कृषि प्रणालियों के लिए मिट्टी में तापमान और नाइट्रोजन के स्तर को मापना महत्वपूर्ण है।
नाइट्रोजन युक्त उर्वरकों का उपयोग खाद्य उत्पादन बढ़ाने के लिए किया जाता है, लेकिन इनके उत्सर्जन से पर्यावरण प्रदूषित हो सकता है। संसाधनों का अधिकतम उपयोग करने, कृषि उपज बढ़ाने और पर्यावरणीय जोखिमों को कम करने के लिए, मिट्टी के तापमान और उर्वरक उत्सर्जन जैसे मिट्टी के गुणों की निरंतर और वास्तविक समय पर निगरानी आवश्यक है। स्मार्ट या सटीक कृषि के लिए एक बहु-पैरामीटर सेंसर आवश्यक है जो सर्वोत्तम उर्वरक उपयोग के लिए नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOX) गैस उत्सर्जन और मिट्टी के तापमान पर नज़र रखता है।
जेम्स एल. हेंडरसन, जूनियर मेमोरियल, पेन स्टेट में इंजीनियरिंग विज्ञान और यांत्रिकी के एसोसिएट प्रोफेसर हुआनयु "लैरी" चेंग ने एक बहु-पैरामीटर सेंसर के विकास का नेतृत्व किया, जो तापमान और नाइट्रोजन संकेतों को सफलतापूर्वक अलग करता है, जिससे प्रत्येक का सटीक माप संभव हो पाता है।
चेंग ने कहा,"कुशल उर्वरक उपयोग के लिए, मिट्टी की स्थिति, विशेष रूप से नाइट्रोजन उपयोग और मिट्टी के तापमान की निरंतर और वास्तविक समय पर निगरानी आवश्यक है। यह फसल स्वास्थ्य का मूल्यांकन करने, पर्यावरण प्रदूषण को कम करने और टिकाऊ एवं सटीक कृषि को बढ़ावा देने के लिए आवश्यक है।"
अध्ययन का उद्देश्य सर्वोत्तम फसल उपज के लिए उचित मात्रा का उपयोग करना है। अधिक नाइट्रोजन के उपयोग से फसल का उत्पादन कम हो सकता है। जब उर्वरक का अत्यधिक उपयोग किया जाता है, तो वह बर्बाद हो जाता है, पौधे जल सकते हैं, और पर्यावरण में विषाक्त नाइट्रोजन धुआँ निकलता है। सटीक नाइट्रोजन स्तर का पता लगाकर किसान पौधों की वृद्धि के लिए उर्वरक के आदर्श स्तर तक पहुँच सकते हैं।
चीन के हेबेई प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय में आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस स्कूल के प्रोफेसर और सह-लेखक ली यांग ने कहा,पौधों की वृद्धि तापमान से भी प्रभावित होती है, जो मिट्टी में भौतिक, रासायनिक और सूक्ष्मजीवीय प्रक्रियाओं को प्रभावित करता है। निरंतर निगरानी किसानों को अपनी फसलों के लिए तापमान बहुत अधिक गर्म या बहुत अधिक ठंडा होने पर रणनीतियाँ और हस्तक्षेप विकसित करने में सक्षम बनाती है।
चेंग के अनुसार, ऐसे संवेदन तंत्र जो नाइट्रोजन गैस और तापमान मापों को एक-दूसरे से स्वतंत्र रूप से प्राप्त कर सकें, बहुत कम ही रिपोर्ट किए गए हैं। गैसें और तापमान दोनों ही सेंसर के प्रतिरोध रीडिंग में भिन्नताएँ पैदा कर सकते हैं, जिससे उनके बीच अंतर करना मुश्किल हो जाता है।
चेंग की टीम ने एक उच्च-प्रदर्शन सेंसर बनाया है जो मिट्टी के तापमान से स्वतंत्र रूप से नाइट्रोजन की कमी का पता लगा सकता है। यह सेंसर वैनेडियम ऑक्साइड-डोप्ड, लेज़र-प्रेरित ग्रैफीन फोम से बना है, और यह पाया गया है कि ग्रैफीन में डोपिंग धातु संकुल गैस अवशोषण और पहचान संवेदनशीलता में सुधार करते हैं।
चूँकि एक नरम झिल्ली सेंसर की सुरक्षा करती है और नाइट्रोजन गैस के प्रवेश को रोकती है, सेंसर पूरी तरह से तापमान में बदलाव पर प्रतिक्रिया करता है। सेंसर का उपयोग बिना किसी आवरण के और उच्च तापमान पर भी किया जा सकता है।
इससे सापेक्ष आर्द्रता और मिट्टी के तापमान के प्रभावों को छोड़कर नाइट्रोजन गैस का सटीक मापन संभव हो जाता है। संलग्न और असंपुटित सेंसरों का उपयोग करके तापमान और नाइट्रोजन गैस को पूरी तरह से और बिना किसी व्यवधान के अलग किया जा सकता है।
शोधकर्ता ने कहा कि तापमान परिवर्तन और नाइट्रोजन गैस उत्सर्जन को अलग करने का उपयोग सभी मौसम की स्थितियों में सटीक कृषि के लिए अलग-अलग संवेदन तंत्र के साथ मल्टीमॉडल उपकरणों को बनाने और लागू करने के लिए किया जा सकता है।
चेंग ने कहा, "अल्ट्रा-लो नाइट्रोजन ऑक्साइड सांद्रता और छोटे तापमान परिवर्तनों का एक साथ पता लगाने की क्षमता, सटीक कृषि, स्वास्थ्य निगरानी और अन्य अनुप्रयोगों के लिए अलग-अलग संवेदन तंत्र के साथ भविष्य के मल्टीमॉडल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास का मार्ग प्रशस्त करती है।"
चेंग के शोध को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान, राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन, पेन स्टेट और चीनी राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
जर्नल संदर्भ:
ली यांग। चुइझोउ मेंग, आदि। वैनेडियम ऑक्साइड-डोप्ड लेज़र-प्रेरित ग्राफीन मल्टी-पैरामीटर सेंसर, मृदा नाइट्रोजन हानि और तापमान को अलग करने के लिए। एडवांस मटेरियल। DOI: 10.1002/adma.202210322
पोस्ट करने का समय: 10-अप्रैल-2023