Revolutionäre Bodensensoren: höhere Erträge und Kosteneinsparungen für Landwirte in Aussicht

BerlinIngenieure der Universität von Wisconsin-Madison haben kostengünstige Sensoren entwickelt, die kontinuierlich die Nitratwerte im Boden überwachen. Diese Sensoren können Landwirten dabei helfen, bessere Entscheidungen über den Einsatz von Düngemitteln zu treffen. Joseph Andrews, ein Assistenzprofessor für Maschinenbau, der die Forschung leitet, erklärt, dass das Wissen über die Nährstoffgehalte im Boden den Landwirten ermöglicht, die richtige Menge an Dünger zu verwenden. Dies kann viel Geld sparen, insbesondere bei großen Betrieben.

Traditionelle Methoden zur Überprüfung von Nitratwerten sind zeitaufwendig, teuer und liefern keine sofortigen Ergebnisse. Um dies zu verbessern, entwickelten Andrews und sein Team eine kostengünstigere und effizientere Methode, wobei sie ein Tintenstrahldruckverfahren zur Herstellung von potentiometrischen Sensoren nutzten. Diese Sensoren können Nitrat in Flüssigkeiten genau messen, sind jedoch meist ungeeignet für Böden. Raue Bodenpartikel können die Sensoren beschädigen und dadurch die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen.

Die Forscher lösten dieses Problem, indem sie eine Schicht aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf den Sensor aufbrachten. PVDF besitzt zwei wichtige Eigenschaften:

• Feine 400-Nanometer-Poren, die Nitrat-Ionen passieren lassen und gleichzeitig Bodenpartikel blockieren.
• Hydrophile Eigenschaften, die Wasser anziehen und nitratbeladenes Feuchtigkeit aufnehmen.

Wasser mit Nitraten wird von unserem Sensor leichter aufgenommen als vom Boden. Dies ist wichtig, da es sicherstellt, dass der Sensor mit dem Boden um Feuchtigkeit konkurrieren kann. Diese Eigenschaften ermöglichen es dem Sensor, Wasser mit Nitraten präzise zu messen, so Andrews.

Lesen Sie auch:

Heute · 03:33

KI übertrifft Menschen bei der Gehirntumor-Diagnose

Das Team veröffentlichte ihre Ergebnisse im März 2024 im Journal Advanced Material Technologies. Sie testeten die Sensoren in zwei Arten von Böden aus Wisconsin: sandigen Boden aus dem nördlichen Zentralteil des Staates und lehmigen Schluffboden aus dem Südwesten von Wisconsin. Beide Tests lieferten präzise Ergebnisse.

Die Forscher integrieren Nitratsensoren in ein neues System namens „Messaufkleber.“ Diese Aufkleber enthalten drei Sensoren zur Messung von Nitrat, Feuchtigkeit und Temperatur. Sie sind flexibel und haben eine klebende Rückseite. Die Forscher werden mehrere dieser Aufkleber in unterschiedlichen Höhen an einem Stab befestigen und diesen dann im Boden vergraben. Auf diese Weise können sie Messungen aus verschiedenen Tiefen vornehmen.

Im Sommer 2024 werden die Forscher ihre Sensoren testen, indem sie 30 Stäbe in den Boden der landwirtschaftlichen Forschungsstationen Hancock und Arlington der UW-Madison einsetzen. Die Wisconsin Alumni Research Foundation hat ein laufendes Patent für die Technologie.

Das Forschungsteam besteht aus Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai und der Bodenkundeprofessorin Jingyi Huang. Die Studie wurde durch Mittel der USDA Agriculture and Food Research Initiative, des Signals in the Soil-Stipendiums der National Science Foundation sowie des Dairy Innovation Hub der University of Wisconsin-Madison finanziert.