Ingenieure vun der Universitéit vu Wisconsin-Madison hunn bëlleg Buedemsensoren entwéckelt.

De Shuohao Cai, en Doktorand a Buedemwëssenschaft, placéiert eng Sensorstaaf mat engem Multifunktions-Sensor-Sticker, deen et erlaabt, Miessungen a verschiddenen Déiften an de Buedem an der University of Wisconsin-Madison Hancock Agricultural Research Station.
MADISON — Ingenieure vun der University of Wisconsin-Madison hunn bëlleg Sensoren entwéckelt, déi eng kontinuéierlech Echtzäit-Iwwerwaachung vum Nitrat an de gemeinsame Buedemzorten a Wisconsin erméiglechen. Dës gedréckte elektrochemesch Sensore kënnen de Baueren hëllefen, méi informéiert Entscheedungen iwwer d'Nährstoffmanagement ze treffen a wirtschaftlech Virdeeler ze realiséieren.
„Eis Sensore kënnen de Baueren e besser Verständnis vum Ernärungszoustand vun hirem Buedem an der Quantitéit un Nitrat, déi hire Planzen zur Verfügung steet, ginn, wat hinnen hëlleft, méi genee ze entscheeden, wéi vill Dünger se tatsächlech brauchen“, sot de Joseph Andrews, Assistenzprofesser op der Harvard University. D'Studie gouf vun der School of Mechanical Engineering vun der University of Wisconsin-Madison geleet. „Wa se d'Quantitéit un Dünger, déi se kafen, reduzéiere kënnen, kéinten d'Käschtenerspuernisser fir méi grouss Bauerenhäff bedeitend sinn.“
Nitrater sinn e wesentleche Nährstoff fir de Wuesstum vu Kulturen, awer iwwerschësseg Nitrater kënnen aus dem Buedem auslaugen an an d'Grondwaasser kommen. Dës Zort vu Kontaminatioun ass schiedlech fir Leit, déi kontaminéiert Brunnwaasser drénken, an ass schiedlech fir d'Ëmwelt. Den neie Sensor vun de Fuerscher kéint och als landwirtschaftlecht Fuerschungsinstrument benotzt ginn, fir d'Nitrataulaugung ze iwwerwaachen an ze hëllefen, déi bescht Praktiken z'entwéckelen, fir seng schiedlech Auswierkungen ze reduzéieren.
Aktuell Methode fir d'Iwwerwaachung vum Nitrat am Buedem si aarbechtsintensiv, deier a liwweren keng Echtzäitdaten. Dofir hunn den Expert fir gedréckte Elektronik, den Andrews, a säin Team sech eng besser a manner deier Léisung entwéckelt.
An dësem Projet hunn d'Fuerscher en Tëntendrockprozess benotzt fir e potentiometresche Sensor ze kreéieren, eng Zort elektrochemesche Dënnschichtsensor. Potentiometresch Sensore ginn dacks benotzt fir Nitrat a flëssege Léisunge präzis ze moossen. Dës Sensore si meeschtens net gëeegent fir a Buedemëmfeld ze benotzen, well grouss Buedempartikelen d'Sensore kraze kënnen an eng präzis Miessung verhënneren.
„Déi HaaptErausfuerderung, déi mir probéiert hunn ze léisen, war e Wee ze fannen, fir dës elektrochemesch Sensoren a raue Buedembedingungen richteg funktionéieren ze loossen an Nitrationen präzis z'entdecken“, sot den Andrews.
D'Léisung vum Team war et, eng Schicht Polyvinylidenfluorid op de Sensor ze leeën. Laut dem Andrews huet dëst Material zwou Schlësselcharakteristiken. Éischtens huet et ganz kleng Poren, ongeféier 400 Nanometer grouss, déi Nitrationen duerchloossen, während se Buedempartikelen blockéieren. Zweetens ass et hydrophil, dat heescht, et zitt Waasser un an absorbéiert et wéi e Schwamm.
„Also all nitraträicht Waasser wäert bevorzugt an eis Sensoren sickeren, wat wierklech wichteg ass, well de Buedem och wéi e Schwamm ass an Dir wäert de Kampf wat d'Fiichtegkeet ugeet, déi an de Sensor kënnt, verléieren, wann Dir net déiselwecht Waasserabsorptioun kritt. Buedempotenzial“, sot den Andrews. „Dës Eegeschafte vun der Polyvinylidenfluoridschicht erlaben eis, nitraträicht Waasser ze extrahéieren, et op d'Sensoroberfläche ze liwweren an Nitrat präzis ze detektéieren.“
D'Fuerscher hunn hire Fortschrëtt an engem Artikel detailléiert beschriwwen, deen am Mäerz 2024 an der Zäitschrëft Advanced Materials Technology publizéiert gouf.
D'Team huet hire Sensor op zwou verschiddene Buedemzorten getest, déi mat Wisconsin verbonne sinn - sandege Buedem, deen an den nordzentrale Deeler vum Staat heefeg ass, a schlammeg Leembuedem, deen am Südwesten vu Wisconsin heefeg ass - a festgestallt, datt d'Sensore korrekt Resultater produzéiert hunn.
D'Fuerscher integréieren elo hiren Nitratsensor an e multifunktionellt Sensorsystem, dat se "Sensor-Sticker" nennen, bei deem dräi verschidden Zorte vu Sensoren mat engem selbstklebenden Träger op enger flexibeler Plastikoberfläche montéiert sinn. D'Sticker enthalen och Fiichtegkeets- a Temperatursensoren.
D'Fuerscher wäerten e puer sensoresch Stickeren op e Pfosten befestegen, se op verschiddenen Héichten placéieren an de Pfosten dann an der Äerd begruewen. Dës Opstellung huet et hinnen erméiglecht, Miessungen op verschiddene Buedemdéiften ze maachen.
„Andeems mir Nitrat, Fiichtegkeet an Temperatur a verschiddenen Déiften moossen, kënne mir elo den Nitrataulaugeprozess quantifizéieren a verstoen, wéi Nitrat sech duerch de Buedem beweegt, wat virdru net méiglech war“, sot den Andrews.
Am Summer 2024 plangen d'Fuerscher, 30 Sensorstaafen an de Buedem an der Hancock Agricultural Research Station an der Arlington Agricultural Research Station vun der University of Wisconsin-Madison ze placéieren, fir de Sensor weider ze testen.