નવા માટી સેન્સર પાકની ખાતર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે

નાઇટ્રોજન ધરાવતા ખાતરોનો ઉપયોગ ખાદ્ય ઉત્પાદન વધારવા માટે થાય છે, પરંતુ તેમના ઉત્સર્જનથી પર્યાવરણ પ્રદૂષિત થઈ શકે છે. સંસાધનોનો મહત્તમ ઉપયોગ કરવા, કૃષિ ઉપજ વધારવા અને પર્યાવરણીય જોખમો ઘટાડવા માટે, માટીના ગુણધર્મો, જેમ કે માટીનું તાપમાન અને ખાતર ઉત્સર્જન, સતત અને વાસ્તવિક સમયનું નિરીક્ષણ કરવું જરૂરી છે. શ્રેષ્ઠ ખાતર માટે NOX ગેસ ઉત્સર્જન અને માટીના તાપમાનને ટ્રેક કરવા માટે સ્માર્ટ અથવા ચોકસાઇવાળા કૃષિ માટે મલ્ટિ-પેરામીટર સેન્સર જરૂરી છે.

પેન સ્ટેટ હુઆન્યુ "લેરી" ચેંગ ખાતે એન્જિનિયરિંગ સાયન્સ અને મિકેનિક્સના જુનિયર મેમોરિયલ એસોસિયેટ પ્રોફેસર જેમ્સ એલ. હેન્ડરસનએ એક મલ્ટી-પેરામીટર સેન્સરના વિકાસનું નેતૃત્વ કર્યું જે તાપમાન અને નાઇટ્રોજન સિગ્નલોને સફળતાપૂર્વક અલગ કરે છે જેથી દરેકનું ચોક્કસ માપન થઈ શકે.

ચેંગે કહ્યું,"કાર્યક્ષમ ખાતર માટે, જમીનની સ્થિતિ, ખાસ કરીને નાઇટ્રોજનના ઉપયોગ અને માટીના તાપમાનનું સતત અને વાસ્તવિક સમયનું નિરીક્ષણ કરવાની જરૂર છે. પાકના સ્વાસ્થ્યનું મૂલ્યાંકન કરવા, પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ ઘટાડવા અને ટકાઉ અને સચોટ ખેતીને પ્રોત્સાહન આપવા માટે આ જરૂરી છે."

આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ્ય શ્રેષ્ઠ પાક ઉપજ માટે યોગ્ય માત્રાનો ઉપયોગ કરવાનો છે. જો વધુ નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે તો પાકનું ઉત્પાદન તેના કરતા ઓછું થઈ શકે છે. જ્યારે ખાતરનો વધુ પડતો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે બગાડાય છે, છોડ બળી શકે છે અને ઝેરી નાઇટ્રોજન ધુમાડો પર્યાવરણમાં છોડવામાં આવે છે. ખેડૂતો ચોક્કસ નાઇટ્રોજન સ્તર શોધની મદદથી છોડના વિકાસ માટે ખાતરના આદર્શ સ્તર સુધી પહોંચી શકે છે.

ચીનની હેબેઈ યુનિવર્સિટી ઓફ ટેકનોલોજી ખાતે આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ સ્કૂલના પ્રોફેસર, સહ-લેખક લી યાંગે જણાવ્યું હતું કે,"છોડના વિકાસ પર તાપમાન પણ અસર કરે છે, જે જમીનમાં ભૌતિક, રાસાયણિક અને સૂક્ષ્મજૈવિક પ્રક્રિયાઓને પ્રભાવિત કરે છે. સતત દેખરેખ ખેડૂતોને તેમના પાક માટે તાપમાન ખૂબ ગરમ અથવા ખૂબ ઠંડુ હોય ત્યારે વ્યૂહરચના અને હસ્તક્ષેપ વિકસાવવા સક્ષમ બનાવે છે."

ચેંગના મતે, નાઇટ્રોજન ગેસ અને તાપમાન માપન એકબીજાથી સ્વતંત્ર રીતે મેળવી શકે તેવી સેન્સિંગ પદ્ધતિઓ ભાગ્યે જ નોંધાય છે. વાયુઓ અને તાપમાન બંને સેન્સરના પ્રતિકાર વાંચનમાં ભિન્નતા લાવી શકે છે, જેના કારણે તેમની વચ્ચે તફાવત કરવો મુશ્કેલ બને છે.

ચેંગની ટીમે એક ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સેન્સર બનાવ્યું જે માટીના તાપમાનથી સ્વતંત્ર રીતે નાઇટ્રોજન નુકશાન શોધી શકે છે. આ સેન્સર વેનેડિયમ ઓક્સાઇડ-ડોપેડ, લેસર-પ્રેરિત ગ્રાફીન ફોમથી બનેલું છે, અને એવું જાણવા મળ્યું છે કે ગ્રાફીનમાં ડોપિંગ મેટલ કોમ્પ્લેક્સ ગેસ શોષણ અને શોધ સંવેદનશીલતાને સુધારે છે.

નરમ પટલ સેન્સરનું રક્ષણ કરે છે અને નાઇટ્રોજન ગેસના પ્રવેશને અટકાવે છે, તેથી સેન્સર ફક્ત તાપમાનમાં થતા ફેરફારો પર પ્રતિક્રિયા આપે છે. સેન્સરનો ઉપયોગ એન્કેપ્સ્યુલેશન વિના અને ઊંચા તાપમાને પણ થઈ શકે છે.

આનાથી સાપેક્ષ ભેજ અને માટીના તાપમાનની અસરોને બાકાત રાખીને નાઇટ્રોજન ગેસનું સચોટ માપન શક્ય બને છે. બંધ અને કેપ્સ્યુલેટેડ સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને તાપમાન અને નાઇટ્રોજન ગેસને સંપૂર્ણપણે અને દખલ-મુક્ત રીતે અલગ કરી શકાય છે.

સંશોધકે જણાવ્યું હતું કે તાપમાનમાં ફેરફાર અને નાઇટ્રોજન ગેસ ઉત્સર્જનને અલગ કરવાનો ઉપયોગ તમામ હવામાન પરિસ્થિતિઓમાં ચોકસાઇ ખેતી માટે ડીકપલ્ડ સેન્સિંગ મિકેનિઝમ્સ સાથે મલ્ટિમોડલ ઉપકરણો બનાવવા અને અમલમાં મૂકવા માટે થઈ શકે છે.

ચેંગે કહ્યું, "અતિ-નીચી નાઇટ્રોજન ઓક્સાઇડ સાંદ્રતા અને નાના તાપમાનમાં ફેરફાર એકસાથે શોધવાની ક્ષમતા, ચોકસાઇ કૃષિ, આરોગ્ય દેખરેખ અને અન્ય એપ્લિકેશનો માટે ડીકપલ્ડ સેન્સિંગ મિકેનિઝમ્સ સાથે ભવિષ્યના મલ્ટિમોડલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના વિકાસ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે."

ચેંગના સંશોધનને નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ હેલ્થ, નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન, પેન સ્ટેટ અને ચાઇનીઝ નેશનલ નેચરલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશન દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવ્યું હતું.