Ученые создали датчик почвы для повышения эффективности внесения удобрений

Измерение температуры и уровня азота в почве важно для сельскохозяйственных систем, но обнаружить их отдельно друг от друга довольно сложно. Ученые из Пенсильванского университета разработали многопараметрический датчик, который может эффективно разделить сигналы температуры и азота, чтобы каждый из них можно было точно измерить. Результаты работы были недавно опубликованы в журнале Advanced Materials.

Для эффективного внесения удобрений необходим постоянный мониторинг состояния почвы в режиме реального времени, в частности, использование азота и температура почвы. Это необходимо для оценки здоровья сельскохозяйственных культур, снижения загрязнения окружающей среды и продвижения устойчивого и точного сельского хозяйства.

Использование азота в качестве удобрения является обычной практикой в сельском хозяйстве, и цель состоит в том, чтобы использовать идеальное количество азота для получения наилучшего урожая. Если азота используется слишком мало, урожайность может быть ниже оптимальной. Если азота используется слишком много, удобрения расходуются впустую, растения могут сгореть, а вредные азотные газы попадают в окружающую среду. Точное определение уровня азота – а именно, потеря азота в виде газа – может помочь фермерам достичь оптимального уровня удобрений для роста растений.

На рост растений также влияет температура, которая воздействует на физические, химические и микробиологические процессы в почве. Постоянный мониторинг позволяет фермерам разрабатывать стратегии и меры, когда температура становится слишком жаркой или слишком холодной для их культур.

К сожалению, и газы, и температура – наряду с колебаниями относительной влажности – могут вызывать изменения в показаниях сопротивления датчика, поэтому датчик не может их различить. По словам ученых, о механизмах зондирования, которые могут получать измерения азотного газа и температуры независимо друг от друга, сообщается редко.

Команда разработала и изготовила высокопроизводительный датчик, позволяющий полностью разделить определение потери азота и температуры почвы. Многопараметрический датчик основан на легированном оксидом ванадия графеновом пеноматериале, полученном лазерно-индуцированным методом. Оксид ванадия может адсорбировать и взаимодействовать с азотными газами, а легирование графена комплексами металлов, как было установлено, также улучшает адсорбцию газа и чувствительность обнаружения.

Сенсор заключен в мягкую мембрану, которая блокирует проникновение азотного газа, поэтому сенсор реагирует только на изменения температуры. Кроме того, инкапсуляция может быть удалена, и датчик работает при повышенной температуре. Это устраняет влияние относительной влажности и температуры в почве, что позволяет точно измерять содержание азота. Комбинация инкапсулированного и неинкапсулированного датчиков может полностью разделить температуру и газообразный азот без помех.

Возможность одновременного обнаружения сверхнизких концентраций оксида азота и небольших изменений температуры открывает путь для разработки будущих мультимодальных электронных устройств с разделенными механизмами восприятия для точного сельского хозяйства, мониторинга здоровья и других приложений.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Читайте также

Back to top button