Sensorer mpya za udongo zinaweza kuboresha ufanisi wa kurutubisha mazao

Mbolea zenye nitrojeni hutumiwa kuongeza uzalishaji wa chakula, lakini utoaji wake unaweza kuchafua mazingira.Ili kuongeza matumizi ya rasilimali, kuongeza mavuno ya kilimo, na kupunguza hatari za mazingira, ufuatiliaji unaoendelea na wa wakati halisi wa mali ya udongo, kama vile joto la udongo na utoaji wa mbolea, ni muhimu.Sensor yenye vigezo vingi ni muhimu kwa kilimo mahiri au sahihi ili kufuatilia utoaji wa gesi ya NOX na halijoto ya udongo kwa ajili ya urutubishaji bora.

James L. Henderson, Profesa Mshiriki wa Ukumbusho wa Sayansi ya Uhandisi na Mekaniki katika Jimbo la Penn Huanyu "Larry" Cheng aliongoza ukuzaji wa sensor ya vigezo vingi ambayo hutenganisha kwa mafanikio ishara za joto na nitrojeni ili kuruhusu kipimo sahihi cha kila moja.

Cheng alisema,“Kwa ajili ya urutubishaji bora, kuna haja ya ufuatiliaji endelevu na wa wakati halisi wa hali ya udongo, hasa matumizi ya nitrojeni na joto la udongo.Hii ni muhimu kwa kutathmini afya ya mazao, kupunguza uchafuzi wa mazingira, na kukuza kilimo endelevu na cha usahihi.

Utafiti unalenga kuajiri idadi inayofaa kwa mavuno bora ya mazao.Uzalishaji wa zao unaweza kuwa chini kuliko inaweza kuwa ikiwa nitrojeni zaidi itatumika.Mbolea inapotumiwa kupita kiasi, hupotezwa, mimea inaweza kuwaka, na mafusho yenye sumu ya nitrojeni hutolewa kwenye mazingira.Wakulima wanaweza kufikia viwango bora vya mbolea kwa ukuaji wa mimea kwa usaidizi wa kutambua kiwango sahihi cha nitrojeni.

Mwandishi mwenza Li Yang, profesa katika Shule ya Ujasusi Bandia katika Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Hebei cha China, alisema,“Ukuaji wa mimea pia huathiriwa na halijoto, ambayo huathiri michakato ya kimwili, kemikali, na mikrobiolojia kwenye udongo.Ufuatiliaji unaoendelea huwawezesha wakulima kubuni mikakati na afua wakati halijoto ni joto sana au baridi sana kwa mazao yao.”

Kulingana na Cheng, Mifumo ya Kuhisi ambayo inaweza kupata gesi ya nitrojeni na vipimo vya halijoto bila kutegemeana hairipotiwa mara chache.Gesi na halijoto zote mbili zinaweza kusababisha tofauti katika usomaji wa upinzani wa kihisi, hivyo kufanya iwe vigumu kutofautisha kati yao.

Timu ya Cheng iliunda kihisi cha utendakazi wa hali ya juu ambacho kinaweza kutambua upotevu wa nitrojeni bila kujali halijoto ya udongo.Kihisi kimeundwa na vanadium oxide-doped, leza-induced graphene povu, na imegunduliwa kwamba doping metal complexes katika graphene kuboresha gesi adsorption na unyeti wa kutambua.

Kwa sababu utando laini hulinda kitambuzi na kuzuia upenyezaji wa gesi ya nitrojeni, kitambuzi huguswa tu na mabadiliko ya halijoto.Sensor pia inaweza kutumika bila encapsulation na kwa joto la juu.

Hii huruhusu kipimo sahihi cha gesi ya nitrojeni kwa kutojumuisha athari za unyevunyevu na joto la udongo.Halijoto na gesi ya nitrojeni inaweza kutenganishwa bila kuingiliwa kabisa kwa kutumia vihisi vilivyofungwa na ambavyo havijafunikwa.

Mtafiti alisema mabadiliko ya halijoto ya kuunganishwa na utoaji wa gesi ya nitrojeni inaweza kutumika kuunda na kutekeleza vifaa vya multimodal vilivyo na mifumo ya kuhisi iliyotenganishwa kwa kilimo cha usahihi katika hali zote za hali ya hewa.

Cheng alisema, "Uwezo wa kutambua kwa wakati mmoja viwango vya oksidi ya nitrojeni ya chini sana na mabadiliko madogo ya halijoto hufungua njia kwa ajili ya uundaji wa vifaa vya kielektroniki vya aina nyingi za siku zijazo na mifumo iliyotenganishwa ya kutambua kwa usahihi kilimo, ufuatiliaji wa afya, na matumizi mengine."

Utafiti wa Cheng ulifadhiliwa na Taasisi za Kitaifa za Afya, Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi, Jimbo la Penn, na Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi ya Asili wa China.