Nýir jarðvegsskynjarar gætu bætt skilvirkni áburðargjafar

Áburður sem inniheldur köfnunarefni er notaður til að auka matvælaframleiðslu, en losun hans getur mengað umhverfið. Til að hámarka nýtingu auðlinda, auka uppskeru í landbúnaði og minnka umhverfisáhættu er nauðsynlegt að fylgjast stöðugt og í rauntíma með eiginleikum jarðvegs, svo sem jarðvegshita og áburðarlosun. Fjölbreytiskynjari er nauðsynlegur fyrir snjall- eða nákvæmnislandbúnað til að fylgjast með losun köfnunarefnisoxíðgasa og jarðvegshita til að fá bestu áburðargjöf.

Huanyu „Larry“ Cheng, dósent í verkfræði og vélfræði við Penn State, leiddi þróun fjölbreytiskynjara sem aðskilur hitastigs- og köfnunarefnismerki með góðum árangri til að gera nákvæma mælingu á hvoru merki mögulega.

Cheng sagði,„Til að áburðargjöf sé skilvirk er þörf á stöðugu og rauntíma eftirliti með jarðvegsástandi, sérstaklega köfnunarefnisnýtingu og jarðvegshita. Þetta er nauðsynlegt til að meta heilbrigði uppskeru, draga úr umhverfismengun og stuðla að sjálfbærri og nákvæmri landbúnaði.“

Rannsóknin miðar að því að nota viðeigandi magn til að ná sem bestum uppskeru. Uppskeran getur orðið minni ef meira köfnunarefni er notað. Þegar áburður er notaður í óhófi fer hann til spillis, plöntur geta brunnið og eitraðar köfnunarefnisgufur losna út í umhverfið. Bændur geta náð kjörmagni áburðar fyrir vöxt plantna með hjálp nákvæmrar mælingar á köfnunarefnismagni.

Meðhöfundurinn Li Yang, prófessor í gervigreindardeild Hebei-tækniháskólans í Kína, sagði:„Vöxtur plantna er einnig undir áhrifum hitastigs, sem hefur áhrif á eðlisfræðileg, efnafræðileg og örverufræðileg ferli í jarðvegi. Stöðug vöktun gerir bændum kleift að þróa aðferðir og íhlutun þegar hitastig er of hátt eða of kalt fyrir uppskeru þeirra.“

Samkvæmt Cheng er sjaldgæft að skynjunarkerfi geti mælt köfnunarefnisgas og hitastig óháð hvor annarri. Bæði lofttegundir og hitastig geta valdið breytingum á viðnámsmælingum skynjarans, sem gerir það erfitt að greina á milli þeirra.

Teymi Chengs bjó til afkastamikla skynjara sem getur greint köfnunarefnistap óháð jarðvegshita. Skynjarinn er úr vanadíumoxíð-bættu, leysigeislavirku grafenfroðu og hefur komið í ljós að blöndun málmfléttna í grafeni bætir gasupptöku og næmi fyrir greiningu.

Þar sem mjúk himna verndar skynjarann og kemur í veg fyrir að köfnunarefnisgas komist í gegn, bregst skynjarinn eingöngu við hitastigsbreytingum. Skynjarinn er einnig hægt að nota án innhúðunar og við hærra hitastig.

Þetta gerir kleift að mæla köfnunarefnisgasið nákvæmlega með því að útiloka áhrif rakastigs og jarðvegshita. Hægt er að aðskilja hitastig og köfnunarefnisgas alveg og truflanalaust með því að nota bæði innbyggða og óinnbyggða skynjara.

Rannsakandinn sagði að hægt væri að nota aftengingu hitastigsbreytinga og losunar köfnunarefnisgasa til að búa til og innleiða fjölþætta tæki með aftengdum skynjunarkerfum fyrir nákvæmnilandbúnað við allar veðurskilyrði.

Cheng sagði: „Hæfni til að greina samtímis mjög lágan styrk köfnunarefnisoxíðs og litlar hitabreytingar ryður brautina fyrir þróun framtíðar fjölþættra rafeindatækja með ótengdum skynjunarkerfum fyrir nákvæmnislandbúnað, heilsufarsvöktun og önnur forrit.“

Rannsóknir Chengs voru fjármagnaðar af Þjóðheilbrigðisstofnun Bandaríkjanna, Þjóðvísindasjóðnum, Penn State og Kínverska náttúruvísindasjóðnum.