പുതിയ മണ്ണ് സെൻസറുകൾ വിളകളുടെ വളപ്രയോഗ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തും

ഭക്ഷ്യോത്പാദനം വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ നൈട്രജൻ അടങ്ങിയ വളങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, പക്ഷേ അവയുടെ ഉദ്‌വമനം പരിസ്ഥിതിയെ മലിനമാക്കിയേക്കാം. വിഭവ ഉപയോഗം പരമാവധിയാക്കുന്നതിനും കാർഷിക വിളവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും പാരിസ്ഥിതിക അപകടസാധ്യതകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിനും, മണ്ണിന്റെ താപനില, വളം ഉദ്‌വമനം തുടങ്ങിയ മണ്ണിന്റെ ഗുണങ്ങളുടെ തുടർച്ചയായതും തത്സമയവുമായ നിരീക്ഷണം അത്യാവശ്യമാണ്. മികച്ച വളപ്രയോഗത്തിനായി NOX വാതക ഉദ്‌വമനവും മണ്ണിന്റെ താപനിലയും ട്രാക്ക് ചെയ്യുന്നതിന് സ്മാർട്ട് അല്ലെങ്കിൽ പ്രിസിഷൻ കൃഷിക്ക് ഒരു മൾട്ടി-പാരാമീറ്റർ സെൻസർ ആവശ്യമാണ്.

പെൻ സ്റ്റേറ്റിലെ എഞ്ചിനീയറിംഗ് സയൻസ് ആൻഡ് മെക്കാനിക്സ് ജൂനിയർ മെമ്മോറിയൽ അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസർ ജെയിംസ് എൽ. ഹെൻഡേഴ്സൺ, ഹുയാൻയു "ലാറി" ചെങ്, താപനിലയെയും നൈട്രജൻ സിഗ്നലുകളെയും വിജയകരമായി വേർതിരിക്കുന്ന ഒരു മൾട്ടി-പാരാമീറ്റർ സെൻസറിന്റെ വികസനത്തിന് നേതൃത്വം നൽകി, ഓരോന്നിന്റെയും കൃത്യമായ അളവ് അനുവദിക്കുന്നു.

ചെങ് പറഞ്ഞു,"ഫലപ്രദമായ വളപ്രയോഗത്തിന്, മണ്ണിന്റെ അവസ്ഥ, പ്രത്യേകിച്ച് നൈട്രജൻ ഉപയോഗം, മണ്ണിന്റെ താപനില എന്നിവ തുടർച്ചയായും തത്സമയവും നിരീക്ഷിക്കേണ്ടതുണ്ട്. വിളകളുടെ ആരോഗ്യം വിലയിരുത്തുന്നതിനും പരിസ്ഥിതി മലിനീകരണം കുറയ്ക്കുന്നതിനും സുസ്ഥിരവും കൃത്യവുമായ കൃഷി പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിനും ഇത് അത്യന്താപേക്ഷിതമാണ്."

മികച്ച വിളവ് ലഭിക്കുന്നതിന് ഉചിതമായ അളവ് ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ് ഈ പഠനത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം. കൂടുതൽ നൈട്രജൻ ഉപയോഗിച്ചാൽ വിളയുടെ ഉത്പാദനം കുറവായിരിക്കാം. അമിതമായി വളം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ അത് പാഴാകുകയും സസ്യങ്ങൾ കത്തിക്കുകയും വിഷ നൈട്രജൻ പുക പരിസ്ഥിതിയിലേക്ക് പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യും. കൃത്യമായ നൈട്രജൻ അളവ് കണ്ടെത്തലിന്റെ സഹായത്തോടെ കർഷകർക്ക് സസ്യങ്ങളുടെ വളർച്ചയ്ക്ക് അനുയോജ്യമായ അളവിൽ വളം എത്തിക്കാൻ കഴിയും.

ചൈനയിലെ ഹെബെയ് യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ സ്കൂൾ ഓഫ് ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസിലെ പ്രൊഫസറും സഹ-രചയിതാവുമായ ലി യാങ് പറഞ്ഞു,"ചെടികളുടെ വളർച്ചയെയും താപനില സ്വാധീനിക്കുന്നു, ഇത് മണ്ണിലെ ഭൗതിക, രാസ, സൂക്ഷ്മജീവ പ്രക്രിയകളെ സ്വാധീനിക്കുന്നു. വിളകൾക്ക് താപനില വളരെ ചൂടോ തണുപ്പോ ആകുമ്പോൾ തന്ത്രങ്ങളും ഇടപെടലുകളും വികസിപ്പിക്കാൻ തുടർച്ചയായ നിരീക്ഷണം കർഷകരെ പ്രാപ്തരാക്കുന്നു."

ചെങ്ങിന്റെ അഭിപ്രായത്തിൽ, പരസ്പരം സ്വതന്ത്രമായി നൈട്രജൻ വാതകവും താപനില അളവുകളും നേടാൻ കഴിയുന്ന സെൻസിംഗ് സംവിധാനങ്ങൾ വളരെ അപൂർവമായി മാത്രമേ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്യപ്പെടുന്നുള്ളൂ. വാതകങ്ങളും താപനിലയും സെൻസറിന്റെ പ്രതിരോധ വായനയിൽ വ്യതിയാനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകും, ഇത് അവയെ വേർതിരിച്ചറിയാൻ പ്രയാസമാക്കുന്നു.

മണ്ണിന്റെ താപനില കണക്കിലെടുക്കാതെ നൈട്രജൻ നഷ്ടം കണ്ടെത്താൻ കഴിയുന്ന ഒരു ഉയർന്ന പ്രകടന സെൻസർ ചെങ്ങിന്റെ സംഘം സൃഷ്ടിച്ചു. വനേഡിയം ഓക്സൈഡ്-ഡോപ്പ് ചെയ്ത, ലേസർ-ഇൻഡ്യൂസ്ഡ് ഗ്രാഫീൻ നുര കൊണ്ടാണ് സെൻസർ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്, ഗ്രാഫീനിൽ ലോഹ സമുച്ചയങ്ങൾ ഡോപ്പിംഗ് ചെയ്യുന്നത് വാതക ആഗിരണം മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും കണ്ടെത്തൽ സംവേദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.

മൃദുവായ ഒരു മെംബ്രൺ സെൻസറിനെ സംരക്ഷിക്കുകയും നൈട്രജൻ വാതകത്തിന്റെ കടന്നുകയറ്റം തടയുകയും ചെയ്യുന്നതിനാൽ, താപനിലയിലെ മാറ്റങ്ങളോട് മാത്രമേ സെൻസർ പ്രതികരിക്കൂ. എൻക്യാപ്സുലേഷൻ ഇല്ലാതെയും ഉയർന്ന താപനിലയിലും സെൻസർ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

ആപേക്ഷിക ആർദ്രതയുടെയും മണ്ണിന്റെ താപനിലയുടെയും ഫലങ്ങൾ ഒഴിവാക്കി നൈട്രജൻ വാതകത്തിന്റെ കൃത്യമായ അളവ് ഇത് അനുവദിക്കുന്നു. അടച്ചതും കാപ്സുലേറ്റ് ചെയ്യാത്തതുമായ സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് താപനിലയും നൈട്രജൻ വാതകവും പൂർണ്ണമായും തടസ്സരഹിതമായും വേർപെടുത്താൻ കഴിയും.

എല്ലാ കാലാവസ്ഥയിലും കൃത്യമായ കൃഷിക്കായി വിഘടിപ്പിച്ച സെൻസിംഗ് സംവിധാനങ്ങളുള്ള മൾട്ടിമോഡൽ ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും നടപ്പിലാക്കുന്നതിനും താപനില വ്യതിയാനങ്ങളും നൈട്രജൻ വാതക ഉദ്‌വമനവും വിഘടിപ്പിക്കാമെന്ന് ഗവേഷകൻ പറഞ്ഞു.

"വളരെ കുറഞ്ഞ നൈട്രജൻ ഓക്സൈഡ് സാന്ദ്രതയും ചെറിയ താപനില മാറ്റങ്ങളും ഒരേസമയം കണ്ടെത്താനുള്ള കഴിവ്, കൃത്യമായ കൃഷി, ആരോഗ്യ നിരീക്ഷണം, മറ്റ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ എന്നിവയ്ക്കായി വിഘടിപ്പിച്ച സെൻസിംഗ് സംവിധാനങ്ങളുള്ള ഭാവിയിലെ മൾട്ടിമോഡൽ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ വികസനത്തിന് വഴിയൊരുക്കുന്നു," ചെങ് പറഞ്ഞു.

നാഷണൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഹെൽത്ത്, നാഷണൽ സയൻസ് ഫൗണ്ടേഷൻ, പെൻ സ്റ്റേറ്റും, ചൈനീസ് നാഷണൽ നാച്ചുറൽ സയൻസ് ഫൗണ്ടേഷനും ചേർന്നാണ് ചെങ്ങിന്റെ ഗവേഷണത്തിന് ധനസഹായം നൽകിയത്.