मृदा विज्ञान में डॉक्टरेट के छात्र शुओहाओ कै ने विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के हैनकॉक कृषि अनुसंधान स्टेशन में एक बहुक्रियाशील सेंसर स्टीकर के साथ एक सेंसर रॉड लगाई है, जो मिट्टी में विभिन्न गहराई पर माप की अनुमति देता है।
मैडिसन — विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने कम लागत वाले सेंसर विकसित किए हैं जो विस्कॉन्सिन की सामान्य मिट्टी में नाइट्रेट की निरंतर, वास्तविक समय निगरानी प्रदान कर सकते हैं। ये मुद्रित विद्युत-रासायनिक सेंसर किसानों को पोषक तत्व प्रबंधन के बारे में अधिक जानकारीपूर्ण निर्णय लेने और आर्थिक लाभ प्राप्त करने में मदद कर सकते हैं।
हार्वर्ड विश्वविद्यालय के सहायक प्रोफेसर जोसेफ एंड्रयूज ने कहा, "हमारे सेंसर किसानों को उनकी मिट्टी की पोषण स्थिति और उनके पौधों के लिए उपलब्ध नाइट्रेट की मात्रा की बेहतर समझ दे सकते हैं, जिससे उन्हें यह तय करने में मदद मिलेगी कि उन्हें वास्तव में कितने उर्वरक की आवश्यकता है।" यह अध्ययन विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के मैकेनिकल इंजीनियरिंग स्कूल द्वारा किया गया था। "अगर वे खरीदे जाने वाले उर्वरक की मात्रा कम कर सकें, तो बड़े खेतों के लिए लागत में उल्लेखनीय बचत हो सकती है।"
नाइट्रेट फसलों की वृद्धि के लिए एक आवश्यक पोषक तत्व हैं, लेकिन अतिरिक्त नाइट्रेट मिट्टी से रिसकर भूजल में प्रवेश कर सकते हैं। इस प्रकार का संदूषण उन लोगों के लिए हानिकारक है जो दूषित कुएँ का पानी पीते हैं और पर्यावरण के लिए भी हानिकारक है। शोधकर्ताओं के नए सेंसर का उपयोग कृषि अनुसंधान उपकरण के रूप में भी किया जा सकता है ताकि नाइट्रेट के रिसाव की निगरानी की जा सके और इसके हानिकारक प्रभावों को कम करने के सर्वोत्तम तरीकों को विकसित करने में मदद मिल सके।
मृदा नाइट्रेट की निगरानी के मौजूदा तरीके श्रमसाध्य, महंगे हैं और वास्तविक समय के आंकड़े उपलब्ध नहीं कराते। इसीलिए प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स विशेषज्ञ एंड्रयूज़ और उनकी टीम ने एक बेहतर और कम खर्चीला समाधान तैयार करने का बीड़ा उठाया।
इस परियोजना में, शोधकर्ताओं ने इंकजेट प्रिंटिंग प्रक्रिया का उपयोग करके एक पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर बनाया, जो एक प्रकार का पतली-फिल्म इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर है। पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर का उपयोग अक्सर तरल घोल में नाइट्रेट की मात्रा को सटीक रूप से मापने के लिए किया जाता है। हालाँकि, ये सेंसर आमतौर पर मिट्टी के वातावरण में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं क्योंकि मिट्टी के बड़े कण सेंसर को खरोंच सकते हैं और सटीक माप को रोक सकते हैं।
एंड्रयूज ने कहा, "हम जिस मुख्य चुनौती को हल करने का प्रयास कर रहे थे, वह थी इन विद्युत रासायनिक सेंसरों को कठोर मृदा परिस्थितियों में भी ठीक से काम करने तथा नाइट्रेट आयनों का सटीक पता लगाने का तरीका खोजना।"
टीम का समाधान सेंसर पर पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड की एक परत चढ़ाना था। एंड्रयूज़ के अनुसार, इस पदार्थ की दो प्रमुख विशेषताएँ हैं। पहली, इसमें लगभग 400 नैनोमीटर आकार के बहुत छोटे छिद्र होते हैं, जो नाइट्रेट आयनों को पार होने देते हैं और मिट्टी के कणों को रोकते हैं। दूसरी, यह हाइड्रोफिलिक है, यानी यह पानी को आकर्षित करता है और स्पंज की तरह उसे सोख लेता है।
"इसलिए कोई भी नाइट्रेट युक्त पानी हमारे सेंसर में आसानी से रिस जाएगा, जो वाकई महत्वपूर्ण है क्योंकि मिट्टी भी स्पंज की तरह होती है और अगर आप उतना पानी सोख नहीं पाते, तो सेंसर में नमी जाने की लड़ाई हार जाएँगे। मिट्टी की क्षमता," एंड्रयूज़ ने कहा। "पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड परत के ये गुण हमें नाइट्रेट युक्त पानी निकालने, उसे सेंसर की सतह तक पहुँचाने और नाइट्रेट का सटीक पता लगाने में मदद करते हैं।"
शोधकर्ताओं ने मार्च 2024 में एडवांस्ड मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी पत्रिका में प्रकाशित एक पेपर में अपनी प्रगति का विवरण दिया।
टीम ने विस्कॉन्सिन से संबंधित दो अलग-अलग मिट्टी के प्रकारों पर अपने सेंसर का परीक्षण किया - रेतीली मिट्टी, जो राज्य के उत्तर-मध्य भागों में आम है, और गादयुक्त दोमट मिट्टी, जो दक्षिण-पश्चिमी विस्कॉन्सिन में आम है - और पाया कि सेंसर ने सटीक परिणाम दिए।
शोधकर्ता अब अपने नाइट्रेट सेंसर को एक बहुक्रियाशील सेंसर प्रणाली में एकीकृत कर रहे हैं जिसे वे "सेंसर स्टिकर" कहते हैं, जिसमें तीन अलग-अलग प्रकार के सेंसर एक लचीली प्लास्टिक सतह पर चिपकने वाले बैकिंग का उपयोग करके लगाए जाते हैं। इन स्टिकर में आर्द्रता और तापमान सेंसर भी होते हैं।
शोधकर्ता एक खंभे पर कई संवेदी स्टिकर लगाएँगे, उन्हें अलग-अलग ऊँचाई पर रखेंगे और फिर खंभे को मिट्टी में गाड़ देंगे। इस व्यवस्था से उन्हें अलग-अलग मिट्टी की गहराई पर माप लेने में मदद मिली।
एंड्रयूज ने कहा, "विभिन्न गहराई पर नाइट्रेट, नमी और तापमान को मापकर, अब हम नाइट्रेट निक्षालन प्रक्रिया को माप सकते हैं और समझ सकते हैं कि नाइट्रेट मिट्टी के माध्यम से कैसे आगे बढ़ता है, जो पहले संभव नहीं था।"
2024 की गर्मियों में, शोधकर्ताओं ने सेंसर का आगे परीक्षण करने के लिए हैनकॉक कृषि अनुसंधान स्टेशन और विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय के अर्लिंग्टन कृषि अनुसंधान स्टेशन की मिट्टी में 30 सेंसर छड़ें लगाने की योजना बनाई है।
पोस्ट करने का समय: जुलाई-09-2024