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 प्रदूषण 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 में निगरानी करना आवश्यक है। सर्वोत्तम उर्वरक प्रयोग के लिए NOX गैस उत्सर्जन और मिट्टी के तापमान पर नज़र रखने हेतु स्मार्ट या सटीक कृषि के लिए एक बहु-पैरामीटर सेंसर आवश्यक है।
पेन स्टेट यूनिवर्सिटी में इंजीनियरिंग विज्ञान और यांत्रिकी के जेम्स एल. हेंडरसन, जूनियर मेमोरियल एसोसिएट प्रोफेसर हुआन्यु "लैरी" चेंग ने एक बहु-पैरामीटर सेंसर के विकास का नेतृत्व किया जो तापमान और नाइट्रोजन संकेतों को सफलतापूर्वक अलग करता है ताकि प्रत्येक का सटीक माप संभव हो सके।
चेंग ने कहा,“कुशल उर्वरक प्रयोग के लिए, मिट्टी की स्थितियों, विशेष रूप से नाइट्रोजन के उपयोग और मिट्टी के तापमान की निरंतर और वास्तविक समय में निगरानी की आवश्यकता है। यह फसल के स्वास्थ्य का मूल्यांकन करने, पर्यावरण प्रदूषण को कम करने और टिकाऊ एवं सटीक कृषि को बढ़ावा देने के लिए आवश्यक है।”
इस अध्ययन का उद्देश्य सर्वोत्तम फसल पैदावार के लिए उचित मात्रा में उर्वरक का प्रयोग करना है। अधिक नाइट्रोजन के प्रयोग से फसल की पैदावार कम हो सकती है। उर्वरक का अत्यधिक प्रयोग करने से वह बर्बाद हो जाता है, पौधे जल सकते हैं और विषाक्त नाइट्रोजन गैसें पर्यावरण में फैल जाती हैं। सटीक नाइट्रोजन स्तर निर्धारण की सहायता से किसान पौधों की वृद्धि के लिए उर्वरक के आदर्श स्तर तक पहुँच सकते हैं।
चीन के हेबेई प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के कृत्रिम बुद्धिमत्ता विभाग के प्रोफेसर और सह-लेखक ली यांग ने कहा,“पौधों की वृद्धि तापमान से भी प्रभावित होती है, जो मिट्टी में होने वाली भौतिक, रासायनिक और सूक्ष्मजैविक प्रक्रियाओं को प्रभावित करता है। निरंतर निगरानी से किसानों को ऐसी रणनीतियाँ और उपाय विकसित करने में मदद मिलती है जब तापमान उनकी फसलों के लिए बहुत अधिक या बहुत कम हो।”
चेंग के अनुसार, नाइट्रोजन गैस और तापमान को एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से मापने में सक्षम संवेदन तंत्रों के बारे में बहुत कम जानकारी मिलती है। गैस और तापमान दोनों ही सेंसर के प्रतिरोध माप में बदलाव ला सकते हैं, जिससे उनमें अंतर करना मुश्किल हो जाता है।
चेंग की टीम ने एक उच्च-प्रदर्शन वाला सेंसर बनाया है जो मिट्टी के तापमान से स्वतंत्र रूप से नाइट्रोजन की कमी का पता लगा सकता है। यह सेंसर वैनेडियम ऑक्साइड-मिश्रित, लेजर-प्रेरित ग्राफीन फोम से बना है, और यह पाया गया है कि ग्राफीन में धातु कॉम्प्लेक्स मिलाने से गैस अवशोषण और पता लगाने की संवेदनशीलता में सुधार होता है।
क्योंकि एक नरम झिल्ली सेंसर की रक्षा करती है और नाइट्रोजन गैस के प्रवेश को रोकती है, इसलिए सेंसर केवल तापमान में परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करता है। सेंसर को बिना आवरण के और उच्च तापमान पर भी इस्तेमाल किया जा सकता है।
इससे सापेक्ष आर्द्रता और मिट्टी के तापमान के प्रभावों को हटाकर नाइट्रोजन गैस का सटीक मापन संभव हो पाता है। संलग्न और खुले सेंसरों का उपयोग करके तापमान और नाइट्रोजन गैस को पूरी तरह से और बिना किसी हस्तक्षेप के अलग किया जा सकता है।
शोधकर्ता ने कहा कि तापमान परिवर्तन और नाइट्रोजन गैस उत्सर्जन को अलग-अलग करके, सभी मौसम स्थितियों में सटीक कृषि के लिए अलग-अलग संवेदन तंत्र वाले बहु-मॉडल उपकरणों का निर्माण और कार्यान्वयन किया जा सकता है।
चेंग ने कहा, "अत्यंत कम नाइट्रोजन ऑक्साइड सांद्रता और तापमान में छोटे बदलावों का एक साथ पता लगाने की क्षमता, सटीक कृषि, स्वास्थ्य निगरानी और अन्य अनुप्रयोगों के लिए अलग-अलग संवेदन तंत्र वाले भविष्य के बहुआयामी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास का मार्ग प्रशस्त करती है।"
चेंग के शोध को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ, नेशनल साइंस फाउंडेशन, पेन स्टेट और चीनी राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
जर्नल संदर्भ:
ली यांग, चुइझोउ मेंग, आदि। वैनेडियम ऑक्साइड-मिश्रित लेजर-प्रेरित ग्राफीन बहु-पैरामीटर सेंसर, मृदा नाइट्रोजन हानि और तापमान के बीच संबंध स्थापित करने के लिए। एडवांस मटेरियल। DOI: 10.1002/adma.202210322
पोस्ट करने का समय: 10 अप्रैल 2023