חיישני קרקע חדשים יכולים לשפר את יעילות דישון היבול

דשנים המכילים חנקן משמשים להגברת ייצור המזון, אך פליטתם עלולה לזהם את הסביבה.כדי למקסם את השימוש במשאבים, להעלות את התשואות החקלאיות ולהפחית סיכונים סביבתיים, חיוני ניטור רציף ובזמן אמת של תכונות הקרקע, כגון טמפרטורת הקרקע ופליטת הדשנים.חיישן רב פרמטרים נחוץ לחקלאות חכמה או מדויקת כדי לעקוב אחר פליטת גזי NOX וטמפרטורת הקרקע לקבלת הדישון הטוב ביותר.

ג'יימס ל. הנדרסון, ג'וניור ממוריאל פרופסור חבר למדעי הנדסה ומכניקה ב-Penn State Huanyu "Larry" Cheng הוביל את הפיתוח של חיישן רב פרמטרים המפריד בהצלחה את אותות הטמפרטורה והחנקן כדי לאפשר מדידה מדויקת של כל אחד מהם.

צ'נג אמר,"לדישון יעיל, יש צורך בניטור רציף ובזמן אמת של תנאי הקרקע, במיוחד ניצול החנקן וטמפרטורת הקרקע.זה חיוני להערכת בריאות היבול, הפחתת זיהום סביבתי וקידום חקלאות בת קיימא ומדויקת".

מטרת המחקר היא להעסיק את הכמות המתאימה לתפוקת היבול הטובה ביותר.התפוקה של היבול עשויה להיות נמוכה ממה שהיא עשויה להיות אם נעשה שימוש יותר בחנקן.כאשר מורחים דשן בצורה מוגזמת, הוא מתבזבז, צמחים יכולים להישרף, ואדי חנקן רעילים משתחררים לסביבה.חקלאים יכולים להגיע לרמות האידיאליות של דשן לגידול צמחים בעזרת זיהוי מדויק של רמת חנקן.

מחבר שותף לי יאנג, פרופסור בבית הספר לבינה מלאכותית באוניברסיטת הביי בסין לטכנולוגיה, אמר:"גידול הצמחים מושפע גם מהטמפרטורה, המשפיעה על התהליכים הפיזיקליים, הכימיים והמיקרוביולוגיים בקרקע.ניטור רציף מאפשר לחקלאים לפתח אסטרטגיות והתערבויות כאשר הטמפרטורות חמות מדי או קרות מדי עבור היבולים שלהם".

לדברי צ'נג, מנגנוני חישה שיכולים להשיג מדידות גז חנקן וטמפרטורות ללא תלות זה בזה מדווחים רק לעתים רחוקות.גם גזים וגם טמפרטורה עלולים לגרום לשינויים בקריאת ההתנגדות של החיישן, מה שמקשה על ההבחנה ביניהם.

הצוות של Cheng יצר חיישן בעל ביצועים גבוהים שיכול לזהות אובדן חנקן ללא תלות בטמפרטורת הקרקע.החיישן עשוי מקצף גרפן המסומם בתחמוצת ונדיום, המושרה בלייזר, והתגלה שסימום מתחמי מתכת בגרפן משפרים את ספיחת הגזים ואת רגישות הזיהוי.

מכיוון שקרום רך מגן על החיישן ומונע חדירת גז חנקן, החיישן מגיב אך ורק לשינויים בטמפרטורה.החיישן יכול לשמש גם ללא עטיפה ובטמפרטורה גבוהה יותר.

זה מאפשר מדידה מדויקת של גז החנקן על ידי אי הכללה של השפעות של לחות יחסית וטמפרטורת קרקע.ניתן לנתק גז טמפרטורה וחנקן לחלוטין וללא הפרעות באמצעות החיישנים הסגורים והלא מכוסים.

החוקר אמר כי ניתן להשתמש בניתוק שינויי טמפרטורה ופליטת גזי חנקן כדי ליצור וליישם מכשירים מולטי-מודאליים עם מנגנוני חישה מנותקים לחקלאות מדויקת בכל תנאי מזג האוויר.

צ'נג אמר, "היכולת לזהות בו-זמנית ריכוזי תחמוצת חנקן נמוכים במיוחד ושינויי טמפרטורה קטנים סוללת את הדרך לפיתוח של מכשירים אלקטרוניים מולטי-מודאליים עתידיים עם מנגנוני חישה מנותקים לחקלאות מדויקת, ניטור בריאות ויישומים אחרים".

המחקר של צ'נג מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות, הקרן הלאומית למדע, פן סטייט והקרן הלאומית למדעי הטבע הסינית.