Измерение температуры и уровня азота в почве важно для сельскохозяйственных систем, но определить их отдельно друг от друга сложно. Хуанью Ларри Ченг, адъюнкт-профессор инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания, возглавил исследовательскую группу, объединившую свои усилия в разработке многопараметрического датчика, который может разделять показатели температуры почвы и содержащегося в ней азота, чтобы можно было точно измерить каждый из них. Результаты работы были опубликованы в издании Advanced Materials.
«Для эффективного внесения удобрений необходим непрерывный мониторинг состояния почвы в режиме реального времени, особенно это касается использования азота и актуальной температуры почвы. Это необходимо для оценки здоровья сельскохозяйственных культур, снижения загрязнения окружающей среды и продвижения устойчивого и точного земледелия».
Хуанью Ченг - адъюнкт-профессор инженерных наук и механики
Использование азота в качестве удобрения является обычной практикой в сельском хозяйстве, и цель ученых - использовать наиболее оптимальное их количество для получения хорошей урожайности. Недостаточное количество используемых удобрений снижает потенциал урожайности культуры, чрезмерно большое количество минерального питания увеличивает экономические затраты на производство сельхозпродукции, но никоем образом не влияет на урожайность культур, а наоборот – негативно сказывается на состоянии растений.
Точное определение уровня азота, особенно потери азота в виде газа, может помочь фермерам достичь оптимального уровня внесения минеральных удобрений для роста растений.
«На рост растений также влияет температура, которая влияет на физические, химические и микробиологические процессы в почве. Непрерывный мониторинг позволяет фермерам разрабатывать стратегии и меры, исходя из показателей температуры окружающей среды».
Ли Ян - профессор Школы искусственного интеллекта Китайского технологического университета Хэбэй
И газ, и температура — наряду с колебаниями относительной влажности — могут вызывать изменения показаний сопротивления датчика, поэтому датчик не может их различить. По словам ученых, сегодня найти прибор, с помощью которого можно было бы получать показания газообразного азота и измерения температуры независимо друг от друга, практически невозможно.
Поэтому основной целью ученых было создание датчика, который позволил бы выполнять изменения двух важных показателей независимо друг от друга. Многопараметрический датчик основан на пене графена, легированной оксидом ванадия и индуцированной лазером.
Оксид ванадия может адсорбировать газообразный азот и взаимодействовать с ним. Ученые обнаружили, что легирующие комплексы металлов в графене улучшают адсорбцию газа и чувствительность обнаружения.
Датчик покрыт мягкой мембраной, блокирующей газообразный азот, поэтому он реагирует только на колебания температуры. Кроме того, герметизация может быть удалена и датчик может работать при более высоких температурах. Это устраняет влияние относительной влажности и температуры почвы, что позволяет точно измерять газообразный азот.
Комбинация двух опций в одном устройстве позволяет без погрешностей и помех отделить температуру от газообразного азота.
По словам Ченга, разделение колебаний температуры и выбросов газообразного азота можно использовать для разработки и применения устройств для точного земледелия в любых погодных условиях.
«Возможность одновременного обнаружения сверхнизких концентраций оксида азота и небольших изменений температуры прокладывает путь к разработке будущих мультимодальных электронных устройств с развязанными механизмами датчиков для точного земледелия, мониторинга состояния здоровья и других приложений», — сказал Ченг.
Подготовлено по материалам сайта farmtario.com.
Больше интересной информации - на портале "ГлавАгроном"