Новыя глебавыя датчыкі могуць палепшыць эфектыўнасць угнаенняў сельскагаспадарчых культур

Угнаенні, якія змяшчаюць азот, выкарыстоўваюцца для павелічэння вытворчасці прадуктаў харчавання, але іх выкіды могуць забруджваць навакольнае асяроддзе. Для максімальнага выкарыстання рэсурсаў, павышэння ўраджайнасці сельскагаспадарчай прадукцыі і зніжэння экалагічных рызык неабходны бесперапынны маніторынг уласцівасцей глебы ў рэжыме рэальнага часу, такіх як тэмпература глебы і выкіды ўгнаенняў. Для разумнай або дакладнай сельскай гаспадаркі неабходны шматпараметрычны датчык, які дазваляе адсочваць выкіды газаў NOX і тэмпературу глебы для найлепшага ўгнаення.

Джэймс Л. Хендэрсан-малодшы, дацэнт кафедры інжынерных навук і механікі ў Дзяржаўным універсітэце Пенсільваніі, Хуаньюй «Лары» Чэн кіраваў распрацоўкай шматпараметрычнага датчыка, які паспяхова аддзяляе сігналы тэмпературы і азоту, каб дазволіць дакладнае вымярэнне кожнага з іх.

Чэн сказаў,«Для эфектыўнага ўгнаення неабходны пастаянны маніторынг стану глебы ў рэжыме рэальнага часу, у прыватнасці, выкарыстання азоту і тэмпературы глебы. Гэта неабходна для ацэнкі стану сельскагаспадарчых культур, зніжэння забруджвання навакольнага асяроддзя і садзейнічання ўстойліваму і дакладнаму земляробству».

Даследаванне накіравана на выкарыстанне адпаведнай колькасці ўгнаенняў для атрымання найлепшага ўраджаю. Ураджайнасць можа быць ніжэйшай, чым пры выкарыстанні большай колькасці азоту. Пры празмерным унясенні ўгнаенняў яны марнуюцца, расліны могуць згараць, а таксічныя пары азоту выкідваюцца ў навакольнае асяроддзе. Фермеры могуць дасягнуць ідэальнага ўзроўню ўгнаенняў для росту раслін з дапамогай дакладнага вызначэння ўзроўню азоту.

Суаўтар Лі Ян, прафесар Школы штучнага інтэлекту ў Кітайскім тэхналагічным універсітэце Хэбэй, сказаў:«На рост раслін таксама ўплывае тэмпература, якая ўплывае на фізічныя, хімічныя і мікрабіялагічныя працэсы ў глебе. Пастаянны маніторынг дазваляе фермерам распрацоўваць стратэгіі і меры ўмяшання, калі тэмпература занадта высокая або занадта нізкая для іх ураджаю».

Паводле слоў Чэнга, рэдка сустракаюцца датчыкі, якія могуць атрымліваць вымярэнні азоту і тэмпературы незалежна адзін ад аднаго. Як газы, так і тэмпература могуць выклікаць змены ў паказаннях супраціўлення датчыка, што ўскладняе іх адрозненне.

Каманда Чэнга стварыла высокапрадукцыйны датчык, які можа выяўляць страту азоту незалежна ад тэмпературы глебы. Датчык выраблены з лазерна-індукаванай графенавай пены, легаванай аксідам ванадыя, і было выяўлена, што легіраванне металічнымі комплексамі ў графене паляпшае адсорбцыю газу і адчувальнасць выяўлення.

Паколькі мяккая мембрана абараняе датчык і прадухіляе пранікненне азоту, датчык рэагуе толькі на змены тэмпературы. Датчык таксама можна выкарыстоўваць без герметызацыі і пры больш высокай тэмпературы.

Гэта дазваляе дакладна вымяраць газападобны азот, выключаючы ўплыў адноснай вільготнасці і тэмпературы глебы. Тэмпература і газападобны азот могуць быць цалкам і без перашкод аддзелены з дапамогай убудаваных і негерметычных датчыкаў.

Даследчык заявіў, што раздзяленне змен тэмпературы і выкідаў газападобных азотных рэчываў можа быць выкарыстана для стварэння і ўкаранення мультымадальных прылад з раздзельнымі механізмамі датчыкаў для дакладнай сельскай гаспадаркі ў любых умовах надвор'я.

Чэн сказаў: «Магчымасць адначасова выяўляць звышнізкія канцэнтрацыі аксіду азоту і невялікія змены тэмпературы адкрывае шлях для распрацоўкі будучых мультымадальных электронных прылад з раз'яднанымі механізмамі датчыкаў для дакладнай сельскай гаспадаркі, маніторынгу здароўя і іншых ужыванняў».

Даследаванне Чэна фінансавалася Нацыянальнымі інстытутамі здароўя, Нацыянальным навуковым фондам, Універсітэтам штата Пенсільванія і Кітайскім нацыянальным фондам прыродазнаўчых навук.