Si Shuohao Cai, isang doktor na mag-aaral sa agham ng lupa, ay naglalagay ng sensor rod na may multifunction sensor sticker na nagbibigay-daan sa mga sukat sa iba't ibang lalim sa lupa sa University of Wisconsin-Madison Hancock Agricultural Research Station.
MADISON — Ang mga inhinyero ng Unibersidad ng Wisconsin-Madison ay nakabuo ng mga murang sensor na maaaring magbigay ng tuloy-tuloy, real-time na pagsubaybay sa nitrate sa mga karaniwang uri ng lupa sa Wisconsin. Ang mga naka-print na electrochemical sensor na ito ay maaaring makatulong sa mga magsasaka na gumawa ng mas matalinong mga desisyon sa pamamahala ng nutrient at mapagtanto ang mga benepisyo sa ekonomiya.
"Ang aming mga sensor ay maaaring magbigay sa mga magsasaka ng mas mahusay na pag-unawa sa nutritional status ng kanilang lupa at ang dami ng nitrate na magagamit sa kanilang mga halaman, na tumutulong sa kanila na magpasya nang mas tumpak kung gaano karaming pataba ang talagang kailangan nila," sabi ni Joseph Andrews, assistant professor sa Harvard University. Ang pag-aaral ay pinangunahan ng School of Mechanical Engineering sa University of Wisconsin-Madison. "Kung maaari nilang bawasan ang halaga ng pataba na kanilang binibili, ang pagtitipid sa gastos ay maaaring maging makabuluhan para sa mas malalaking sakahan."
Ang mga nitrate ay isang mahalagang sustansya para sa paglago ng pananim, ngunit ang labis na nitrates ay maaaring tumagas mula sa lupa at pumasok sa tubig sa lupa. Ang ganitong uri ng kontaminasyon ay nakakapinsala sa mga taong umiinom ng kontaminadong tubig ng balon at nakakapinsala sa kapaligiran. Ang bagong sensor ng mga mananaliksik ay maaari ding gamitin bilang isang pang-agrikulturang tool sa pagsasaliksik upang subaybayan ang nitrate leaching at tumulong na bumuo ng mga pinakamahusay na kasanayan para sa pagpapagaan ng mga nakakapinsalang epekto nito.
Ang mga kasalukuyang pamamaraan para sa pagsubaybay sa nitrate ng lupa ay labor-intensive, mahal, at hindi nagbibigay ng real-time na data. Iyon ang dahilan kung bakit nagtakda ang naka-print na electronics expert na si Andrews at ang kanyang koponan na gumawa ng mas mahusay, mas murang solusyon.
Sa proyektong ito, gumamit ang mga mananaliksik ng proseso ng pag-print ng inkjet upang lumikha ng potentiometric sensor, isang uri ng thin-film electrochemical sensor. Ang mga potentiometric sensor ay kadalasang ginagamit upang tumpak na sukatin ang nitrate sa mga likidong solusyon. Gayunpaman, ang mga sensor na ito ay karaniwang hindi angkop para sa paggamit sa mga kapaligiran ng lupa dahil ang malalaking partikulo ng lupa ay maaaring kumamot sa mga sensor at maiwasan ang mga tumpak na sukat.
"Ang pangunahing hamon na sinusubukan naming lutasin ay ang paghahanap ng paraan upang gumana nang maayos ang mga electrochemical sensor na ito sa malupit na kondisyon ng lupa at tumpak na makita ang mga nitrate ions," sabi ni Andrews.
Ang solusyon ng koponan ay maglagay ng isang layer ng polyvinylidene fluoride sa sensor. Ayon kay Andrews, ang materyal na ito ay may dalawang pangunahing katangian. Una, mayroon itong napakaliit na mga pores, mga 400 nanometer ang laki, na nagpapahintulot sa mga nitrate ions na dumaan habang hinaharangan ang mga particle ng lupa. Pangalawa, ito ay hydrophilic, ibig sabihin, umaakit ito ng tubig at sinisipsip ito tulad ng isang espongha.
"Kaya ang anumang tubig na mayaman sa nitrate ay mas gustong tumagos sa ating mga sensor, na talagang mahalaga dahil ang lupa ay parang espongha din at matatalo ka sa labanan sa mga tuntunin ng kahalumigmigan na nakapasok sa sensor kung hindi mo makuha ang parehong pagsipsip ng tubig. Potensyal ng lupa," sabi ni Andrews. "Ang mga katangiang ito ng polyvinylidene fluoride layer ay nagbibigay-daan sa amin na kumuha ng tubig na mayaman sa nitrate, ihatid ito sa ibabaw ng sensor at tumpak na makakita ng nitrate."
Idinetalye ng mga mananaliksik ang kanilang pag-unlad sa isang papel na inilathala noong Marso 2024 sa journal Advanced Materials Technology.
Sinubukan ng team ang kanilang sensor sa dalawang magkaibang uri ng lupa na nauugnay sa Wisconsin—mga mabuhangin na lupa, karaniwan sa hilagang-gitnang bahagi ng estado, at malantik na loam, karaniwan sa timog-kanlurang Wisconsin—at nalaman na ang mga sensor ay gumawa ng mga tumpak na resulta.
Isinasama na ngayon ng mga mananaliksik ang kanilang nitrate sensor sa isang multifunctional sensor system na tinatawag nilang "sensor sticker," kung saan ang tatlong magkakaibang uri ng mga sensor ay naka-mount sa isang nababaluktot na plastic na ibabaw gamit ang isang malagkit na backing. Naglalaman din ang mga sticker ng humidity at temperature sensors.
Ang mga mananaliksik ay maglalagay ng ilang sensory sticker sa isang post, ilalagay ang mga ito sa iba't ibang taas, at pagkatapos ay ibaon ang poste sa lupa. Ang setup na ito ay nagpapahintulot sa kanila na magsagawa ng mga sukat sa iba't ibang lalim ng lupa.
"Sa pamamagitan ng pagsukat ng nitrate, moisture at temperatura sa iba't ibang lalim, maaari na nating mabilang ang proseso ng pag-leaching ng nitrate at maunawaan kung paano gumagalaw ang nitrate sa lupa, na hindi posible noon," sabi ni Andrews.
Sa tag-araw ng 2024, plano ng mga mananaliksik na maglagay ng 30 sensor rod sa lupa sa Hancock Agricultural Research Station at sa Arlington Agricultural Research Station sa University of Wisconsin-Madison upang higit pang subukan ang sensor.
Oras ng post: Hul-09-2024