Sensorët e rinj të tokës mund të përmirësojnë efikasitetin e plehërimit të të korrave

Plehrat që përmbajnë azot përdoren për të rritur prodhimin e ushqimit, por emetimet e tyre mund të ndotin mjedisin. Për të maksimizuar përdorimin e burimeve, për të rritur rendimentet bujqësore dhe për të ulur rreziqet mjedisore, është thelbësor monitorimi i vazhdueshëm dhe në kohë reale i vetive të tokës, siç është temperatura e tokës dhe emetimi i plehrave. Një sensor shumëparametrash është i nevojshëm për bujqësinë inteligjente ose precize për të ndjekur emetimet e gazrave NOX dhe temperaturën e tokës për plehërimin më të mirë.

James L. Henderson, Jr. Profesor i Asociuar i Shkencës Inxhinierike dhe Mekanikës në Penn State, Huanyu “Larry” Cheng, udhëhoqi zhvillimin e një sensori shumëparametrash që ndan me sukses sinjalet e temperaturës dhe të azotit për të lejuar matjen e saktë të secilit prej tyre.

Cheng tha,“Për një plehërim efikas, ekziston nevoja për monitorim të vazhdueshëm dhe në kohë reale të kushteve të tokës, konkretisht shfrytëzimit të azotit dhe temperaturës së tokës. Kjo është thelbësore për vlerësimin e shëndetit të të korrave, uljen e ndotjes mjedisore dhe promovimin e bujqësisë së qëndrueshme dhe precize.”

Studimi synon të përdorë sasinë e duhur për rendimentin më të mirë të të korrave. Prodhimi i të korrave mund të jetë më i ulët se sa mund të jetë nëse përdoret më shumë azot. Kur plehrat aplikohen në mënyrë të tepërt, ato shpërdorohen, bimët mund të digjen dhe avujt toksikë të azotit çlirohen në mjedis. Fermerët mund të arrijnë nivelet ideale të plehrave për rritjen e bimëve me ndihmën e zbulimit të saktë të nivelit të azotit.

Bashkautori Li Yang, profesor në Shkollën e Inteligjencës Artificiale në Universitetin e Teknologjisë Hebei të Kinës, tha:“Rritja e bimëve ndikohet gjithashtu nga temperatura, e cila ndikon në proceset fizike, kimike dhe mikrobiologjike në tokë. Monitorimi i vazhdueshëm u mundëson fermerëve të zhvillojnë strategji dhe ndërhyrje kur temperaturat janë shumë të larta ose shumë të ftohta për të korrat e tyre.”

Sipas Cheng, mekanizmat ndijorë që mund të marrin matje të gazit të azotit dhe temperaturës në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri raportohen rrallë. Si gazrat ashtu edhe temperatura mund të shkaktojnë ndryshime në leximin e rezistencës së sensorit, duke e bërë të vështirë dallimin midis tyre.

Ekipi i Cheng krijoi një sensor me performancë të lartë që mund të zbulojë humbjen e azotit pavarësisht nga temperatura e tokës. Sensori është bërë nga shkumë grafeni e dopuar me oksid vanadiumi, e induktuar me lazer, dhe është zbuluar se komplekset metalike të dopuara në grafen përmirësojnë adsorbimin e gazit dhe ndjeshmërinë e zbulimit.

Meqenëse një membranë e butë mbron sensorin dhe parandalon depërtimin e gazit të azotit, sensori reagon vetëm ndaj ndryshimeve të temperaturës. Sensori mund të përdoret gjithashtu pa enkapsulim dhe në një temperaturë më të lartë.

Kjo lejon matjen e saktë të gazit të azotit duke përjashtuar efektet e lagështisë relative dhe temperaturës së tokës. Temperatura dhe gazi i azotit mund të ndahen plotësisht dhe pa ndërhyrje duke përdorur sensorët e mbyllur dhe të pakapsuluar.

Studiuesi tha se ndryshimet e temperaturës së shkëputur dhe emetimet e gazit të azotit mund të përdoren për të krijuar dhe zbatuar pajisje multimodale me mekanizma ndjesorë të shkëputur për bujqësi precize në të gjitha kushtet e motit.

Cheng tha: “Aftësia për të zbuluar njëkohësisht përqendrime ultra të ulëta të oksidit të azotit dhe ndryshime të vogla të temperaturës hap rrugën për zhvillimin e pajisjeve elektronike multimodale të ardhshme me mekanizma ndjesorë të shkëputur për bujqësi precize, monitorim shëndetësor dhe aplikime të tjera.”

Hulumtimi i Cheng u financua nga Institutet Kombëtare të Shëndetit, Fondacioni Kombëtar i Shkencës, Penn State dhe Fondacioni Kombëtar Kinez i Shkencave Natyrore.