ახალ ნიადაგის სენსორებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ კულტურების განოყიერების ეფექტურობა

აზოტის შემცველი სასუქები გამოიყენება საკვების წარმოების გასაზრდელად, თუმცა მათმა გამოყოფამ შესაძლოა გარემო დააბინძუროს. რესურსების გამოყენების მაქსიმიზაციის, სასოფლო-სამეურნეო მოსავლიანობის გაზრდისა და გარემოსდაცვითი რისკების შესამცირებლად აუცილებელია ნიადაგის თვისებების, როგორიცაა ნიადაგის ტემპერატურა და სასუქის გამოყოფა, უწყვეტი და რეალურ დროში მონიტორინგი. ჭკვიანი ან ზუსტი სოფლის მეურნეობისთვის აუცილებელია მრავალპარამეტრიანი სენსორი, რათა თვალყური ადევნოს NOX აირის გამოყოფას და ნიადაგის ტემპერატურას საუკეთესო განოყიერების მიზნით.

ჯეიმს ლ. ჰენდერსონ უმცროსმა, პენის შტატის უნივერსიტეტის საინჟინრო მეცნიერებისა და მექანიკის ასოცირებულმა პროფესორმა, ჰუანიუ „ლარი“ ჩენგმა, ხელმძღვანელობდა მრავალპარამეტრული სენსორის შემუშავებას, რომელიც წარმატებით აცალკევებს ტემპერატურისა და აზოტის სიგნალებს, რათა თითოეული მათგანის ზუსტი გაზომვა შესაძლებელი გახდეს.

ჩენგმა თქვა,„ეფექტური განოყიერებისთვის საჭიროა ნიადაგის მდგომარეობის, კერძოდ, აზოტის გამოყენებისა და ნიადაგის ტემპერატურის უწყვეტი და რეალურ დროში მონიტორინგი. ეს აუცილებელია კულტურების ჯანმრთელობის შესაფასებლად, გარემოს დაბინძურების შესამცირებლად და მდგრადი და ზუსტი სოფლის მეურნეობის ხელშეწყობისთვის.“

კვლევის მიზანია შესაბამისი რაოდენობის გამოყენება საუკეთესო მოსავლიანობისთვის. მოსავლის მოსავლიანობა შეიძლება უფრო დაბალი იყოს, ვიდრე ის შეიძლება იყოს, თუ მეტი აზოტი გამოიყენება. როდესაც სასუქი ჭარბად გამოიყენება, ის ფუჭდება, მცენარეები შეიძლება დაიწვას და გარემოში ტოქსიკური აზოტის ორთქლი გამოიყოფა. ფერმერებს შეუძლიათ მცენარეების ზრდისთვის სასუქის იდეალური დონის მიღწევა აზოტის დონის ზუსტი განსაზღვრის დახმარებით.

ჩინეთის ჰებეის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ხელოვნური ინტელექტის სკოლის პროფესორმა, თანაავტორმა ლი იანგმა განაცხადა:„მცენარეთა ზრდაზე ასევე მოქმედებს ტემპერატურა, რომელიც გავლენას ახდენს ნიადაგში არსებულ ფიზიკურ, ქიმიურ და მიკრობიოლოგიურ პროცესებზე. უწყვეტი მონიტორინგი ფერმერებს საშუალებას აძლევს შეიმუშაონ სტრატეგიები და ჩარევები, როდესაც ტემპერატურა მათი კულტურებისთვის ძალიან მაღალი ან ძალიან ცივია.“

ჩენგის თქმით, იშვიათად არის აღწერილი ისეთი სენსორული მექანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მიიღონ აზოტის აირისა და ტემპერატურის გაზომვები. როგორც აირებმა, ასევე ტემპერატურამ შეიძლება გამოიწვიოს სენსორის წინააღმდეგობის ცვალებადობა, რაც ართულებს მათ შორის გარჩევას.

ჩენგის გუნდმა შექმნა მაღალი ხარისხის სენსორი, რომელსაც შეუძლია აზოტის დანაკარგის აღმოჩენა ნიადაგის ტემპერატურისგან დამოუკიდებლად. სენსორი დამზადებულია ვანადიუმის ოქსიდით დოპირებული, ლაზერით ინდუცირებული გრაფენის ქაფისგან და აღმოჩნდა, რომ გრაფენში დოპირებული ლითონის კომპლექსები აუმჯობესებს გაზის ადსორბციას და აღმოჩენის მგრძნობელობას.

რადგან რბილი მემბრანა იცავს სენსორს და ხელს უშლის აზოტის აირის შეღწევას, სენსორი რეაგირებს მხოლოდ ტემპერატურის ცვლილებებზე. სენსორის გამოყენება ასევე შესაძლებელია კაფსულის გარეშე და უფრო მაღალ ტემპერატურაზე.

ეს საშუალებას იძლევა აზოტის აირის ზუსტი გაზომვისა ფარდობითი ტენიანობისა და ნიადაგის ტემპერატურის ეფექტების გამორიცხვით. ტემპერატურისა და აზოტის აირის სრულად და ჩარევის გარეშე გაყოფა შესაძლებელია თანდართული და არაკაფსულირებული სენსორების გამოყენებით.

მკვლევარის თქმით, ტემპერატურის ცვლილებებისა და აზოტის აირის გამოყოფის გამოყოფა შეიძლება გამოყენებულ იქნას მულტიმოდალური მოწყობილობების შესაქმნელად და განსახორციელებლად განცალკევებული სენსორული მექანიზმებით, რათა უზრუნველყოფილი იყოს ზუსტი სოფლის მეურნეობა ნებისმიერ ამინდის პირობებში.

ჩენგმა თქვა: „აზოტის ოქსიდის ულტრადაბალი კონცენტრაციებისა და ტემპერატურის მცირე ცვლილებების ერთდროულად აღმოჩენის შესაძლებლობა გზას უხსნის მომავლის მულტიმოდალური ელექტრონული მოწყობილობების შემუშავებას, რომლებსაც ექნებათ განცალკევებული სენსორული მექანიზმები ზუსტი სოფლის მეურნეობის, ჯანმრთელობის მონიტორინგისა და სხვა აპლიკაციებისთვის“.

ჩენგის კვლევა დაფინანსდა ჯანმრთელობის ეროვნული ინსტიტუტების, პენის შტატის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის და ჩინეთის ეროვნული საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების ფონდის მიერ.