Revolutionerande tryckta jordgivare ger högre avkastning och mindre kostnader för lantbrukare

StockholmIngenjörer från University of Wisconsin-Madison har utvecklat billiga sensorer för kontinuerlig övervakning av nitratnivåer i jord. Dessa sensorer kan hjälpa bönder att fatta bättre beslut om gödsling. Joseph Andrews, biträdande professor i maskinteknik och ansvarig för forskningen, säger att kunskap om näringsnivåerna i jorden gör det möjligt för bönder att använda rätt mängd gödselmedel. Detta kan spara mycket pengar, särskilt för stora gårdar.

Traditionella metoder för att kontrollera nitrathalter är tidskrävande, dyra och ger inte omedelbara resultat. För att lösa detta har Andrews och hans team utvecklat ett billigare och effektivare sätt genom att använda en bläckstråletrycksprocess för att skapa potentiometriska sensorer. Dessa sensorer kan noggrant mäta nitrat i vätskor, men de är vanligtvis inte lämpliga för jord. Grova jordpartiklar kan skada sensorerna, vilket påverkar noggrannheten i mätningarna.

Forskarna löste problemet genom att applicera ett lager av polyvinylidenfluorid (PVDF) på sensorn. PVDF har två viktiga egenskaper:

• Små porer på 400 nanometer som släpper igenom nitratjoner men blockar jordpartiklar.
• Hydrofila egenskaper som drar till sig vatten och absorberar fukt med nitrat.

Vatten med nitrater absorberas lätt av vår sensor istället för av jorden. Detta är viktigt eftersom det säkerställer att sensorn kan konkurrera med jorden om fukt. Dessa egenskaper hjälper sensorn att noggrant mäta vatten med nitrater, enligt Andrews.

Läs också:

Idag · 01:33

Kan ljudmagi fängsla blinda sinnen? Ny studie.

Forskargruppen publicerade sina resultat i mars 2024 i tidskriften Advanced Material Technologies. De testade sensorerna i två olika typer av jord från Wisconsin: sandjord från den nord-centrala delen av delstaten och siltig lerjord från sydvästra Wisconsin. Båda testerna gav noggranna resultat.

Forskarna lägger till nitratsensorer till ett nytt system kallat en "sensorplåster." Dessa plåster innehåller tre sensorer för att mäta nitrat, fukt och temperatur. De är flexibla och har en klistrig baksida. Forskarna kommer att placera flera plåster på en stång på olika höjder och sedan begrava stången i jorden. Denna uppsättning kommer att göra det möjligt för dem att ta mätningar från olika djup.

Sommaren 2024 kommer forskarna att testa sina sensorer genom att placera 30 stavar i jorden vid UW-Madisons Hancock och Arlington Agricultural Research Stations. Det Wisconsin Alumni Research Foundation har en pågående patentansökan för teknologin.

Forskargruppen består av Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai och markvetenskapsprofessor Jingyi Huang. Studien fick finansiering från USDA:s Agriculture and Food Research Initiative, National Science Foundation's Signals in the Soil-bidrag samt Dairy Innovation Hub vid University of Wisconsin-Madison.