Yeni toprak sensörleri mahsul gübreleme verimliliğini artırabilir

Azot içeren gübreler gıda üretimini artırmak için kullanılır, ancak emisyonları çevreyi kirletebilir. Kaynak kullanımını en üst düzeye çıkarmak, tarımsal verimi artırmak ve çevresel riskleri azaltmak için toprak sıcaklığı ve gübre emisyonu gibi toprak özelliklerinin sürekli ve gerçek zamanlı izlenmesi şarttır. Akıllı veya hassas tarımda, en iyi gübreleme için NOX gazı emisyonlarını ve toprak sıcaklığını izlemek üzere çok parametreli bir sensör gereklidir.

Penn State Mühendislik Bilimi ve Mekanik Bölümü'nde Doçent olan James L. Henderson, Jr. Huanyu “Larry” Cheng, sıcaklık ve nitrojen sinyallerini başarıyla ayırarak her birinin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlayan çok parametreli bir sensörün geliştirilmesine öncülük etti.

Cheng şöyle dedi:"Verimli gübreleme için, toprak koşullarının, özellikle azot kullanımının ve toprak sıcaklığının sürekli ve gerçek zamanlı olarak izlenmesine ihtiyaç vardır. Bu, ürün sağlığının değerlendirilmesi, çevre kirliliğinin azaltılması ve sürdürülebilir ve hassas tarımın teşvik edilmesi açısından hayati önem taşır."

Çalışma, en iyi ürün verimi için uygun miktarın kullanılmasını amaçlamaktadır. Daha fazla azot kullanıldığında, ürün verimi daha düşük olabilir. Aşırı gübre uygulandığında, gübre israf olur, bitkiler yanabilir ve çevreye zehirli azot dumanları salınır. Çiftçiler, doğru azot seviyesi tespiti sayesinde bitkilerin büyümesi için ideal gübre seviyelerine ulaşabilirler.

Çin'in Hebei Teknoloji Üniversitesi Yapay Zeka Okulu'nda profesör olan ortak yazar Li Yang şunları söyledi:"Bitki büyümesi, topraktaki fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik süreçleri etkileyen sıcaklıktan da etkilenir. Sürekli izleme, çiftçilerin ürünleri için sıcaklıkların çok yüksek veya çok düşük olduğu durumlarda stratejiler ve müdahaleler geliştirmelerini sağlar."

Cheng'e göre, azot gazı ve sıcaklık ölçümlerini birbirinden bağımsız olarak alabilen algılama mekanizmaları nadiren rapor edilmiştir. Hem gazlar hem de sıcaklık, sensörün direnç okumasında farklılıklara neden olarak, aralarında ayrım yapmayı zorlaştırabilir.

Cheng'in ekibi, toprak sıcaklığından bağımsız olarak azot kaybını tespit edebilen yüksek performanslı bir sensör geliştirdi. Sensör, vanadyum oksit katkılı, lazerle oluşturulmuş grafen köpüğünden yapılmıştır ve grafendeki metal komplekslerinin katkılanmasının gaz adsorpsiyonunu ve tespit hassasiyetini artırdığı keşfedilmiştir.

Yumuşak bir membran sensörü koruyup azot gazı geçişini engellediğinden, sensör yalnızca sıcaklık değişimlerine tepki verir. Sensör, kapsülleme olmadan ve daha yüksek sıcaklıklarda da kullanılabilir.

Bu, bağıl nem ve toprak sıcaklığının etkilerini ortadan kaldırarak azot gazının doğru bir şekilde ölçülmesini sağlar. Kapalı ve kapsülsüz sensörler kullanılarak sıcaklık ve azot gazı tamamen ve parazitsiz bir şekilde birbirinden ayrılabilir.

Araştırmacı, sıcaklık değişimleri ve azot gazı emisyonlarının ayrıştırılmasının, her türlü hava koşulunda hassas tarım için ayrıştırılmış algılama mekanizmalarına sahip çok modlu cihazlar yaratmak ve uygulamak için kullanılabileceğini söyledi.

Cheng, "Ultra düşük nitrojen oksit konsantrasyonlarını ve küçük sıcaklık değişimlerini aynı anda tespit edebilme yeteneği, hassas tarım, sağlık izleme ve diğer uygulamalar için ayrıştırılmış algılama mekanizmalarına sahip gelecekteki çok modlu elektronik cihazların geliştirilmesinin önünü açıyor." dedi.

Cheng'in araştırmaları Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Bilim Vakfı, Penn State ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından finanse edildi.