Нови сензори за почвата могат да подобрят ефективността на торене на културите

Торове, съдържащи азот, се използват за увеличаване на производството на храни, но техните емисии могат да замърсят околната среда.За максимално използване на ресурсите, повишаване на селскостопанските добиви и намаляване на рисковете за околната среда, непрекъснатият мониторинг в реално време на свойствата на почвата, като температура на почвата и емисии на торове, е от съществено значение.Многопараметричен сензор е необходим за интелигентно или прецизно земеделие за проследяване на газовите емисии на NOX и температурата на почвата за най-добро торене.

James L. Henderson, Jr. Мемориален доцент по инженерни науки и механика в Penn State Huanyu „Larry“ Cheng ръководи разработването на многопараметърен сензор, който успешно разделя температурните и азотните сигнали, за да позволи точно измерване на всеки от тях.

Ченг каза,„За ефикасно торене има нужда от непрекъснат мониторинг в реално време на почвените условия, по-специално използването на азот и температурата на почвата.Това е от съществено значение за оценка на здравето на културите, намаляване на замърсяването на околната среда и насърчаване на устойчиво и прецизно земеделие.“

Проучването има за цел да използва подходящото количество за най-добър добив на културата.Производството на културата може да бъде по-ниско, отколкото може да бъде, ако се използва повече азот.Когато торът се прилага прекомерно, той се губи, растенията могат да изгорят и токсичните азотни изпарения се отделят в околната среда.Фермерите могат да достигнат идеалните нива на торове за растежа на растенията с помощта на точно откриване на нивата на азот.

Съавторът Ли Янг, професор в Училището по изкуствен интелект в Китайския технологичен университет Хъбей, каза,„Растежът на растенията също се влияе от температурата, която влияе върху физичните, химичните и микробиологичните процеси в почвата.Непрекъснатият мониторинг позволява на фермерите да разработват стратегии и интервенции, когато температурите са твърде високи или твърде ниски за техните култури.“

Според Ченг рядко се съобщава за сензорни механизми, които могат да получат азотен газ и температурни измервания, независимо едно от друго.Както газовете, така и температурата могат да причинят вариации в отчитането на съпротивлението на сензора, което затруднява разграничаването им.

Екипът на Cheng създаде високоефективен сензор, който може да открие загубата на азот независимо от температурата на почвата.Сензорът е направен от легирана с ванадиев оксид, лазерно индуцирана графенова пяна и е открито, че легираните метални комплекси в графена подобряват адсорбцията на газ и чувствителността на откриване.

Тъй като меката мембрана предпазва сензора и предотвратява проникването на азотен газ, сензорът реагира единствено на промени в температурата.Сензорът може да се използва и без капсулиране и при по-висока температура.

Това позволява точно измерване на азотния газ чрез изключване на ефектите от относителната влажност и температурата на почвата.Температурата и азотният газ могат да бъдат напълно и без смущения отделени с помощта на затворените и некапсулирани сензори.

Изследователят каза, че отделянето на температурните промени и емисиите на азотен газ може да се използва за създаване и прилагане на мултимодални устройства с отделени сензорни механизми за прецизно земеделие при всякакви метеорологични условия.

Ченг каза: „Способността за едновременно откриване на ултраниски концентрации на азотен оксид и малки температурни промени проправя пътя за разработването на бъдещи мултимодални електронни устройства с отделени сензорни механизми за прецизно земеделие, мониторинг на здравето и други приложения.“

Изследването на Cheng е финансирано от Националния институт по здравеопазване, Националната научна фондация, Penn State и Китайската национална фондация за природни науки.