Хөрс судлалын докторант Шуохао Цай Висконсины их сургуулийн Мэдисон Хэнкокийн хөдөө аж ахуйн судалгааны станцад хөрсний янз бүрийн гүнд хэмжилт хийх боломжийг олгодог олон үйлдэлт мэдрэгч бүхий наалт бүхий мэдрэгч саваа байрлуулжээ.
МАДИСОН - Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн инженерүүд Висконсины нийтлэг хөрсний төрлийн нитратын тасралтгүй, бодит цагийн хяналтыг хангах боломжтой хямд мэдрэгчийг бүтээжээ. Эдгээр хэвлэмэл цахилгаан химийн мэдрэгч нь фермерүүдэд шим тэжээлийн менежментийн талаар илүү мэдээлэлтэй шийдвэр гаргаж, эдийн засгийн үр өгөөжийг мэдрэхэд тусалдаг.
Харвардын их сургуулийн туслах профессор Жозеф Эндрюс хэлэхдээ "Манай мэдрэгчүүд тариаланчдад хөрснийхөө шим тэжээлийн байдал, ургамалд байгаа нитратын хэмжээг илүү сайн ойлгож, тэдэнд хэр хэмжээний бордоо хэрэгтэйг илүү нарийвчлалтай тодорхойлоход тусалдаг." Судалгааг Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн Механик инженерийн сургууль удирдан явуулсан. "Хэрэв тэд худалдаж авах бордооныхоо хэмжээг бууруулж чадвал томоохон фермүүдэд зардал хэмнэнэ."
Нитратууд нь газар тариалангийн өсөлтөд зайлшгүй шаардлагатай тэжээллэг бодис боловч илүүдэл нитратууд хөрснөөс уусч, гүний усанд ордог. Энэ төрлийн бохирдол нь бохирдсон худгийн ус ууж буй хүмүүст хортой бөгөөд байгаль орчинд хор хөнөөл учруулдаг. Судлаачдын шинэ мэдрэгчийг нитрат уусгах үйл явцыг хянах, түүний хор хөнөөлийг бууруулах шилдэг туршлагыг боловсруулахад туслах хөдөө аж ахуйн судалгааны хэрэгсэл болгон ашиглаж болно.
Хөрсний нитратыг хянах одоогийн аргууд нь хөдөлмөр их шаарддаг, өндөр өртөгтэй бөгөөд бодит цаг хугацааны мэдээлэл өгдөггүй. Тийм ч учраас хэвлэмэл электроникийн мэргэжилтэн Эндрюс ба түүний баг илүү сайн, хямд төсөр шийдлийг бий болгохоор зорьжээ.
Энэхүү төсөлд судлаачид нимгэн хальсан цахилгаан химийн мэдрэгчийн төрөл болох потенциометрийн мэдрэгчийг бүтээхийн тулд бэхэн хэвлэх процессыг ашигласан. Шингэн уусмал дахь нитратыг нарийн хэмжихийн тулд потенциометрийн мэдрэгчийг ихэвчлэн ашигладаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр мэдрэгчийг хөрсний орчинд ашиглахад ерөнхийдөө тохиромжгүй байдаг, учир нь хөрсний том хэсгүүд нь мэдрэгчийг зурж, үнэн зөв хэмжилт хийхээс сэргийлдэг.
Эндрюс хэлэхдээ, "Бидний шийдвэрлэх гэж оролдсон гол сорилт бол эдгээр цахилгаан химийн мэдрэгчийг хөрсний хүнд нөхцөлд зөв ажиллуулах, нитратын ионуудыг нарийн илрүүлэх арга замыг олох явдал байв" гэж Эндрюс хэлэв.
Багийн шийдэл нь мэдрэгч дээр поливинилиден фторын давхарга тавих явдал байв. Эндрюсийн хэлснээр энэ материал нь хоёр үндсэн шинж чанартай байдаг. Нэгдүгээрт, энэ нь 400 орчим нанометр хэмжээтэй маш жижиг нүхтэй бөгөөд хөрсний тоосонцорыг хааж нитратын ионыг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Хоёрдугаарт, энэ нь гидрофиль шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл усыг татаж, хөвөн шиг шингээдэг.
"Тиймээс нитратаар баялаг аливаа ус бидний мэдрэгч рүү нэвчих нь илүү чухал, учир нь хөрс нь хөвөн шиг бөгөөд хэрэв та ижил ус шингээж чадахгүй бол чийг мэдрэгч рүү ороход ялагдах болно. Хөрсний боломж" гэж Эндрюс хэлэв. "Поливинилидений хайлуур жоншны давхаргын эдгээр шинж чанарууд нь нитратаар баялаг усыг гаргаж авах, мэдрэгчийн гадаргууд хүргэх, нитратыг нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог."
Судлаачид 2024 оны 3-р сард Advanced Materials Technology сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлдээ ахиц дэвшлийн талаар дэлгэрэнгүй бичсэн байна.
Тус багийнхан өөрсдийн мэдрэгчийг Висконсин мужтай холбоотой хоёр өөр төрлийн хөрсөнд туршиж үзсэн бөгөөд энэ нь муж улсын төв хойд хэсэгт түгээмэл байдаг элсэрхэг хөрс болон Висконсин мужийн баруун өмнөд хэсэгт түгээмэл байдаг шавранцар шавранцар хөрсөнд туршилт хийж, мэдрэгчүүд үнэн зөв үр дүн гаргасныг тогтоожээ.
Судлаачид өөрсдийн нитрат мэдрэгчийг "мэдрэгч наалт" гэж нэрлэдэг олон үйлдэлт мэдрэгч системд нэгтгэж байгаа бөгөөд үүнд гурван өөр төрлийн мэдрэгчийг наалдамхай дэвсгэр ашиглан уян хуванцар гадаргуу дээр суурилуулсан байна. Мөн наалт нь чийгшил, температур мэдрэгчтэй.
Судлаачид хэд хэдэн мэдрэхүйн наалт нааж, өөр өөр өндөрт байрлуулж, дараа нь шороонд булна. Энэ тохиргоо нь хөрсний янз бүрийн гүнд хэмжилт хийх боломжийг олгосон.
Эндрюс хэлэхдээ "Нитрат, чийг, температурыг өөр өөр гүнд хэмжсэнээр бид нитрат уусгах үйл явцыг тоолж, нитрат хөрсөөр хэрхэн хөдөлж байгааг ойлгох боломжтой болсон" гэж Эндрюс хэлэв.
2024 оны зун судлаачид мэдрэгчийг цаашид туршихын тулд Висконсин-Мэдисоны их сургуулийн Ханкок хөдөө аж ахуйн судалгааны станц болон Арлингтоны хөдөө аж ахуйн судалгааны станцад хөрсөнд 30 мэдрэгчийн саваа байрлуулахаар төлөвлөж байна.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 7-р сарын 09-ний өдөр