Shuohao Cai, mwanafunzi wa udaktari katika sayansi ya udongo, anaweka kifimbo cha kihisi kilicho na kibandiko cha kihisi kinachofanya kazi nyingi ambacho huruhusu vipimo katika vilindi tofauti kwenye udongo katika Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison Hancock Agricultural Research Station.
MADISON - Wahandisi wa Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison wameunda vihisi vya gharama ya chini ambavyo vinaweza kutoa ufuatiliaji wa mara kwa mara wa nitrati katika aina za udongo za Wisconsin. Vihisi hivi vya kielektroniki vilivyochapishwa vinaweza kuwasaidia wakulima kufanya maamuzi ya usimamizi wa virutubishi kwa ufahamu zaidi na kutambua manufaa ya kiuchumi.
"Sensorer zetu zinaweza kuwapa wakulima ufahamu bora wa hali ya lishe ya udongo wao na kiasi cha nitrate kinachopatikana kwa mimea yao, kuwasaidia kuamua kwa usahihi ni kiasi gani cha mbolea wanachohitaji," alisema Joseph Andrews, profesa msaidizi katika Chuo Kikuu cha Harvard. Utafiti huo uliongozwa na Shule ya Uhandisi Mitambo katika Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison. "Kama wanaweza kupunguza kiwango cha mbolea wanachonunua, uokoaji wa gharama unaweza kuwa muhimu kwa mashamba makubwa."
Nitrati ni kirutubisho muhimu kwa ukuaji wa mazao, lakini nitrati za ziada zinaweza kutoka kwenye udongo na kuingia kwenye maji ya ardhini. Uchafuzi wa aina hii ni hatari kwa watu wanaokunywa maji machafu ya kisima na ni hatari kwa mazingira. Sensor mpya ya watafiti inaweza pia kutumika kama zana ya utafiti wa kilimo kufuatilia uchujaji wa nitrate na kusaidia kukuza mazoea bora ya kupunguza athari zake mbaya.
Mbinu za sasa za ufuatiliaji wa nitrati ya udongo ni za kazi nyingi, za gharama kubwa, na hazitoi data ya wakati halisi. Ndiyo maana mtaalam wa masuala ya kielektroniki aliyechapishwa Andrews na timu yake waliazimia kuunda suluhisho bora na la bei nafuu.
Katika mradi huu, watafiti walitumia mchakato wa uchapishaji wa inkjet kuunda sensor ya potentiometric, aina ya sensor ya filamu nyembamba ya umeme. Sensorer za Potentiometric mara nyingi hutumiwa kupima kwa usahihi nitrati katika ufumbuzi wa kioevu. Hata hivyo, vitambuzi hivi kwa ujumla havifai kutumika katika mazingira ya udongo kwa sababu chembe kubwa za udongo zinaweza kuchana vitambuzi na kuzuia vipimo sahihi.
"Changamoto kuu ambayo tulikuwa tunajaribu kutatua ilikuwa kutafuta njia ya kupata sensorer hizi za electrochemical kufanya kazi vizuri katika hali mbaya ya udongo na kuchunguza kwa usahihi ioni za nitrate," Andrews alisema.
Suluhisho la timu lilikuwa kuweka safu ya floridi ya polyvinylidene kwenye kitambuzi. Kulingana na Andrews, nyenzo hii ina sifa mbili muhimu. Kwanza, ina vinyweleo vidogo sana, karibu nanomita 400 kwa ukubwa, ambayo huruhusu ayoni za nitrate kupita huku ikizuia chembe za udongo. Pili, ni hydrophilic, ambayo ni, huvutia maji na kuichukua kama sifongo.
"Kwa hivyo maji yoyote yenye nitrati kwa upendeleo yataingia kwenye vihisi vyetu, ambayo ni muhimu sana kwa sababu udongo pia ni kama sifongo na utapoteza vita katika suala la unyevu kuingia kwenye kihisi kama huwezi kupata ufyonzaji sawa wa maji. Uwezo wa udongo," Andrews alisema. "Sifa hizi za safu ya floridi ya polyvinylidene huturuhusu kutoa maji yenye nitrati, kuipeleka kwenye uso wa sensorer na kugundua nitrati kwa usahihi."
Watafiti walielezea maendeleo yao katika karatasi iliyochapishwa mnamo Machi 2024 katika jarida la Teknolojia ya Vifaa vya Juu.
Timu ilijaribu kitambuzi chao kwenye aina mbili tofauti za udongo zinazohusishwa na Wisconsin—udongo wa mchanga, unaojulikana katika sehemu za kaskazini-kati za jimbo, na tifutifu, zinazojulikana kusini magharibi mwa Wisconsin—na ikagundua kuwa vitambuzi vilitoa matokeo sahihi.
Watafiti sasa wanaunganisha kihisio chao cha nitrate katika mfumo wa sensorer unaofanya kazi nyingi wanaouita "stika ya sensor," ambayo aina tatu tofauti za sensorer zimewekwa kwenye uso wa plastiki unaobadilika kwa kutumia msaada wa wambiso. Vibandiko pia vina vitambuzi vya unyevu na halijoto.
Watafiti wataambatisha vibandiko kadhaa vya hisia kwenye chapisho, wakiziweka katika urefu tofauti, na kisha kuzika nguzo kwenye udongo. Mpangilio huu uliwaruhusu kuchukua vipimo katika kina tofauti cha udongo.
"Kwa kupima nitrati, unyevu na halijoto kwa kina tofauti, sasa tunaweza kuhesabu mchakato wa uchujaji wa nitrate na kuelewa jinsi nitrati inavyosonga kwenye udongo, jambo ambalo halikuwezekana hapo awali," Andrews alisema.
Katika majira ya joto ya 2024, watafiti wanapanga kuweka vijiti 30 vya sensorer kwenye udongo katika Kituo cha Utafiti wa Kilimo cha Hancock na Kituo cha Utafiti wa Kilimo cha Arlington katika Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison ili kupima zaidi sensor.
Muda wa kutuma: Jul-09-2024