tręšiama per daug, jos švaistomos, augalai gali nudegti, į aplinką išsiskiria toksiški azoto garai.Ūkininkai gali pasiekti idealų trąšų kiekį augalams augti tiksliai nustatydami azoto lygį.

Bendraautoris Li Yang, Kinijos Hebėjaus technologijos universiteto Dirbtinio intelekto mokyklos profesorius, sakė:„Augalų augimui įtakos turi ir temperatūra, kuri įtakoja fizinius, cheminius ir mikrobiologinius procesus dirvožemyje.Nuolatinė stebėsena leidžia ūkininkams kurti strategijas ir intervencijas, kai temperatūra yra per karšta arba per šalta jų pasėliams.

Anot Cheng, retai pranešama apie jutimo mechanizmus, kurie gali gauti azoto dujų ir temperatūros matavimus nepriklausomai vienas nuo kito.Tiek dujos, tiek temperatūra gali sukelti jutiklio varžos rodmenų skirtumus, todėl juos sunku atskirti.

Cheng komanda sukūrė didelio našumo jutiklį, kuris gali aptikti azoto praradimą nepriklausomai nuo dirvožemio temperatūros.Jutiklis pagamintas iš vanadžio oksidu legiruoto, lazeriu sukeltos grafeno putos, ir buvo atrasta, kad grafene esantys legiravimo metalo kompleksai pagerina dujų adsorbciją ir aptikimo jautrumą.

Kadangi minkšta membrana apsaugo jutiklį ir neleidžia prasiskverbti azoto dujoms, jutiklis reaguoja tik į temperatūros pokyčius.Jutiklis taip pat gali būti naudojamas be kapsuliavimo ir esant aukštesnei temperatūrai.

Tai leidžia tiksliai išmatuoti azoto dujas, neįtraukiant santykinės drėgmės ir dirvožemio temperatūros poveikio.Temperatūra ir azoto dujos gali būti visiškai ir be trukdžių atsietos naudojant uždarus ir neįkapsuliuotus jutiklius.

Tyrėjas teigė, kad atsiejant temperatūros pokyčius ir azoto dujų išmetimą būtų galima sukurti ir įdiegti daugiarūšius įrenginius su atsietais jutimo mechanizmais tiksliam žemdirbystei bet kokiomis oro sąlygomis.

Chengas sakė: „Gebėjimas vienu metu aptikti itin mažą azoto oksido koncentraciją ir nedidelius temperatūros pokyčius atveria kelią būsimų daugiarūšių elektroninių prietaisų su atsietais jutimo mechanizmais kūrimui tiksliam žemės ūkiui, sveikatos stebėjimui ir kitoms reikmėms.

Chengo tyrimus finansavo Nacionaliniai sveikatos institutai, Nacionalinis mokslo fondas, Penn State ir Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas.