Հողում ջերմաստիճանի և ազոտի մակարդակների չափումը կարևոր է գյուղատնտեսական համակարգերի համար:
Ազոտ պարունակող պարարտանյութերը օգտագործվում են սննդամթերքի արտադրությունը մեծացնելու համար, սակայն դրանց արտանետումները կարող են աղտոտել շրջակա միջավայրը:Ռեսուրսների օգտագործումը առավելագույնի հասցնելու, գյուղատնտեսական բերքատվությունը բարձրացնելու և բնապահպանական ռիսկերը նվազեցնելու համար կարևոր է հողի հատկությունների շարունակական և իրական ժամանակում մոնիտորինգը, ինչպիսիք են հողի ջերմաստիճանը և պարարտանյութերի արտանետումները:Բազմապարամետրային սենսորն անհրաժեշտ է խելացի կամ ճշգրիտ գյուղատնտեսության համար՝ հետևելու NOX գազերի արտանետումները և հողի ջերմաստիճանը՝ լավագույն պարարտացման համար:
Ջեյմս Լ. Հենդերսոն, կրտսեր Հիշատակի ինժեներական գիտության և մեխանիկայի դոցենտ Փեն նահանգի Հուանյու «Լարի» Չենգը ղեկավարել է բազմապարամետրային սենսորի մշակումը, որը հաջողությամբ բաժանում է ջերմաստիճանի և ազոտի ազդանշանները՝ յուրաքանչյուրի ճշգրիտ չափումը թույլ տալու համար:
Չենգն ասաց.«Արդյունավետ պարարտացման համար անհրաժեշտ է հողի պայմանների, մասնավորապես ազոտի օգտագործման և հողի ջերմաստիճանի շարունակական և իրական ժամանակի մոնիտորինգ:Սա էական նշանակություն ունի մշակաբույսերի առողջությունը գնահատելու, շրջակա միջավայրի աղտոտվածությունը նվազեցնելու և կայուն և ճշգրիտ գյուղատնտեսությունը խթանելու համար»:
Ուսումնասիրության նպատակն է օգտագործել համապատասխան քանակություն՝ լավագույն բերքի համար:Բուսաբուծության արտադրությունը կարող է ավելի ցածր լինել, քան ավելի շատ ազոտ օգտագործելու դեպքում:Երբ պարարտանյութը չափից ավելի է կիրառվում, այն վատնում է, բույսերը կարող են այրվել, և թունավոր ազոտի գոլորշիները արտանետվում են շրջակա միջավայր:Ազոտի մակարդակի ճշգրիտ հայտնաբերման օգնությամբ ֆերմերները կարող են հասնել բույսերի աճի համար պարարտանյութի իդեալական մակարդակներին:
Համահեղինակ Լի Յանը, Չինաստանի Հեբեյի տեխնոլոգիական համալսարանի Արհեստական ինտելեկտի դպրոցի պրոֆեսոր, ասել է.«Բույսերի աճի վրա ազդում է նաև ջերմաստիճանը, որն ազդում է հողի ֆիզիկական, քիմիական և մանրէաբանական գործընթացների վրա:Շարունակական մոնիտորինգը ֆերմերներին հնարավորություն է տալիս մշակել ռազմավարություններ և միջամտություններ, երբ ջերմաստիճանը չափազանց տաք է կամ շատ ցուրտ իրենց բերքի համար»:
Չենգի խոսքերով, Զգայական մեխանիզմները, որոնք կարող են միմյանցից անկախ ազոտի գազ և ջերմաստիճանի չափումներ ստանալ, հազվադեպ են հաղորդվում:Ե՛վ գազերը, և՛ ջերմաստիճանը կարող են տատանումներ առաջացնել սենսորի դիմադրության ընթերցման մեջ, ինչը դժվարացնում է դրանց միջև տարբերակումը:
Չենգի թիմը ստեղծել է բարձր արդյունավետության սենսոր, որը կարող է հայտնաբերել ազոտի կորուստը՝ անկախ հողի ջերմաստիճանից:Սենսորը պատրաստված է վանադիումի օքսիդով լազերային գրաֆենի փրփուրից, և պարզվել է, որ գրաֆենի մեջ մետաղի դոպինգային համալիրները բարելավում են գազի կլանումը և հայտնաբերման զգայունությունը:
Քանի որ փափուկ թաղանթը պաշտպանում է սենսորը և կանխում ազոտի գազի ներթափանցումը, սենսորը արձագանքում է միայն ջերմաստիճանի փոփոխություններին:Սենսորը կարող է օգտագործվել նաև առանց պարկուճավորման և ավելի բարձր ջերմաստիճանում:
Սա թույլ է տալիս ճշգրիտ չափել ազոտի գազը՝ բացառելով հարաբերական խոնավության և հողի ջերմաստիճանի ազդեցությունը:Ջերմաստիճանը և ազոտային գազը կարելի է ամբողջությամբ և առանց միջամտության անջատել՝ օգտագործելով փակ և չփակված սենսորները:
Հետազոտողն ասաց, որ ջերմաստիճանի փոփոխության և ազոտի գազի արտանետումների անջատումը կարող է օգտագործվել եղանակային բոլոր պայմաններում ճշգրիտ գյուղատնտեսության համար մուլտիմոդալ սարքեր ստեղծելու և ներդնելու համար:
«Ազոտի օքսիդի չափազանց ցածր կոնցենտրացիաները և ջերմաստիճանի փոքր փոփոխությունները միաժամանակ հայտնաբերելու հնարավորությունը ճանապարհ է հարթում ապագա մուլտիմոդալ էլեկտրոնային սարքերի զարգացման համար՝ ճշգրիտ գյուղատնտեսության, առողջության մոնիտորինգի և այլ կիրառությունների համար անջատված զգայական մեխանիզմներով»:
Չենգի հետազոտությունը ֆինանսավորվել է Առողջապահության ազգային ինստիտուտի, Ազգային գիտական հիմնադրամի, Փեն նահանգի և Չինաստանի բնական գիտությունների ազգային հիմնադրամի կողմից:
Ամսագրի հղում.
Li Yang.Chuizhou Meng, et al.Vanadium Oxide-doped Laser-Induced Graphene Multi-Parameter Sensor հողի ազոտի կորուստը և ջերմաստիճանը բաժանելու համար: Advance Material:DOI՝ 10.1002/adma.202210322
Հրապարակման ժամանակը՝ ապրիլի 10-2023