Revolutionaire bodemsensoren beloven hogere opbrengsten en kostenbesparing voor boeren.

AmsterdamIngenieurs van de Universiteit van Wisconsin-Madison hebben betaalbare sensoren ontwikkeld die continu het nitraatgehalte in de bodem meten. Deze sensoren kunnen boeren helpen betere beslissingen te nemen over het gebruik van meststoffen. Joseph Andrews, assistent-professor werktuigbouwkunde en leider van het onderzoek, geeft aan dat kennis van de voedingsstoffenniveaus in de bodem boeren in staat stelt de juiste hoeveelheid meststoffen te gebruiken. Dit kan veel geld besparen, vooral voor grote boerderijen.

Traditionele methoden om nitraatniveaus te controleren zijn tijdrovend, duur en geven geen directe resultaten. Om dit probleem op te lossen, hebben Andrews en zijn team een goedkopere en efficiëntere manier ontwikkeld door gebruik te maken van een inkjet printproces om potentiometrische sensoren te creëren. Deze sensoren kunnen nauwkeurig nitraat in vloeistoffen meten, maar zijn meestal niet geschikt voor bodem. Ruwe bodemdeeltjes kunnen de sensoren beschadigen, wat de nauwkeurigheid van de metingen beïnvloedt.

De onderzoekers losten dit probleem op door een laag polyvinylideenfluoride (PVDF) aan de sensor toe te voegen. PVDF heeft twee belangrijke eigenschappen:

• Kleine poriën van 400 nanometer laten nitraationen door maar blokkeren gronddeeltjes.
• Hydrofiele eigenschappen trekken water aan en absorberen nitraatrijke vochtigheid.

Water met nitraten wordt gemakkelijk door onze sensor geabsorbeerd, in plaats van door de grond. Dit is cruciaal omdat het garandeert dat de sensor kan concurreren met de bodem voor vochtopname. Volgens Andrews helpen deze eigenschappen de sensor om nauwkeurig water met nitraten te meten.

Lees ook:

Vandaag · 01:33

Betovering door geluid: magie voor blinden mogelijk?

Het team publiceerde hun bevindingen in maart 2024 in Advanced Material Technologies. Ze testten de sensoren in twee soorten bodem in Wisconsin: zanderige bodem uit het noordoosten van de staat en siltige leembodem uit het zuidwesten van Wisconsin. Beide tests leverden nauwkeurige resultaten op.

De onderzoekers introduceren een nieuw systeem genaamd een "sensorsticker." Deze stickers bevatten drie sensoren om nitraat, vocht en temperatuur te meten. Ze zijn flexibel en hebben een zelfklevende achterkant. De onderzoekers zullen meerdere stickers op verschillende hoogtes op een staaf plaatsen en deze in de grond begraven. Dit systeem stelt hen in staat om metingen op verschillende diepten te verrichten.

In de zomer van 2024 zullen de onderzoekers hun sensoren testen door 30 staven in de bodem te plaatsen bij de Hancock en Arlington landbouwonderzoeksstations van de UW-Madison. De Wisconsin Alumni Research Foundation heeft een lopend patent op de technologie.

Het onderzoeksteam bestaat uit Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai, en bodemspecialist professor Jingyi Huang. De studie is gefinancierd door het USDA Agriculture and Food Research Initiative, de National Science Foundation's Signals in the Soil subsidie, en de Dairy Innovation Hub van de Universiteit van Wisconsin-Madison.