Shuohao Cai, doktora studento pri pedologio, metas sensilan stangon kun multfunkcia sensila glumarko, kiu ebligas mezuradojn je malsamaj profundoj en la grundon ĉe la Agrikultura Esplorstacio de la Universitato de Viskonsino-Madison Hancock.
MADISON — Inĝenieroj de la Universitato de Viskonsino-Madison disvolvis malaltkostajn sensilojn, kiuj povas provizi kontinuan, realtempan monitoradon de nitrato en oftaj grundotipoj de Viskonsino. Ĉi tiuj presitaj elektrokemiaj sensiloj povas helpi farmistojn fari pli informitajn decidojn pri nutraĵadministrado kaj realigi ekonomiajn avantaĝojn.
“Niaj sensiloj povas doni al farmistoj pli bonan komprenon pri la nutra stato de ilia grundo kaj la kvanto de nitrato havebla al iliaj plantoj, helpante ilin pli precize decidi kiom da sterko ili efektive bezonas,” diris Joseph Andrews, docento ĉe la Universitato Harvard. La studon gvidis la Lernejo de Mekanika Inĝenierarto ĉe la Universitato de Viskonsino-Madison. “Se ili povas redukti la kvanton de sterko, kiun ili aĉetas, la ŝparoj povus esti signifaj por pli grandaj bienoj.”
Nitratoj estas esenca nutraĵo por kultivaĵkresko, sed troaj nitratoj povas ellasi el la grundo kaj eniri grundakvon. Ĉi tiu speco de poluado estas damaĝa por homoj, kiuj trinkas poluitan putakvon, kaj estas damaĝa por la medio. La nova sensilo de la esploristoj ankaŭ povus esti uzata kiel agrikultura esplorilo por monitori nitratan ellasadon kaj helpi evoluigi plej bonajn praktikojn por mildigi ĝiajn damaĝajn efikojn.
Nunaj metodoj por monitori grundnitratojn estas laborintensaj, multekostaj, kaj ne provizas realtempajn datumojn. Tial la spertulo pri presita elektroniko Andrews kaj lia teamo celis krei pli bonan, malpli multekostan solvon.
En ĉi tiu projekto, la esploristoj uzis inkjet-presan procezon por krei potentiometrian sensilon, specon de maldikfilma elektrokemia sensilo. Potentiometriaj sensiloj ofte estas uzataj por precize mezuri nitratojn en likvaj solvaĵoj. Tamen, ĉi tiuj sensiloj ĝenerale ne taŭgas por uzo en grundaj medioj, ĉar grandaj grundaj partikloj povas grati la sensilojn kaj malhelpi precizajn mezuradojn.
“La ĉefa defio, kiun ni provis solvi, estis trovi manieron igi ĉi tiujn elektrokemiajn sensilojn funkcii ĝuste en severaj grundkondiĉoj kaj precize detekti nitratjonojn,” diris Andrews.
La solvo de la teamo estis meti tavolon de polivinilidenfluorido sur la sensilon. Laŭ Andrews, ĉi tiu materialo havas du ĉefajn karakterizaĵojn. Unue, ĝi havas tre malgrandajn porojn, ĉirkaŭ 400 nanometrojn grandajn, kiuj permesas al nitratjonoj trapasi dum ili blokas grundajn partiklojn. Due, ĝi estas hidrofila, tio estas, ĝi altiras akvon kaj sorbas ĝin kiel spongo.
“Do ĉiu nitrat-riĉa akvo prefere enfiltriĝos en niajn sensilojn, kio estas vere grava ĉar grundo ankaŭ estas kiel spongo kaj vi perdos la batalon rilate al humideco eniranta la sensilon se vi ne povas atingi la saman akvo-absorbon. Grunda potencialo,” diris Andrews. “Ĉi tiuj ecoj de la poliviniliden-fluorida tavolo permesas al ni ekstrakti nitrat-riĉan akvon, liveri ĝin al la sensora surfaco kaj precize detekti nitraton.”
La esploristoj detale priskribis sian progreson en artikolo publikigita en marto 2024 en la revuo Advanced Materials Technology.
La teamo testis sian sensilon sur du malsamaj grundotipoj asociitaj kun Viskonsino — sablaj grundoj, oftaj en nord-centraj partoj de la ŝtato, kaj siltaj lomoj, oftaj en sudokcidenta Viskonsino — kaj trovis, ke la sensiloj produktis precizajn rezultojn.
La esploristoj nun integras sian nitratsensilon en multfunkcian sensilsistemon, kiun ili nomas "sensilglumarko", en kiu tri malsamaj specoj de sensiloj estas muntitaj sur fleksebla plasta surfaco uzante gluan subtenon. La glumarkoj ankaŭ enhavas humidecajn kaj temperatursensilojn.
Esploristoj algluos plurajn sensajn glumarkojn al fosto, metos ilin je malsamaj altoj, kaj poste enfosos la foston en grundon. Ĉi tiu aranĝo permesis al ili fari mezuradojn je malsamaj grundoprofundoj.
“Mezurante nitraton, humidon kaj temperaturon je malsamaj profundoj, ni nun povas kvantigi la nitratan lesivadan procezon kaj kompreni kiel nitrato moviĝas tra la grundo, kio antaŭe ne eblis,” diris Andrews.
En la somero de 2024, la esploristoj planas meti 30 sensorajn stangojn en grundon ĉe la Hancock Agrikultura Esplorstacio kaj la Arlington Agrikultura Esplorstacio ĉe la Universitato de Viskonsino-Madison por plue testi la sensoron.
Afiŝtempo: 9-a de Julio, 2024