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։