Новые датчики почвы могут повысить эффективность удобрения сельскохозяйственных культур

Удобрения, содержащие азот, используются для увеличения производства продуктов питания, но их выбросы могут загрязнять окружающую среду.Для максимального использования ресурсов, повышения урожайности в сельском хозяйстве и снижения экологических рисков необходим непрерывный мониторинг свойств почвы в режиме реального времени, таких как температура почвы и выбросы удобрений.Для интеллектуального или точного земледелия необходим многопараметрический датчик, позволяющий отслеживать выбросы NOX и температуру почвы для наилучшего внесения удобрений.

Джеймс Л. Хендерсон-младший, доцент кафедры инженерных наук и механики Мемориала в Пенсильванском университете Хуаньюй «Ларри» Ченг, возглавил разработку многопараметрического датчика, который успешно разделяет сигналы температуры и азота, чтобы обеспечить точное измерение каждого из них.

Ченг сказал:«Для эффективного внесения удобрений необходим непрерывный мониторинг состояния почвы в режиме реального времени, в частности, использования азота и температуры почвы.Это важно для оценки здоровья сельскохозяйственных культур, снижения загрязнения окружающей среды и продвижения устойчивого и точного земледелия».

Исследование направлено на использование соответствующего количества для получения наилучшего урожая.Урожайность культуры может быть ниже, чем при использовании большего количества азота.При чрезмерном внесении удобрений они тратятся впустую, растения могут получить ожоги, а в окружающую среду выделяются токсичные пары азота.Фермеры могут достичь идеального уровня удобрений для роста растений с помощью точного определения уровня азота.

Соавтор Ли Ян, профессор Школы искусственного интеллекта Хэбэйского технологического университета, сказал:«На рост растений также влияет температура, которая влияет на физические, химические и микробиологические процессы в почве.Непрерывный мониторинг позволяет фермерам разрабатывать стратегии и меры вмешательства, когда температура становится слишком высокой или слишком низкой для выращивания их сельскохозяйственных культур».

По словам Ченга, о сенсорных механизмах, которые могут получать газообразный азот и измерения температуры независимо друг от друга, сообщается редко.И газы, и температура могут вызывать изменения в показаниях сопротивления датчика, что затрудняет их различение.

Команда Ченга создала высокопроизводительный датчик, который может обнаруживать потерю азота независимо от температуры почвы.Датчик изготовлен из пенопласта графена, легированного оксидом ванадия, и было обнаружено, что легирование металлокомплексов в графене улучшает адсорбцию газа и чувствительность обнаружения.

Поскольку мягкая мембрана защищает датчик и предотвращает проникновение газообразного азота, датчик реагирует исключительно на изменения температуры.Датчик также можно использовать без инкапсуляции и при более высокой температуре.

Это позволяет точно измерить содержание азота, исключив влияние относительной влажности и температуры почвы.Температура и газообразный азот могут быть полностью и без помех разделены с помощью закрытых и неинкапсулированных датчиков.

Исследователь сказал, что развязка изменений температуры и выбросов газообразного азота может быть использована для создания и внедрения мультимодальных устройств с развязанными сенсорными механизмами для точного земледелия в любых погодных условиях.

Ченг сказал: «Способность одновременно обнаруживать сверхнизкие концентрации оксидов азота и небольшие изменения температуры открывает путь для разработки будущих мультимодальных электронных устройств с развязанными сенсорными механизмами для точного земледелия, мониторинга здоровья и других приложений».

Исследование Ченга финансировалось Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом, Пенсильванским университетом и Китайским национальным фондом естественных наук.