माती विज्ञानातील डॉक्टरेटचे विद्यार्थी शुओहाओ काई, विस्कॉन्सिन विद्यापीठ-मॅडिसन हॅनकॉक कृषी संशोधन केंद्रात मातीमध्ये वेगवेगळ्या खोलीवर मोजमाप करण्यास अनुमती देणाऱ्या मल्टीफंक्शन सेन्सर स्टिकरसह एक सेन्सर रॉड ठेवतात.
मॅडिसन - विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठाच्या अभियंत्यांनी कमी किमतीचे सेन्सर विकसित केले आहेत जे सामान्य विस्कॉन्सिन माती प्रकारांमध्ये नायट्रेटचे सतत, रिअल-टाइम निरीक्षण प्रदान करू शकतात. हे छापील इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर शेतकऱ्यांना अधिक माहितीपूर्ण पोषक व्यवस्थापन निर्णय घेण्यास आणि आर्थिक फायदे मिळविण्यास मदत करू शकतात.
"आमचे सेन्सर शेतकऱ्यांना त्यांच्या मातीची पौष्टिक स्थिती आणि त्यांच्या रोपांना उपलब्ध असलेल्या नायट्रेटच्या प्रमाणाची चांगली समज देऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांना प्रत्यक्षात किती खताची आवश्यकता आहे हे अधिक अचूकपणे ठरवता येते," हार्वर्ड विद्यापीठातील सहाय्यक प्राध्यापक जोसेफ अँड्र्यूज म्हणाले. हा अभ्यास विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठातील स्कूल ऑफ मेकॅनिकल इंजिनिअरिंगने केला होता. "जर ते खरेदी करत असलेल्या खताचे प्रमाण कमी करू शकले तर मोठ्या शेतांसाठी खर्चात लक्षणीय बचत होऊ शकते."
पिकांच्या वाढीसाठी नायट्रेट्स हे एक आवश्यक पोषक तत्व आहे, परंतु जास्त प्रमाणात नायट्रेट्स मातीतून बाहेर पडू शकतात आणि भूजलात प्रवेश करू शकतात. या प्रकारचे दूषितीकरण दूषित विहिरीचे पाणी पिणाऱ्या लोकांसाठी हानिकारक आहे आणि पर्यावरणासाठी हानिकारक आहे. संशोधकांच्या नवीन सेन्सरचा वापर नायट्रेट लीचिंगचे निरीक्षण करण्यासाठी आणि त्याचे हानिकारक परिणाम कमी करण्यासाठी सर्वोत्तम पद्धती विकसित करण्यास मदत करण्यासाठी कृषी संशोधन साधन म्हणून देखील केला जाऊ शकतो.
माती नायट्रेटचे निरीक्षण करण्याच्या सध्याच्या पद्धती श्रम-केंद्रित, महागड्या आहेत आणि रिअल-टाइम डेटा प्रदान करत नाहीत. म्हणूनच मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक्स तज्ञ अँड्र्यूज आणि त्यांच्या टीमने एक चांगला, कमी खर्चिक उपाय तयार करण्याचा प्रयत्न केला.
या प्रकल्पात, संशोधकांनी इंकजेट प्रिंटिंग प्रक्रियेचा वापर करून पोटेंशियोमेट्रिक सेन्सर तयार केला, जो एक प्रकारचा पातळ-फिल्म इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर आहे. पोटेंशियोमेट्रिक सेन्सर बहुतेकदा द्रव द्रावणात नायट्रेट अचूकपणे मोजण्यासाठी वापरले जातात. तथापि, हे सेन्सर सामान्यतः मातीच्या वातावरणात वापरण्यासाठी योग्य नाहीत कारण मातीचे मोठे कण सेन्सर स्क्रॅच करू शकतात आणि अचूक मोजमाप रोखू शकतात.
"आम्ही ज्या मुख्य आव्हानाचे निराकरण करण्याचा प्रयत्न करत होतो ते म्हणजे कठोर मातीच्या परिस्थितीत या इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर्सना योग्यरित्या कार्य करण्यासाठी आणि नायट्रेट आयन अचूकपणे शोधण्यासाठी मार्ग शोधणे," अँड्र्यूज म्हणाले.
सेन्सरवर पॉलीव्हिनिलिडीन फ्लोराईडचा थर ठेवणे हा या टीमचा उपाय होता. अँड्र्यूजच्या मते, या पदार्थात दोन प्रमुख वैशिष्ट्ये आहेत. पहिले म्हणजे, त्यात खूप लहान छिद्रे आहेत, सुमारे ४०० नॅनोमीटर आकाराचे, जे मातीच्या कणांना रोखताना नायट्रेट आयनमधून जाऊ देतात. दुसरे म्हणजे, ते हायड्रोफिलिक आहे, म्हणजेच ते पाणी आकर्षित करते आणि स्पंजसारखे शोषून घेते.
"म्हणून कोणतेही नायट्रेटयुक्त पाणी प्राधान्याने आमच्या सेन्सर्समध्ये शिरेल, जे खरोखर महत्वाचे आहे कारण माती देखील स्पंजसारखी असते आणि जर तुम्हाला समान पाणी शोषण मिळू शकले नाही तर तुम्ही सेन्सरमध्ये ओलावा येण्याच्या बाबतीत लढाई हरणार आहात. मातीची क्षमता," अँड्र्यूज म्हणाले. "पॉलीव्हिनिलिडीन फ्लोराईड थराचे हे गुणधर्म आम्हाला नायट्रेटयुक्त पाणी काढण्याची, ते सेन्सर पृष्ठभागावर पोहोचवण्याची आणि नायट्रेट अचूकपणे शोधण्याची परवानगी देतात."
मार्च २०२४ मध्ये अ‍ॅडव्हान्स्ड मटेरियल्स टेक्नॉलॉजी जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका पेपरमध्ये संशोधकांनी त्यांच्या प्रगतीचे तपशीलवार वर्णन केले.
या पथकाने विस्कॉन्सिनशी संबंधित दोन वेगवेगळ्या माती प्रकारांवर त्यांच्या सेन्सरची चाचणी केली - राज्याच्या उत्तर-मध्य भागात सामान्य असलेली वाळूची माती आणि नैऋत्य विस्कॉन्सिनमध्ये सामान्य असलेली गाळाची चिकणमाती - आणि त्यांना आढळले की सेन्सर्सने अचूक परिणाम दिले.
संशोधक आता त्यांच्या नायट्रेट सेन्सरला एका बहु-कार्यक्षम सेन्सर सिस्टीममध्ये एकत्रित करत आहेत ज्याला ते "सेन्सर स्टिकर" म्हणतात, ज्यामध्ये तीन वेगवेगळ्या प्रकारचे सेन्सर लवचिक प्लास्टिक पृष्ठभागावर चिकट बॅकिंग वापरून बसवले जातात. स्टिकर्समध्ये आर्द्रता आणि तापमान सेन्सर देखील असतात.
संशोधक एका खांबाला अनेक संवेदी स्टिकर्स जोडतील, त्यांना वेगवेगळ्या उंचीवर ठेवतील आणि नंतर खांब मातीत गाडतील. या सेटअपमुळे त्यांना वेगवेगळ्या मातीच्या खोलीवर मोजमाप घेता आले.
"वेगवेगळ्या खोलीवर नायट्रेट, आर्द्रता आणि तापमान मोजून, आपण आता नायट्रेट लीचिंग प्रक्रियेचे प्रमाण मोजू शकतो आणि नायट्रेट मातीतून कसे फिरते हे समजू शकतो, जे पूर्वी शक्य नव्हते," अँड्र्यूज म्हणाले.
२०२४ च्या उन्हाळ्यात, संशोधकांनी सेन्सरची पुढील चाचणी घेण्यासाठी हॅनकॉक कृषी संशोधन केंद्र आणि विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठातील अर्लिंग्टन कृषी संशोधन केंद्रात मातीमध्ये ३० सेन्सर रॉड ठेवण्याची योजना आखली आहे.
पोस्ट वेळ: जुलै-०९-२०२४