حسگرهای جدید خاک می توانند کارایی کوددهی محصولات را بهبود بخشند

کودهای حاوی نیتروژن برای افزایش تولید مواد غذایی استفاده می شوند، اما انتشار آنها ممکن است محیط را آلوده کند.برای به حداکثر رساندن استفاده از منابع، افزایش عملکرد کشاورزی و کاهش خطرات زیست محیطی، نظارت مستمر و در زمان واقعی بر خواص خاک، مانند دمای خاک و انتشار کود، ضروری است.یک سنسور چند پارامتری برای کشاورزی هوشمند یا دقیق برای ردیابی انتشار گازهای NOX و دمای خاک برای بهترین کوددهی لازم است.

جیمز ال. هندرسون، جونیور، استادیار علوم مهندسی و مکانیک در ایالت پن ایالت Huanyu "Larry" Cheng، توسعه یک حسگر چند پارامتری را رهبری کرد که با موفقیت سیگنال‌های دما و نیتروژن را برای اندازه‌گیری دقیق هر یک از هم جدا می‌کند.

چنگ گفتبرای کوددهی کارآمد، نیاز به نظارت مستمر و در زمان واقعی شرایط خاک، به ویژه استفاده از نیتروژن و دمای خاک وجود دارد.این برای ارزیابی سلامت محصول، کاهش آلودگی محیط زیست و ترویج کشاورزی پایدار و دقیق ضروری است.

هدف این مطالعه به کارگیری مقدار مناسب برای بهترین عملکرد محصول است.تولید محصول ممکن است کمتر از آن باشد که نیتروژن بیشتر استفاده شود.هنگامی که کود بیش از حد استفاده شود، هدر می رود، گیاهان می توانند بسوزند و دودهای سمی نیتروژن در محیط منتشر می شود.کشاورزان می توانند با کمک تشخیص دقیق سطح نیتروژن به سطوح ایده آل کود برای رشد گیاهان برسند.

یکی از نویسندگان لی یانگ، استاد دانشکده هوش مصنوعی در دانشگاه فناوری هبی چین، گفت:رشد گیاه همچنین تحت تأثیر دما است که بر فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و میکروبیولوژیکی خاک تأثیر می گذارد.نظارت مستمر کشاورزان را قادر می‌سازد تا استراتژی‌ها و مداخلاتی را در زمانی که دما برای محصولاتشان خیلی گرم یا خیلی سرد است، توسعه دهند.»

به گفته چنگ، مکانیسم‌های سنجشی که می‌توانند گاز نیتروژن و اندازه‌گیری دما را مستقل از یکدیگر به دست آورند، به ندرت گزارش می‌شوند.هم گازها و هم دما می توانند باعث تغییراتی در قرائت مقاومت سنسور شوند و تمایز بین آنها را دشوار می کند.

تیم چنگ یک حسگر با کارایی بالا ایجاد کرد که می تواند اتلاف نیتروژن را مستقل از دمای خاک تشخیص دهد.این حسگر از فوم گرافن القا شده با اکسید وانادیوم ساخته شده است و کشف شده است که کمپلکس های فلزی دوپینگ در گرافن، جذب گاز و حساسیت تشخیص را بهبود می بخشد.

از آنجایی که یک غشای نرم از سنسور محافظت می کند و از نفوذ گاز نیتروژن جلوگیری می کند، سنسور تنها به تغییرات دما واکنش نشان می دهد.این سنسور همچنین می تواند بدون کپسوله سازی و در دمای بالاتر استفاده شود.

این امکان اندازه گیری دقیق گاز نیتروژن را با حذف اثرات رطوبت نسبی و دمای خاک فراهم می کند.دما و گاز نیتروژن را می توان به طور کامل و بدون تداخل با استفاده از حسگرهای محصور و بدون کپسول جدا کرد.

این محقق گفت که جداسازی تغییرات دما و انتشار گاز نیتروژن می‌تواند برای ایجاد و پیاده‌سازی دستگاه‌های چندوجهی با مکانیسم‌های حسگر جداشده برای کشاورزی دقیق در همه شرایط آب و هوایی استفاده شود.

چنگ گفت: «قابلیت تشخیص همزمان غلظت‌های بسیار کم اکسید نیتروژن و تغییرات دمایی کوچک، راه را برای توسعه دستگاه‌های الکترونیکی چندوجهی آینده با مکانیسم‌های حسگر جداشده برای کشاورزی دقیق، نظارت بر سلامت و سایر کاربردها هموار می‌کند.»

تحقیقات چنگ توسط مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد ملی علوم، ایالت پن و بنیاد ملی علوم طبیعی چین تأمین مالی شد.