Els nous sensors del sòl podrien millorar l'eficiència de la fertilització dels cultius

Els fertilitzants que contenen nitrogen s'utilitzen per augmentar la producció d'aliments, però les seves emissions poden contaminar el medi ambient.Per maximitzar l'ús dels recursos, augmentar els rendiments agrícoles i reduir els riscos ambientals, és essencial un seguiment continu i en temps real de les propietats del sòl, com ara la temperatura del sòl i l'emissió de fertilitzants.Per a l'agricultura intel·ligent o de precisió és necessari un sensor multiparàmetre per fer un seguiment de les emissions de gasos NOX i la temperatura del sòl per obtenir la millor fertilització.

James L. Henderson, Jr. Memorial Professor Associat de Ciència i Mecànica de l'Enginyeria a Penn State Huanyu "Larry" Cheng va liderar el desenvolupament d'un sensor multiparàmetre que separa amb èxit els senyals de temperatura i nitrogen per permetre una mesura precisa de cadascun.

Cheng va dir:"Per a una fertilització eficient, és necessari un seguiment continu i en temps real de les condicions del sòl, específicament la utilització del nitrogen i la temperatura del sòl.Això és essencial per avaluar la salut dels cultius, reduir la contaminació ambiental i promoure una agricultura sostenible i de precisió".

L'estudi pretén emprar la quantitat adequada per obtenir el millor rendiment del cultiu.La producció del cultiu pot ser inferior a la que podria ser si s'utilitza més nitrogen.Quan el fertilitzant s'aplica en excés, es desaprofita, les plantes es poden cremar i s'alliberen vapors de nitrogen tòxics al medi ambient.Els agricultors poden assolir els nivells ideals de fertilitzant per al creixement de les plantes amb l'ajuda d'una detecció precisa del nivell de nitrogen.

El coautor Li Yang, professor de l'Escola d'Intel·ligència Artificial de la Universitat de Tecnologia de Hebei de la Xina, va dir:"El creixement de les plantes també es veu afectat per la temperatura, que influeix en els processos físics, químics i microbiològics del sòl.El seguiment continu permet als agricultors desenvolupar estratègies i intervencions quan les temperatures són massa caloroses o massa fredes per als seus cultius".

Segons Cheng, poques vegades s'informa de mecanismes de detecció que poden obtenir mesuraments de temperatura i gas nitrogenat independents els uns dels altres.Tant els gasos com la temperatura poden provocar variacions en la lectura de la resistència del sensor, cosa que dificulta la distinció entre ells.

L'equip de Cheng va crear un sensor d'alt rendiment que pot detectar la pèrdua de nitrogen independentment de la temperatura del sòl.El sensor està fet d'escuma de grafè induïda per làser, dopada amb òxid de vanadi, i s'ha descobert que els complexos metàl·lics dopants en el grafè milloren l'adsorció de gasos i la sensibilitat de detecció.

Com que una membrana suau protegeix el sensor i evita la penetració de gas nitrogenat, el sensor només reacciona als canvis de temperatura.El sensor també es pot utilitzar sense encapsular i a una temperatura més alta.

Això permet mesurar amb precisió el gas nitrogenat excloent els efectes de la humitat relativa i la temperatura del sòl.La temperatura i el gas nitrogen es poden desacoblar completament i sense interferències mitjançant els sensors tancats i no encapsulats.

L'investigador va dir que el desacoblament dels canvis de temperatura i les emissions de gasos de nitrogen es podrien utilitzar per crear i implementar dispositius multimodals amb mecanismes de detecció desacoblats per a l'agricultura de precisió en totes les condicions meteorològiques.

Cheng va dir: "La capacitat de detectar simultàniament concentracions d'òxid de nitrogen ultra baixes i petits canvis de temperatura obre el camí per al desenvolupament de futurs dispositius electrònics multimodals amb mecanismes de detecció desacoblats per a l'agricultura de precisió, el control de la salut i altres aplicacions".

La investigació de Cheng va ser finançada pels Instituts Nacionals de Salut, la National Science Foundation, Penn State i la Xina National Natural Science Foundation.