Yeni toprak sensörleri mahsul gübreleme verimliliğini artırabilir

Azot içeren gübreler gıda üretimini arttırmak için kullanılıyor ancak bunların emisyonları çevreyi kirletebiliyor.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 çok önemlidir.En iyi gübreleme için NOX gazı emisyonlarını ve toprak sıcaklığını takip etmek amacıyla akıllı veya hassas tarım için çok parametreli bir sensör gereklidir.

James L. Henderson, Jr. Penn State Huanyu'da Mühendislik Bilimi ve Mekanik Bölümü'nde Memorial Doçenti "Larry" Cheng, her birinin doğru ölçümüne olanak sağlamak üzere sıcaklık ve nitrojen sinyallerini başarılı bir şekilde ayıran çok parametreli bir sensörün geliştirilmesine öncülük etti.

Çeng şunları söyledi:"Etkili gübreleme için toprak koşullarının, özellikle nitrojen kullanımı ve toprak sıcaklığının sürekli ve gerçek zamanlı izlenmesine ihtiyaç var.Bu, mahsul sağlığını değerlendirmek, çevre kirliliğini azaltmak ve sürdürülebilir ve hassas tarımı teşvik etmek için gereklidir."

Çalışmada en iyi mahsul verimi için uygun miktarın kullanılması amaçlanmaktadır.Mahsulün üretimi, daha fazla nitrojen kullanılması durumunda olabileceğinden daha düşük olabilir.Gübre aşırı uygulandığında israf olur, bitkiler yanabilir ve çevreye zehirli nitrojen dumanları salınır.Çiftçiler, doğru nitrojen seviyesi tespiti sayesinde bitkilerin büyümesi için ideal gübre seviyelerine ulaşabilirler.

Çin Hebei Teknoloji Üniversitesi Yapay Zeka Okulu'nda profesör olan ortak yazar Li Yang şunları söyledi:"Bitki büyümesi aynı zamanda topraktaki fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik süreçleri etkileyen sıcaklıktan da etkileniyor.Sürekli izleme, çiftçilerin sıcaklıklar ürünleri için çok sıcak veya çok soğuk olduğunda stratejiler ve müdahaleler geliştirmelerine olanak sağlıyor."

Cheng'e göre nitrojen gazı ve sıcaklık ölçümlerini birbirinden bağımsız olarak elde edebilen algılama mekanizmaları nadiren rapor edilmektedir.Hem gazlar hem de sıcaklık, sensörün direnç okumasında değişikliklere neden olabilir, bu da aralarında ayrım yapılmasını zorlaştırır.

Cheng'in ekibi, toprak sıcaklığından bağımsız olarak nitrojen kaybını tespit edebilen yüksek performanslı bir sensör yarattı.Sensör, vanadyum oksit katkılı, lazerle indüklenen grafen köpükten yapılmıştır ve grafendeki katkılı metal komplekslerinin gaz adsorpsiyonunu ve algılama hassasiyetini iyileştirdiği keşfedilmiştir.

Yumuşak bir membran sensörü koruduğu ve nitrojen gazı geçişini önlediği için sensör yalnızca sıcaklıktaki değişikliklere tepki verir.Sensör ayrıca kapsülleme olmadan ve daha yüksek bir sıcaklıkta da kullanılabilir.

Bu, bağıl nem ve toprak sıcaklığının etkilerini hariç tutarak nitrojen gazının doğru ölçümüne olanak tanır.Sıcaklık ve nitrojen gazı, kapalı ve kapsülsüz sensörler kullanılarak tamamen ve parazitsiz olarak ayrılabilir.

Araştırmacı, tüm hava koşullarında hassas tarım için ayrıştırılmış algılama mekanizmalarına sahip çok modlu cihazlar oluşturmak ve uygulamak için sıcaklık değişikliklerinin ve nitrojen gazı emisyonlarının ayrıştırılmasının kullanılabileceğini söyledi.

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

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