Նոր հողային սենսորները կարող են բարելավել մշակաբույսերի պարարտացման արդյունավետությունը

Ազոտ պարունակող պարարտանյութերն օգտագործվում են սննդամթերքի արտադրությունը մեծացնելու համար, սակայն դրանց արտանետումները կարող են աղտոտել շրջակա միջավայրը: Ռեսուրսների օգտագործումը մեծացնելու, գյուղատնտեսական բերքատվությունը բարձրացնելու և շրջակա միջավայրի ռիսկերը նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է հողի հատկությունների, ինչպիսիք են հողի ջերմաստիճանը և պարարտանյութերի արտանետումները, շարունակական և իրական ժամանակում մոնիթորինգը: Խելացի կամ ճշգրիտ գյուղատնտեսության համար անհրաժեշտ է բազմապարամետր սենսոր՝ NOX գազերի արտանետումները և հողի ջերմաստիճանը հետևելու համար՝ լավագույն պարարտացման համար:

Ջեյմս Լ. Հենդերսոն կրտսեր, Փենսիլվանիայի պետական համալսարանի ճարտարագիտական գիտությունների և մեխանիկայի դոցենտ, Հուանյու «Լարի» Չենգը ղեկավարել է բազմապարամետրային սենսորի մշակումը, որը հաջողությամբ առանձնացնում է ջերմաստիճանի և ազոտի ազդանշանները՝ հնարավորություն տալով դրանցից յուրաքանչյուրի ճշգրիտ չափումը հնարավոր դարձնելու համար:

Չենգն ասաց.«Արդյունավետ պարարտացման համար անհրաժեշտ է հողի վիճակի, մասնավորապես՝ ազոտի օգտագործման և հողի ջերմաստիճանի անընդհատ և իրական ժամանակում մոնիթորինգ։ Սա կարևոր է մշակաբույսերի առողջության գնահատման, շրջակա միջավայրի աղտոտվածության նվազեցման և կայուն ու ճշգրիտ գյուղատնտեսության խթանման համար»։

Ուսումնասիրության նպատակն է լավագույն բերքատվության համար համապատասխան քանակի կիրառումը։ Բույսի բերքատվությունը կարող է ավելի ցածր լինել, քան կարող էր լինել, եթե ավելի շատ ազոտ օգտագործվի։ Երբ պարարտանյութը չափից շատ է կիրառվում, այն վատնվում է, բույսերը կարող են այրվել, և շրջակա միջավայր են արտանետվում թունավոր ազոտի գոլորշիներ։ Ֆերմերները կարող են հասնել բույսերի աճի համար իդեալական պարարտանյութի մակարդակի՝ ազոտի մակարդակի ճշգրիտ չափման օգնությամբ։

Համահեղինակ Լի Յանգը, Չինաստանի Հեբեյի տեխնոլոգիական համալսարանի արհեստական բանականության դպրոցի պրոֆեսոր, ասել է.«Բույսերի աճին ազդում է նաև ջերմաստիճանը, որը ազդում է հողում առկա ֆիզիկական, քիմիական և մանրէաբանական գործընթացների վրա: Շարունակական մոնիթորինգը թույլ է տալիս ֆերմերներին մշակել ռազմավարություններ և միջամտություններ, երբ ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է կամ չափազանց ցածր իրենց մշակաբույսերի համար»:

Չենգի խոսքերով՝ հազվադեպ են հաղորդվում այնպիսի զգայուն մեխանիզմների մասին, որոնք կարող են միմյանցից անկախ ստանալ ազոտի գազի և ջերմաստիճանի չափումներ։ Ե՛վ գազերը, և՛ ջերմաստիճանը կարող են տատանումներ առաջացնել սենսորի դիմադրության ցուցմունքում, ինչը դժվարացնում է դրանց միջև տարբերակումը։

Չենգի թիմը ստեղծել է բարձր արդյունավետությամբ սենսոր, որը կարող է հայտնաբերել ազոտի կորուստը հողի ջերմաստիճանից անկախ: Սենսորը պատրաստված է վանադիումի օքսիդով լեգիրված, լազերային ինդուկցիայի ենթարկված գրաֆենային փրփուրից, և պարզվել է, որ գրաֆենում լեգիրված մետաղական համալիրները բարելավում են գազի ադսորբցիան և հայտնաբերման զգայունությունը:

Քանի որ փափուկ թաղանթը պաշտպանում է սենսորը և կանխում ազոտի գազի ներթափանցումը, սենսորը միայն արձագանքում է ջերմաստիճանի փոփոխություններին: Սենսորը կարող է օգտագործվել նաև առանց պատիճավորման և ավելի բարձր ջերմաստիճանում:

Սա թույլ է տալիս ճշգրիտ չափել ազոտի գազը՝ բացառելով հարաբերական խոնավության և հողի ջերմաստիճանի ազդեցությունը: Ջերմաստիճանը և ազոտի գազը կարող են լիովին և առանց միջամտության անջատվել՝ օգտագործելով կից և չպատիճավորված սենսորները:

Հետազոտողը նշել է, որ ջերմաստիճանի փոփոխությունների և ազոտի գազի արտանետումների անջատումը կարող է օգտագործվել ճշգրիտ գյուղատնտեսության համար անջատված զգայուն մեխանիզմներով բազմամոդալ սարքեր ստեղծելու և ներդնելու համար՝ բոլոր եղանակային պայմաններում։

Չենգն ասել է. «Ազոտի օքսիդի գերցածր կոնցենտրացիաները և ջերմաստիճանի փոքր փոփոխությունները միաժամանակ հայտնաբերելու հնարավորությունը հարթում է ապագա բազմամոդալ էլեկտրոնային սարքերի մշակման ճանապարհը՝ ճշգրիտ գյուղատնտեսության, առողջության մոնիթորինգի և այլ կիրառությունների համար անջատված զգայուն մեխանիզմներով»։

Չենգի հետազոտությունը ֆինանսավորվել է Առողջապահության ազգային ինստիտուտների, Փենսիլվանիայի պետական համալսարանի գիտական ազգային հիմնադրամի և Չինաստանի բնական գիտությունների ազգային հիմնադրամի կողմից։