Nuwe grondsensors kan die doeltreffendheid van gewasbemesting verbeter

Kunsmisstowwe wat stikstof bevat, word gebruik om voedselproduksie te verhoog, maar hul uitlatings kan die omgewing besoedel. Om hulpbrongebruik te maksimeer, landbou-opbrengste te verhoog en omgewingsrisiko's te verlaag, is deurlopende en intydse monitering van grondeienskappe, soos grondtemperatuur en kunsmisvrystelling, noodsaaklik. 'n Multiparametersensor is nodig vir slim- of presisielandbou om NOx-gasvrystellings en grondtemperatuur op te spoor vir die beste bemesting.

James L. Henderson, Jr. Gedenkmedeprofessor in Ingenieurswetenskap en Meganika aan Penn State. Huanyu “Larry” Cheng het die ontwikkeling van 'n multiparametersensor gelei wat temperatuur- en stikstofseine suksesvol skei om akkurate meting van elk moontlik te maak.

Cheng het gesê,“Vir doeltreffende bemesting is daar 'n behoefte aan deurlopende en intydse monitering van grondtoestande, spesifiek stikstofbenutting en grondtemperatuur. Dit is noodsaaklik vir die evaluering van gewasgesondheid, die vermindering van omgewingsbesoedeling en die bevordering van volhoubare en presisielandbou.”

Die studie het ten doel om die toepaslike hoeveelheid vir die beste oesopbrengs te gebruik. Die gewas se produksie kan laer wees as wat dit mag wees as meer stikstof gebruik word. Wanneer kunsmis oormatig toegedien word, word dit vermors, plante kan brand en giftige stikstofdampe word in die omgewing vrygestel. Boere kan die ideale vlakke van kunsmis vir die groei van plante bereik met behulp van akkurate stikstofvlakopsporing.

Mede-outeur Li Yang, 'n professor in die Skool vir Kunsmatige Intelligensie aan China se Hebei Universiteit van Tegnologie, het gesê,“Plantgroei word ook beïnvloed deur temperatuur, wat die fisiese, chemiese en mikrobiologiese prosesse in die grond beïnvloed. Deurlopende monitering stel boere in staat om strategieë en intervensies te ontwikkel wanneer temperature te warm of te koud is vir hul gewasse.”

Volgens Cheng word sensoriese meganismes wat onafhanklik van mekaar stikstofgas- en temperatuurmetings kan verkry, selde gerapporteer. Beide gasse en temperatuur kan variasies in die sensor se weerstandslesing veroorsaak, wat dit moeilik maak om tussen hulle te onderskei.

Cheng se span het 'n hoëprestasiesensor geskep wat stikstofverlies onafhanklik van grondtemperatuur kan opspoor. Die sensor is gemaak van vanadiumoksied-gedoteerde, laser-geïnduseerde grafeenskuim, en daar is ontdek dat doteringsmetaalkomplekse in grafeen gasadsorpsie en opsporingsensitiwiteit verbeter.

Omdat 'n sagte membraan die sensor beskerm en stikstofgasdeurlaat voorkom, reageer die sensor slegs op temperatuurveranderinge. Die sensor kan ook sonder inkapseling en by 'n hoër temperatuur gebruik word.

Dit maak voorsiening vir akkurate meting van die stikstofgas deur die effekte van relatiewe humiditeit en grondtemperatuur uit te sluit. Temperatuur en stikstofgas kan heeltemal en steuringsvry ontkoppel word deur die ingeslote en ongekapselde sensors te gebruik.

Die navorser het gesê dat die ontkoppeling van temperatuurveranderinge en stikstofgasvrystellings gebruik kan word om multimodale toestelle met ontkoppelde sensormeganismes vir presisielandbou in alle weersomstandighede te skep en te implementeer.

Cheng het gesê: “Die vermoë om gelyktydig ultra-lae stikstofoksiedkonsentrasies en klein temperatuurveranderinge op te spoor, baan die weg vir die ontwikkeling van toekomstige multimodale elektroniese toestelle met ontkoppelde sensormeganismes vir presisielandbou, gesondheidsmonitering en ander toepassings.”

Cheng se navorsing is befonds deur die Nasionale Instituut van Gesondheid, die Nasionale Wetenskapstigting, Penn State en die Chinese Nasionale Natuurwetenskapstigting.