Uudet maa-anturit voivat parantaa sadon lannoitustehokkuutta

Typpeä sisältäviä lannoitteita käytetään elintarviketuotannon lisäämiseen, mutta niiden päästöt voivat saastuttaa ympäristöä.Resurssien käytön maksimoimiseksi, maatalouden satojen kasvattamiseksi ja ympäristöriskien pienentämiseksi maaperän ominaisuuksien, kuten maaperän lämpötilan ja lannoitepäästöjen jatkuva ja reaaliaikainen seuranta on välttämätöntä.Moniparametrinen anturi on välttämätön älykkäässä tai tarkkuusmaataloudessa NOx-kaasupäästöjen ja maaperän lämpötilan seuraamiseksi parhaan lannoituksen saavuttamiseksi.

James L. Henderson, Jr. Memorial Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics Penn State Huanyu Huanyu “Larry” Cheng johti moniparametrisen anturin kehittämistä, joka erottaa menestyksekkäästi lämpötila- ja typpisignaalit mahdollistaen jokaisen tarkan mittauksen.

Cheng sanoi,”Tehokkaan lannoituksen aikaansaamiseksi tarvitaan jatkuvaa ja reaaliaikaista maaperän olosuhteiden, erityisesti typen käytön ja lämpötilan seurantaa.Tämä on välttämätöntä sadon terveyden arvioimiseksi, ympäristön saastumisen vähentämiseksi sekä kestävän ja täsmällisen maatalouden edistämiseksi."

Tutkimuksen tavoitteena on käyttää sopivaa määrää parhaan sadon saamiseksi.Sadon tuotanto voi olla pienempi kuin se voi olla, jos typpeä käytetään enemmän.Kun lannoitetta käytetään liikaa, se menee hukkaan, kasvit voivat palaa ja myrkyllisiä typpihöyryjä vapautuu ympäristöön.Viljelijät voivat saavuttaa ihanteelliset lannoitetasot kasvien kasvua varten tarkan typpitason havaitsemisen avulla.

Toinen kirjoittaja Li Yang, Kiinan Hebein teknillisen yliopiston tekoälyn koulun professori, sanoi:”Kasvien kasvuun vaikuttaa myös lämpötila, joka vaikuttaa maaperän fysikaalisiin, kemiallisiin ja mikrobiologisiin prosesseihin.Jatkuvan seurannan ansiosta viljelijät voivat kehittää strategioita ja toimia, kun lämpötilat ovat liian kuumat tai liian kylmät heidän satoilleen."

Chengin mukaan anturimekanismeja, jotka voivat saada toisistaan ​​riippumattomia typpikaasu- ja lämpötilamittauksia, raportoidaan harvoin.Sekä kaasut että lämpötila voivat aiheuttaa vaihteluita anturin vastuslukemissa, mikä vaikeuttaa niiden erottamista toisistaan.

Chengin tiimi loi korkean suorituskyvyn anturin, joka voi havaita typen menetyksen maaperän lämpötilasta riippumatta.Anturi on valmistettu vanadiinioksidilla seostetusta, laser-indusoidusta grafeenivaahdosta, ja on havaittu, että grafeenissa olevien metallikompleksien seostus parantaa kaasun adsorptiota ja tunnistusherkkyyttä.

Koska pehmeä kalvo suojaa anturia ja estää typpikaasun läpäisyn, anturi reagoi vain lämpötilan muutoksiin.Anturia voidaan käyttää myös ilman kapselointia ja korkeammassa lämpötilassa.

Tämä mahdollistaa typpikaasun tarkan mittauksen sulkemalla pois suhteellisen kosteuden ja maaperän lämpötilan vaikutukset.Lämpötila- ja typpikaasu voidaan irrottaa täysin ja häiriöttömästi käyttämällä koteloituja ja kapseloimattomia antureita.

Tutkija sanoi, että lämpötilan muutosten ja typpikaasupäästöjen irrottamista voitaisiin käyttää luomaan ja toteuttamaan multimodaalisia laitteita, joissa on irrotetut anturimekanismit tarkkuusmaatalouteen kaikissa sääolosuhteissa.

Cheng sanoi: "Mahdollisuus havaita samanaikaisesti erittäin alhaisia ​​typen oksidipitoisuuksia ja pieniä lämpötilan muutoksia tasoittaa tietä tulevien multimodaalisten elektronisten laitteiden kehittämiselle, joissa on irrotetut tunnistusmekanismit tarkkuusmaatalouteen, terveyden seurantaan ja muihin sovelluksiin."

Chengin tutkimusta rahoittivat National Institutes of Health, National Science Foundation, Penn State ja Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö.