Sensor tanah baharu boleh meningkatkan kecekapan pembajaan tanaman

Baja yang mengandungi nitrogen digunakan untuk meningkatkan pengeluaran makanan, tetapi pelepasannya mungkin mencemarkan alam sekitar.Untuk memaksimumkan penggunaan sumber, meningkatkan hasil pertanian, dan mengurangkan risiko alam sekitar, pemantauan berterusan dan masa nyata sifat tanah, seperti suhu tanah dan pelepasan baja, adalah penting.Penderia berbilang parameter diperlukan untuk pertanian pintar atau ketepatan untuk mengesan pelepasan gas NOX dan suhu tanah untuk pembajaan yang terbaik.

James L. Henderson, Jr. Memorial Profesor Madya Sains Kejuruteraan dan Mekanik di Penn State Huanyu "Larry" Cheng mengetuai pembangunan penderia berbilang parameter yang berjaya memisahkan isyarat suhu dan nitrogen untuk membolehkan pengukuran tepat bagi setiap satu.

Cheng berkata,“Untuk pembajaan yang cekap, terdapat keperluan untuk pemantauan berterusan dan masa nyata keadaan tanah, khususnya penggunaan nitrogen dan suhu tanah.Ini penting untuk menilai kesihatan tanaman, mengurangkan pencemaran alam sekitar, dan mempromosikan pertanian yang mampan dan tepat.”

Kajian ini bertujuan untuk menggunakan kuantiti yang sesuai untuk hasil tanaman yang terbaik.Pengeluaran tanaman mungkin lebih rendah daripada jika lebih banyak nitrogen digunakan.Apabila baja digunakan secara berlebihan, ia terbuang, tumbuhan boleh terbakar, dan asap nitrogen toksik dilepaskan ke alam sekitar.Petani boleh mencapai tahap baja yang ideal untuk pertumbuhan tumbuhan dengan bantuan pengesanan tahap nitrogen yang tepat.

Pengarang bersama Li Yang, seorang profesor di Sekolah Kecerdasan Buatan di Universiti Teknologi Hebei China, berkata,“Pertumbuhan tumbuhan juga dipengaruhi oleh suhu, yang mempengaruhi proses fizikal, kimia dan mikrobiologi dalam tanah.Pemantauan berterusan membolehkan petani membangunkan strategi dan campur tangan apabila suhu terlalu panas atau terlalu sejuk untuk tanaman mereka."

Menurut Cheng, Mekanisme penderiaan yang boleh memperoleh gas nitrogen dan pengukuran suhu yang bebas antara satu sama lain jarang dilaporkan.Kedua-dua gas dan suhu boleh menyebabkan variasi dalam bacaan rintangan sensor, menjadikannya sukar untuk membezakan antara mereka.

Pasukan Cheng mencipta sensor berprestasi tinggi yang boleh mengesan kehilangan nitrogen secara bebas daripada suhu tanah.Penderia diperbuat daripada buih graphene yang didopkan vanadium oksida, yang disebabkan oleh laser, dan telah ditemui bahawa kompleks logam doping dalam graphene meningkatkan kepekaan penjerapan dan pengesanan gas.

Oleh kerana membran lembut melindungi penderia dan menghalang resapan gas nitrogen, penderia hanya bertindak balas terhadap perubahan suhu.Sensor juga boleh digunakan tanpa enkapsulasi dan pada suhu yang lebih tinggi.

Ini membolehkan pengukuran tepat gas nitrogen dengan mengecualikan kesan kelembapan relatif dan suhu tanah.Suhu dan gas nitrogen boleh dipisahkan sepenuhnya dan bebas gangguan menggunakan penderia tertutup dan tidak berkapsul.

Penyelidik berkata perubahan suhu penyahgandingan dan pelepasan gas nitrogen boleh digunakan untuk mencipta dan melaksanakan peranti multimodal dengan mekanisme penderiaan yang dipisahkan untuk pertanian ketepatan dalam semua keadaan cuaca.

Cheng berkata, "Keupayaan untuk mengesan secara serentak kepekatan nitrogen oksida ultra-rendah dan perubahan suhu yang kecil membuka jalan untuk pembangunan peranti elektronik multimodal masa depan dengan mekanisme penderiaan yang dipisahkan untuk pertanian ketepatan, pemantauan kesihatan dan aplikasi lain."

Penyelidikan Cheng dibiayai oleh Institut Kesihatan Nasional, Yayasan Sains Kebangsaan, Penn State, dan Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China.