Os novos sensores do solo poderían mellorar a eficiencia da fertilización dos cultivos

Os fertilizantes que conteñen nitróxeno úsanse para aumentar a produción de alimentos, pero as súas emisións poden contaminar o medio ambiente.Para maximizar o uso dos recursos, aumentar os rendementos agrícolas e reducir os riscos ambientais, é esencial o seguimento continuo e en tempo real das propiedades do solo, como a temperatura do solo e a emisión de fertilizantes.Un sensor multiparámetro é necesario para a agricultura intelixente ou de precisión para rastrexar as emisións de gases NOX e a temperatura do solo para obter a mellor fertilización.

James L. Henderson, Jr. Memorial Profesor Asociado de Ciencias da Enxeñaría e Mecánica na Penn State Huanyu "Larry" Cheng liderou o desenvolvemento dun sensor multiparámetro que separa con éxito os sinais de temperatura e nitróxeno para permitir unha medición precisa de cada un.

Cheng dixo:"Para unha fertilización eficiente, é necesario un seguimento continuo e en tempo real das condicións do solo, especialmente a utilización de nitróxeno e a temperatura do solo.Isto é esencial para avaliar a saúde dos cultivos, reducir a contaminación ambiental e promover a agricultura sostible e de precisión".

O estudo pretende empregar a cantidade adecuada para o mellor rendemento da colleita.A produción do cultivo pode ser inferior á que pode ser se se usa máis nitróxeno.Cando o fertilizante se aplica en exceso, desperdiciase, as plantas poden arder e lánzanse vapores tóxicos de nitróxeno ao ambiente.Os agricultores poden alcanzar os niveis ideais de fertilizante para o crecemento das plantas coa axuda dunha detección precisa do nivel de nitróxeno.

O coautor Li Yang, profesor da Escola de Intelixencia Artificial da Universidade Tecnolóxica de Hebei de China, dixo:"O crecemento das plantas tamén se ve afectado pola temperatura, que inflúe nos procesos físicos, químicos e microbiolóxicos do solo.O seguimento continuo permite aos agricultores desenvolver estratexias e intervencións cando as temperaturas son demasiado quentes ou demasiado frías para os seus cultivos.

Segundo Cheng, os mecanismos de detección que poden obter gas nitróxeno e medicións de temperatura independentes entre si son raramente informados.Tanto os gases como a temperatura poden provocar variacións na lectura de resistencia do sensor, polo que é difícil distinguir entre eles.

O equipo de Cheng creou un sensor de alto rendemento que pode detectar a perda de nitróxeno independentemente da temperatura do solo.O sensor está feito de escuma de grafeno dopada con óxido de vanadio e inducida por láser, e descubriuse que os complexos metálicos dopados no grafeno melloran a sensibilidade de adsorción e detección de gases.

Dado que unha membrana branda protexe o sensor e impide a penetración de gas nitróxeno, o sensor só reacciona aos cambios de temperatura.O sensor tamén se pode usar sen encapsular e a unha temperatura máis alta.

Isto permite medir con precisión o gas nitróxeno excluíndo os efectos da humidade relativa e da temperatura do solo.A temperatura e o gas nitróxeno pódense desacoplar totalmente e sen interferencias usando os sensores pechados e non encapsulados.

O investigador dixo que o desacoplamento dos cambios de temperatura e as emisións de gas nitróxeno poderían usarse para crear e implementar dispositivos multimodais con mecanismos de detección desacoplados para a agricultura de precisión en todas as condicións climáticas.

Cheng dixo: "A capacidade de detectar simultáneamente concentracións ultra baixas de óxido de nitróxeno e pequenos cambios de temperatura abre o camiño para o desenvolvemento de futuros dispositivos electrónicos multimodais con mecanismos de detección desacoplados para a agricultura de precisión, a vixilancia da saúde e outras aplicacións".

A investigación de Cheng foi financiada polos Institutos Nacionais de Saúde, a National Science Foundation, Penn State e a Chinese Natural Science Foundation.