Uued mullaandurid võivad parandada põllukultuuride väetamise tõhusust

Lämmastikku sisaldavaid väetisi kasutatakse toiduainete tootmise suurendamiseks, kuid nende heitmed võivad keskkonda saastada.Ressursikasutuse maksimeerimiseks, põllumajanduse saagikuse suurendamiseks ja keskkonnariskide vähendamiseks on oluline pidevalt ja reaalajas jälgida mulla omadusi, nagu mulla temperatuur ja väetise emissioon.Mitmeparameetriline andur on vajalik nutika või täppispõllumajanduse jaoks, et jälgida NOx gaaside heitkoguseid ja mulla temperatuuri parima väetamise tagamiseks.

James L. Henderson, Penn State'i Huanyu "Larry" Chengi inseneriteaduse ja mehaanika memoriaaldotsent, juhtis mitme parameetriga anduri väljatöötamist, mis eraldab edukalt temperatuuri- ja lämmastikusignaalid, et võimaldada mõlemat täpset mõõtmist.

Cheng ütles,“Tõhusaks väetamiseks on vaja pidevalt ja reaalajas jälgida mulla tingimusi, täpsemalt lämmastiku kasutust ja mulla temperatuuri.See on oluline põllukultuuride tervise hindamiseks, keskkonnasaaste vähendamiseks ning säästva ja täppispõllumajanduse edendamiseks.

Uuringu eesmärk on kasutada sobivat kogust parima saagikuse saavutamiseks.Põllukultuuri toodang võib olla väiksem kui lämmastiku kasutamisel.Kui väetist kasutatakse liigselt, läheb see raisku, taimed võivad põleda ja keskkonda paiskuvad mürgised lämmastikuaurud.Täpse lämmastikutaseme tuvastamise abil saavad põllumehed saavutada taimede kasvatamiseks ideaalse väetisetaseme.

Kaasautor Li Yang, Hiina Hebei Tehnikaülikooli tehisintellekti kooli professor, ütles:„Taimede kasvu mõjutab ka temperatuur, mis mõjutab mulla füüsikalisi, keemilisi ja mikrobioloogilisi protsesse.Pidev jälgimine võimaldab põllumeestel välja töötada strateegiaid ja sekkumisi, kui temperatuur on nende põllukultuuride jaoks liiga kuum või liiga külm.

Chengi sõnul teatatakse harva sensormehhanismidest, mis suudavad saada lämmastikku ja temperatuuri mõõtmisi üksteisest sõltumatult.Nii gaasid kui ka temperatuur võivad anduri takistusnäidus varieeruda, mistõttu on nende vahel raske eristada.

Chengi meeskond lõi suure jõudlusega anduri, mis suudab tuvastada lämmastikukadu mulla temperatuurist sõltumatult.Andur on valmistatud vanaadiumoksiidiga legeeritud, laseriga indutseeritud grafeenivahust ning on avastatud, et grafeenis sisalduvad metallide dopingukompleksid parandavad gaasi adsorptsiooni ja tuvastamise tundlikkust.

Kuna pehme membraan kaitseb andurit ja takistab gaasilise lämmastiku läbitungimist, reageerib andur ainult temperatuurimuutustele.Andurit saab kasutada ka ilma kapseldamata ja kõrgemal temperatuuril.

See võimaldab gaasilise lämmastiku täpset mõõtmist, välistades suhtelise niiskuse ja pinnase temperatuuri mõju.Temperatuuri ja gaasilise lämmastiku saab täielikult ja häireteta lahti ühendada, kasutades suletud ja kapseldamata andureid.

Teadlane ütles, et temperatuurimuutuste ja lämmastikgaaside heitkoguste lahtisidumist saab kasutada täppispõllumajanduse lahtisiduvate andurmehhanismidega multimodaalsete seadmete loomiseks ja rakendamiseks kõigis ilmastikutingimustes.

Cheng ütles: "Võime samaaegselt tuvastada ülimadalaid lämmastikoksiidi kontsentratsioone ja väikeseid temperatuurimuutusi sillutab teed tulevaste multimodaalsete elektroonikaseadmete väljatöötamisele, millel on lahtisidestatud andurmehhanismid täppispõllumajanduse, terviseseire ja muude rakenduste jaoks."

Chengi uurimistööd rahastasid riiklikud tervishoiuinstituudid, Penn State'i riiklik teadusfond ja Hiina riiklik loodusteaduste fond.