Maaaring mapabuti ng mga bagong sensor ng lupa ang kahusayan ng pagpapabunga ng pananim

Ang mga pataba na naglalaman ng nitroheno ay ginagamit upang mapataas ang produksyon ng pagkain, ngunit ang mga emisyon nito ay maaaring magparumi sa kapaligiran. Para sa pag-maximize ng paggamit ng mapagkukunan, pagpapataas ng ani ng agrikultura, at pagpapababa ng mga panganib sa kapaligiran, mahalaga ang patuloy at real-time na pagsubaybay sa mga katangian ng lupa, tulad ng temperatura ng lupa at emisyon ng pataba. Kinakailangan ang isang multi-parameter sensor para sa smart o precision agriculture upang masubaybayan ang mga emisyon ng NOX gas at temperatura ng lupa para sa pinakamahusay na pagpapabunga.

Pinangunahan ni James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor ng Engineering Science and Mechanics sa Penn State si Huanyu “Larry” Cheng ang pagbuo ng isang multi-parameter sensor na matagumpay na naghihiwalay ng mga signal ng temperatura at nitrogen upang magbigay-daan sa tumpak na pagsukat ng bawat isa.

Sabi ni Cheng,"Para sa mahusay na pagpapabunga, kailangan ang patuloy at real-time na pagsubaybay sa mga kondisyon ng lupa, partikular na ang paggamit ng nitroheno at temperatura ng lupa. Mahalaga ito para sa pagsusuri ng kalusugan ng pananim, pagbabawas ng polusyon sa kapaligiran, at pagtataguyod ng napapanatiling at tumpak na agrikultura."

Nilalayon ng pag-aaral na gamitin ang naaangkop na dami para sa pinakamahusay na ani ng pananim. Ang produksyon ng pananim ay maaaring mas mababa kaysa sa kung mas maraming nitroheno ang gagamitin. Kapag labis na inilapat ang pataba, nasasayang ito, maaaring masunog ang mga halaman, at ang mga nakalalasong usok ng nitroheno ay inilalabas sa kapaligiran. Maaabot ng mga magsasaka ang mainam na antas ng pataba para sa paglaki ng mga halaman sa tulong ng tumpak na pagtukoy sa antas ng nitroheno.

Sinabi ng kapwa-may-akda na si Li Yang, isang propesor sa School of Artificial Intelligence sa Hebei University of Technology ng Tsina,"Ang paglaki ng halaman ay naaapektuhan din ng temperatura, na nakakaimpluwensya sa mga prosesong pisikal, kemikal, at mikrobiyolohikal sa lupa. Ang patuloy na pagsubaybay ay nagbibigay-daan sa mga magsasaka na bumuo ng mga estratehiya at interbensyon kapag ang temperatura ay masyadong mainit o masyadong malamig para sa kanilang mga pananim."

Ayon kay Cheng, ang mga mekanismo ng sensing na maaaring makakuha ng mga sukat ng nitrogen gas at temperatura nang hiwalay sa isa't isa ay bihirang naiuulat. Ang parehong mga gas at temperatura ay maaaring magdulot ng mga pagkakaiba-iba sa pagbasa ng resistensya ng sensor, na nagpapahirap na makilala ang mga ito.

Ang pangkat ni Cheng ay lumikha ng isang high-performance sensor na kayang matukoy ang pagkawala ng nitrogen nang walang kinalaman sa temperatura ng lupa. Ang sensor ay gawa sa vanadium oxide-doped, laser-induced graphene foam, at natuklasan na ang pagdo-dope ng mga metal complex sa graphene ay nagpapabuti sa gas adsorption at detection sensitivity.

Dahil pinoprotektahan ng malambot na lamad ang sensor at pinipigilan ang pagtagos ng nitrogen gas, ang sensor ay tumutugon lamang sa mga pagbabago sa temperatura. Maaari ring gamitin ang sensor nang walang encapsulation at sa mas mataas na temperatura.

Nagbibigay-daan ito para sa tumpak na pagsukat ng nitrogen gas sa pamamagitan ng pagbubukod ng mga epekto ng relatibong halumigmig at temperatura ng lupa. Ang temperatura at nitrogen gas ay maaaring ganap at walang interference decouple gamit ang mga nakalakip at walang encapsulated na sensor.

Sinabi ng mananaliksik na ang pag-decoupling ng mga pagbabago sa temperatura at mga emisyon ng nitrogen gas ay maaaring gamitin upang lumikha at magpatupad ng mga multimodal device na may mga decoupled sensing mechanism para sa precision agriculture sa lahat ng kondisyon ng panahon.

Sinabi ni Cheng, “Ang kakayahang sabay-sabay na matukoy ang napakababang konsentrasyon ng nitrogen oxide at maliliit na pagbabago sa temperatura ay nagbubukas ng daan para sa pag-unlad ng mga multimodal electronic device sa hinaharap na may mga decoupled sensing mechanism para sa precision agriculture, health monitoring, at iba pang aplikasyon.”

Ang pananaliksik ni Cheng ay pinondohan ng National Institutes of Health, ng National Science Foundation, ng Penn State, at ng Chinese National Natural Science Foundation.