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Nov 08, 2023

Novos sensores de solo podem melhorar a eficiência da fertilização das culturas

Medir a temperatura e os níveis de nitrogênio no solo é importante para

Medir a temperatura e os níveis de nitrogênio no solo é importante para os sistemas agrícolas.

Fertilizantes contendo nitrogênio são usados ​​para aumentar a produção de alimentos, mas suas emissões podem poluir o meio ambiente. Para maximizar o uso de recursos, aumentar os rendimentos agrícolas e reduzir os riscos ambientais, é essencial o monitoramento contínuo e em tempo real das propriedades do solo, como temperatura do solo e emissão de fertilizantes. Um sensor multiparâmetro é necessário para agricultura inteligente ou de precisão para rastrear as emissões de gases NOX e a temperatura do solo para a melhor fertilização.

James L. Henderson, Jr. Memorial Professor associado de Ciências da Engenharia e Mecânica na Penn State Huanyu "Larry" Cheng liderou o desenvolvimento de um sensor multiparâmetro que separa com sucesso os sinais de temperatura e nitrogênio para permitir a medição precisa de cada um.

Cheng disse: "Para uma fertilização eficiente, é necessário monitorar continuamente e em tempo real as condições do solo, especificamente a utilização de nitrogênio e a temperatura do solo. Isso é essencial para avaliar a saúde das culturas, reduzir a poluição ambiental e promover agricultura sustentável e de precisão."

O estudo visa empregar a quantidade adequada para o melhor rendimento da cultura. A produção da cultura pode ser menor do que se for usado mais nitrogênio. Quando o fertilizante é aplicado em excesso, ele é desperdiçado, as plantas podem queimar e vapores tóxicos de nitrogênio são liberados no meio ambiente. Os agricultores podem atingir os níveis ideais de fertilizantes para o crescimento das plantas com a ajuda da detecção precisa do nível de nitrogênio.

O coautor Li Yang, professor da Escola de Inteligência Artificial da Universidade de Tecnologia de Hebei, na China, disse: "O crescimento das plantas também é afetado pela temperatura, que influencia os processos físicos, químicos e microbiológicos no solo. O monitoramento contínuo permite que os agricultores desenvolvem estratégias e intervenções quando as temperaturas estão muito quentes ou muito frias para suas lavouras."

De acordo com Cheng, Mecanismos de detecção que podem obter medições de gás nitrogênio e temperatura independentes umas das outras raramente são relatados. Tanto os gases quanto a temperatura podem causar variações na leitura da resistência do sensor, dificultando a distinção entre eles.

A equipe de Cheng criou um sensor de alto desempenho que pode detectar a perda de nitrogênio independentemente da temperatura do solo. O sensor é feito de espuma de grafeno induzida por laser e dopada com óxido de vanádio, e descobriu-se que a dopagem de complexos metálicos em grafeno melhora a absorção de gás e a sensibilidade de detecção.

Como uma membrana macia protege o sensor e evita a permeação de gás nitrogênio, o sensor reage apenas às mudanças de temperatura. O sensor também pode ser usado sem encapsulamento e em uma temperatura mais alta.

Isso permite a medição precisa do gás nitrogênio, excluindo os efeitos da umidade relativa e da temperatura do solo. A temperatura e o gás nitrogênio podem ser totalmente desacoplados e sem interferência usando os sensores fechados e não encapsulados.

O pesquisador disse que o desacoplamento das mudanças de temperatura e das emissões de gás nitrogênio pode ser usado para criar e implementar dispositivos multimodais com mecanismos de detecção desacoplados para agricultura de precisão em todas as condições climáticas.

Cheng disse: "A capacidade de detectar simultaneamente concentrações ultrabaixas de óxido de nitrogênio e pequenas mudanças de temperatura abre caminho para o desenvolvimento de futuros dispositivos eletrônicos multimodais com mecanismos de detecção desacoplados para agricultura de precisão, monitoramento de saúde e outras aplicações".

A pesquisa de Cheng foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, Fundação Nacional de Ciências, Penn State e Fundação Nacional de Ciências Naturais da China.

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