विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठाच्या हॅनकॉक कृषी संशोधन केंद्रात, मृदा विज्ञान विषयातील पीएचडीचा विद्यार्थी शुओहाओ काय, मातीमध्ये एक सेन्सर रॉड ठेवत आहे, ज्यावर एक मल्टीफंक्शन सेन्सर स्टिकर लावलेला आहे, ज्यामुळे वेगवेगळ्या खोलीवर मोजमाप करता येते.
मॅडिसन — विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठाच्या अभियंत्यांनी कमी किमतीचे सेन्सर्स विकसित केले आहेत, जे विस्कॉन्सिनमधील सामान्य मातीच्या प्रकारांमधील नायट्रेटचे सतत आणि रिअल-टाइम निरीक्षण करू शकतात. हे मुद्रित इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर्स शेतकऱ्यांना पोषक तत्व व्यवस्थापनाबाबत अधिक माहितीपूर्ण निर्णय घेण्यास आणि आर्थिक लाभ मिळविण्यात मदत करू शकतात.
“आमचे सेन्सर्स शेतकऱ्यांना त्यांच्या जमिनीतील पोषण स्थिती आणि त्यांच्या पिकांना उपलब्ध असलेल्या नायट्रेटच्या प्रमाणाबद्दल अधिक चांगली माहिती देऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांना प्रत्यक्षात किती खताची गरज आहे हे अधिक अचूकपणे ठरविण्यात मदत होईल,” असे हार्वर्ड विद्यापीठातील सहायक प्राध्यापक जोसेफ अँड्र्यूज म्हणाले. हा अभ्यास विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठाच्या स्कूल ऑफ मेकॅनिकल इंजिनिअरिंगच्या नेतृत्वाखाली करण्यात आला. “जर ते खरेदी करत असलेल्या खताचे प्रमाण कमी करू शकले, तर मोठ्या शेतांसाठी खर्चात लक्षणीय बचत होऊ शकते.”
पिकांच्या वाढीसाठी नायट्रेट हे एक आवश्यक पोषक तत्व आहे, परंतु अतिरिक्त नायट्रेट जमिनीतून झिरपून भूजलमध्ये प्रवेश करू शकते. या प्रकारचे प्रदूषण दूषित विहिरीचे पाणी पिणाऱ्या लोकांसाठी आणि पर्यावरणासाठी हानिकारक आहे. संशोधकांच्या नवीन सेन्सरचा उपयोग नायट्रेटच्या झिरपण्यावर लक्ष ठेवण्यासाठी आणि त्याचे हानिकारक परिणाम कमी करण्यासाठी सर्वोत्तम पद्धती विकसित करण्यास मदत करण्याकरिता एक कृषी संशोधन साधन म्हणूनही केला जाऊ शकतो.
मातीतील नायट्रेटचे निरीक्षण करण्याच्या सध्याच्या पद्धती श्रमसाध्य, खर्चिक आहेत आणि त्यातून रिअल-टाईम डेटा मिळत नाही. म्हणूनच प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स तज्ञ अँड्र्यूज आणि त्यांच्या टीमने एक अधिक चांगला, कमी खर्चाचा उपाय तयार करण्याचे ठरवले.
या प्रकल्पात, संशोधकांनी इंकजेट प्रिंटिंग प्रक्रियेचा वापर करून एक पोटेंशियोमेट्रिक सेन्सर तयार केला, जो एक प्रकारचा थिन-फिल्म इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर आहे. पोटेंशियोमेट्रिक सेन्सर्सचा उपयोग अनेकदा द्रव द्रावणांमधील नायट्रेटचे अचूक मोजमाप करण्यासाठी केला जातो. तथापि, हे सेन्सर्स सामान्यतः मातीच्या वातावरणात वापरण्यासाठी योग्य नसतात, कारण मातीचे मोठे कण सेन्सर्सवर ओरखडे आणू शकतात आणि अचूक मोजमापात अडथळा आणू शकतात.
"कठीण मातीच्या परिस्थितीत हे इलेक्ट्रोकेमिकल सेन्सर व्यवस्थित काम करतील आणि नायट्रेट आयन अचूकपणे शोधतील, असा मार्ग शोधणे हे आम्ही सोडवण्याचा प्रयत्न करत असलेले मुख्य आव्हान होते," असे अँड्र्यूज म्हणाले.
टीमने यावर उपाय म्हणून सेन्सरवर पॉलिव्हिनिलिडेन फ्लोराइडचा थर लावला. अँड्र्यूजच्या मते, या पदार्थाची दोन प्रमुख वैशिष्ट्ये आहेत. पहिले म्हणजे, यात सुमारे ४०० नॅनोमीटर आकाराची अतिशय सूक्ष्म छिद्रे असतात, जी मातीच्या कणांना रोखून नायट्रेट आयनांना त्यातून जाऊ देतात. दुसरे म्हणजे, ते हायड्रोफिलिक आहे, म्हणजेच ते स्पंजप्रमाणे पाणी आकर्षित करून शोषून घेते.
“त्यामुळे नायट्रेटयुक्त पाणी प्राधान्याने आमच्या सेन्सर्समध्ये झिरपेल, जे खूप महत्त्वाचे आहे कारण मातीसुद्धा स्पंजसारखी असते आणि जर तुम्हाला त्याच प्रमाणात पाणी शोषून घेता आले नाही, तर सेन्सरमध्ये ओलावा पोहोचण्याच्या बाबतीत तुम्ही ही लढाई हरून जाल. मातीची क्षमता,” अँड्र्यूज म्हणाले. “पॉलीविनायलिडीन फ्लोराइड थराचे हे गुणधर्म आम्हाला नायट्रेटयुक्त पाणी वेगळे काढण्यास, ते सेन्सरच्या पृष्ठभागावर पोहोचवण्यास आणि नायट्रेट अचूकपणे शोधण्यास मदत करतात.”
संशोधकांनी मार्च २०२४ मध्ये 'ॲडव्हान्स्ड मटेरिअल्स टेक्नॉलॉजी' या जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या एका शोधनिबंधात त्यांच्या प्रगतीचा तपशील दिला आहे.
संघाने त्यांच्या सेन्सरची विस्कॉन्सिनशी संबंधित असलेल्या दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या मातीवर चाचणी केली—राज्याच्या उत्तर-मध्य भागात सामान्य असलेली वालुकामय माती आणि नैऋत्य विस्कॉन्सिनमध्ये सामान्य असलेली गाळयुक्त चिकणमाती—आणि त्यांना आढळले की सेन्सरने अचूक परिणाम दिले.
संशोधक आता त्यांच्या नायट्रेट सेन्सरला एका बहुकार्यक्षम सेन्सर प्रणालीमध्ये समाकलित करत आहेत, ज्याला ते ‘सेन्सर स्टिकर’ म्हणतात. यामध्ये, एका लवचिक प्लास्टिकच्या पृष्ठभागावर चिकटणाऱ्या आवरणाचा वापर करून तीन वेगवेगळ्या प्रकारचे सेन्सर बसवलेले असतात. या स्टिकर्समध्ये आर्द्रता आणि तापमान सेन्सरसुद्धा समाविष्ट आहेत.
संशोधक एका खांबाला अनेक संवेदी स्टिकर्स लावतील, त्यांना वेगवेगळ्या उंचीवर ठेवतील आणि नंतर तो खांब मातीत गाडतील. या रचनेमुळे त्यांना मातीच्या वेगवेगळ्या खोलीवर मोजमाप घेणे शक्य झाले.
"वेगवेगळ्या खोलीवर नायट्रेट, आर्द्रता आणि तापमान मोजून, आता आपण नायट्रेट लीचिंग प्रक्रियेचे प्रमाण निश्चित करू शकतो आणि नायट्रेट मातीतून कसे वाहते हे समजू शकतो, जे पूर्वी शक्य नव्हते," असे अँड्र्यूज म्हणाले.
सेन्सरची पुढील चाचणी करण्यासाठी, संशोधक २०२४ च्या उन्हाळ्यात विस्कॉन्सिन-मॅडिसन विद्यापीठातील हॅनकॉक कृषी संशोधन केंद्र आणि अर्लिंग्टन कृषी संशोधन केंद्र येथील मातीत ३० सेन्सर रॉड ठेवण्याची योजना आखत आहेत.
पोस्ट करण्याची वेळ: जुलै-०९-२०२४