नवीन मृदा सेन्सरमुळे पिकांच्या खत देण्याच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा होऊ शकते.

अन्न उत्पादन वाढवण्यासाठी नायट्रोजनयुक्त खतांचा वापर केला जातो, परंतु त्यांच्या उत्सर्जनामुळे पर्यावरणाचे प्रदूषण होऊ शकते. संसाधनांचा जास्तीत जास्त वापर करण्यासाठी, कृषी उत्पन्न वाढवण्यासाठी आणि पर्यावरणीय धोके कमी करण्यासाठी, जमिनीचे तापमान आणि खतांचे उत्सर्जन यांसारख्या जमिनीच्या गुणधर्मांचे सतत आणि रिअल-टाइम निरीक्षण करणे आवश्यक आहे. सर्वोत्तम खत व्यवस्थापनासाठी NOX वायू उत्सर्जन आणि जमिनीच्या तापमानाचा मागोवा घेण्यासाठी स्मार्ट किंवा अचूक शेतीमध्ये मल्टी-पॅरामीटर सेन्सर आवश्यक आहे.

पेन स्टेट येथील जेम्स एल. हेंडरसन, ज्युनियर मेमोरियल असोसिएट प्रोफेसर ऑफ इंजिनिअरिंग सायन्स अँड मेकॅनिक्स, हुआन्यू “लॅरी” चेंग यांनी एका मल्टी-पॅरामीटर सेन्सरच्या विकासाचे नेतृत्व केले, जो तापमान आणि नायट्रोजन सिग्नल यशस्वीरित्या वेगळे करतो, ज्यामुळे प्रत्येकाचे अचूक मापन करणे शक्य होते.

चेंग म्हणाले,कार्यक्षम खतप्रयोगासाठी, जमिनीच्या स्थितीचे, विशेषतः नायट्रोजनचा वापर आणि जमिनीच्या तापमानाचे, सतत आणि प्रत्यक्ष निरीक्षण करणे आवश्यक आहे. पिकांच्या आरोग्याचे मूल्यांकन करण्यासाठी, पर्यावरणातील प्रदूषण कमी करण्यासाठी आणि शाश्वत व अचूक शेतीला प्रोत्साहन देण्यासाठी हे अत्यावश्यक आहे.

उत्तम पीक उत्पादनासाठी योग्य प्रमाणात खत वापरणे हा या अभ्यासाचा उद्देश आहे. जास्त नायट्रोजन वापरल्यास पिकाचे उत्पादन अपेक्षेपेक्षा कमी होऊ शकते. खताचा अतिवापर केल्यास ते वाया जाते, झाडे जळू शकतात आणि नायट्रोजनचे विषारी वायू पर्यावरणात सोडले जातात. नायट्रोजनच्या पातळीचे अचूक निदान करण्याच्या मदतीने शेतकरी झाडांच्या वाढीसाठी खताची आदर्श पातळी गाठू शकतात.

चीनच्या हेबेई युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या स्कूल ऑफ आर्टिफिशियल इंटेलिजन्समधील प्राध्यापक आणि सह-लेखक ली यांग म्हणाले,वनस्पतींच्या वाढीवर तापमानाचाही परिणाम होतो, जे मातीतील भौतिक, रासायनिक आणि सूक्ष्मजैविक प्रक्रिया प्रभावित करते. सततच्या देखरेखीमुळे, जेव्हा तापमान पिकांसाठी खूप जास्त किंवा खूप कमी असते, तेव्हा शेतकऱ्यांना उपाययोजना आणि निराकरणे विकसित करणे शक्य होते.

चेंग यांच्या मते, एकमेकांपासून स्वतंत्रपणे नायट्रोजन वायू आणि तापमानाची मोजमापे घेऊ शकणाऱ्या संवेदन यंत्रणांबद्दल फार कमी अहवाल आले आहेत. वायू आणि तापमान दोन्ही सेन्सरच्या रोध वाचनात बदल घडवू शकतात, ज्यामुळे त्यांच्यात फरक करणे कठीण होते.

चेंग यांच्या टीमने मातीच्या तापमानावर अवलंबून न राहता नायट्रोजनचा ऱ्हास शोधू शकणारा एक उच्च-कार्यक्षम सेन्सर तयार केला आहे. हा सेन्सर व्हॅनेडियम ऑक्साईड-मिश्रित, लेझर-प्रेरित ग्राफीन फोमपासून बनलेला आहे आणि असे आढळून आले आहे की ग्राफीनमध्ये धातूंच्या संयुगांचे मिश्रण केल्याने वायू शोषण आणि शोध संवेदनशीलता सुधारते.

एक मऊ आवरण सेन्सरचे संरक्षण करत असल्यामुळे आणि नायट्रोजन वायूचा प्रवेश रोखत असल्यामुळे, सेन्सर केवळ तापमानातील बदलांवरच प्रतिक्रिया देतो. हा सेन्सर आवरणाशिवाय आणि उच्च तापमानातही वापरला जाऊ शकतो.

यामुळे सापेक्ष आर्द्रता आणि मातीच्या तापमानाचा परिणाम वगळून नायट्रोजन वायूचे अचूक मापन करणे शक्य होते. बंदिस्त आणि आवरणरहित सेन्सर्सचा वापर करून तापमान आणि नायट्रोजन वायू यांना पूर्णपणे आणि कोणत्याही अडथळ्याशिवाय वेगळे केले जाऊ शकते.

संशोधकाने सांगितले की, तापमानातील बदल आणि नायट्रोजन वायूचे उत्सर्जन यांना वेगळे करून, सर्व प्रकारच्या हवामानात अचूक शेतीसाठी स्वतंत्र संवेदन यंत्रणा असलेली बहुविध उपकरणे तयार करून त्यांची अंमलबजावणी करता येईल.

चेंग म्हणाले, “अत्यंत कमी नायट्रोजन ऑक्साईडचे प्रमाण आणि तापमानातील लहान बदल एकाच वेळी ओळखण्याची क्षमता, अचूक शेती, आरोग्य निरीक्षण आणि इतर अनुप्रयोगांसाठी स्वतंत्र संवेदन यंत्रणा असलेल्या भविष्यातील बहुविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासाचा मार्ग मोकळा करते.”

चेंग यांच्या संशोधनाला नॅशनल इन्स्टिट्यूट्स ऑफ हेल्थ, नॅशनल सायन्स फाउंडेशन, पेन स्टेट आणि चायनीज नॅशनल नॅचरल सायन्स फाउंडेशनकडून निधी मिळाला होता.