Måling af jordens makronæringsstoffer med en tunge

Hvordan måler man makronæringsstoffer i jorden?

Heldigvis er der ingen, der behøver at slikke på jorden for at måle næringsindholdet i den.

Forskere som Dr. Maria L. Braunger og Dr. Antonio Riul Jr. arbejder på en elektronisk tunge til at gøre det. Begge forskere udvikler nye strategier og apparater til at håndtere måling af næringsstoffer i jorden.

Men hvordan fungerer dette apparat, og hvorfor er der et behov for at måle jordens næringsstoffer?

Som Dr. Braunger og Dr. Riul sagde i deres arbejde: "Den stigende globale efterspørgsel på fødevarer uden at øge det produktive areal kræver bedre udnyttelse af landbrugs- og naturressourcer, hvilket indebærer, at udviklingen af bedre værktøjer til præcisionslandbrug bør undgå overdreven brug af pesticider og gødning. I denne sammenhæng er meget detaljerede oplysninger om jordbundskarakterisering vigtige for jordbundsforvaltning og afgrødeproduktivitet, når man beskæftiger sig med præcisionslandbrug."

Hvad du har brug for at vide

Når man dyrker grøntsager, er det nødvendigt med mineralske næringsstoffer for at sikre afgrødernes udvikling.

Der er to typer mineralske næringsstoffer, mikronæringsstoffer og makronæringsstoffer, og denne opdeling korrelerer ikke med større eller mindre nødvendighed, men med den mængde, afgrøden har brug for.

Tjek ud Mind the Graph Gallery for illustrationer relateret til jord. Klik på billedet nedenfor!

illustrationer relateret til jord fra Mind the Graph

En forklaring på, at makronæringsstoffer er nødvendige i store mængder, er, at de spiller en strukturel rolle, er til stede i de små dele af DNA (deoxyribonukleinsyre) og RNA (ribonukleinsyre), i enzymatisk aktivering og fotosyntese.

Seks kemiske grundstoffer betragtes som makronæringsmineraler: Kvælstof (N), fosfor (P), kalium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) og svovl (S).

Præcisionslandbrug står for at have de rigtige mængder af makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer i jorden, og forfatterne understreger vigtigheden af at bevare en sund jord.

Denne tilgang til landbruget vil tage alle tilgængelige data i betragtning for at forbedre effektiviteten, produktiviteten og bæredygtigheden af produktionen i landdistrikterne. Grøntsagerne har forskellige behov, og jorden skal forsyne dem med alle de næringsstoffer, der er nødvendige for en sund vækst. Men mængden af næringsstoffer er ikke synlig for det menneskelige øje i jorden, og derfor skal den måles.

Nutidens teknologi måler jordens næringsstoffer ved at sende prøver til et specialiseret laboratorium for langsom og dyr kemisk analyse. Forfatterens elektroniske tunge (e-tongue) er et topmoderne apparat, der inden længe lover en lokal, hurtig og billig analyse.

Men hvad er en e-tunge, og hvordan smager den på jorden?

Den menneskelige smagsopfattelse involverer smagsløg, der registrerer salt, surt, bittert, sødt og umami. Smagsreceptorcellerne i smagsløgene er ansvarlige for at reagere med de ioner, der findes i fødevarerne opløst i spyt.

Cellerne sender en enorm mængde elektrisk information om smagen til hjernen.

E-tungen er en enhed, der efterligner den menneskelige modpart, og den består generelt af en række sensorenheder, der simulerer smagsløgene. Kort fortalt kan føleenhederne, når de nedsænkes i en væske, mærke variationer i det ydre miljø gennem ændringer i deres elektriske egenskaber.

Enheden

For at måle en jordprøve skal jorden opløses i vand og føres gennem et array med fire sensorer.

Prøven fungerer som et dielektrisk medium og sensoren som en parallelpladekondensator. Ioner i prøven, der passerer gennem sensorenheden, ændrer impedansen forskelligt, afhængigt af den elektriske karakter af de materialer, der udgør hver sensorenhed.

Forskellen i den elektriske respons genererer et fingeraftryk af den analyserede prøve. De kapacitive impedansdata for en sensor indsamles ved et frekvenssweep mellem 1 Hz og 1 MHz af et sinusformet signal med en amplitude på 25 mV.

Ved at betragte variationen af alle sensorenheder sammen og anvende en matematisk behandling, er det muligt at få et målepunkt for en prøve i et 2D-plot.

Den næste udfordring

Indtil videre har e-tungen måske et kvalitativt svar, og udfordringen i dag er en kvantitativ måling af, hvor meget kalium (for eksempel) der er til stede i en jordprøve.

Et alternativ er at have en standardjord (f.eks. rig på kalium), og metoden vil sige, hvor langt prøven er fra denne standard og estimere kaliummængden i jordprøven. At have en standard for hvert makronæringsstof gør det muligt at kontrollere, om en prøve er for tæt eller for langt (henholdsvis fattig eller rig) fra hver enkelt.

Ved at have e-tungerespons og dermed kende balancen af næringsstoffer i jorden kan en landmand styre jordkorrektionen ved at vælge den rigtige gødning i et bestemt område og dermed reducere spildet ved et blindt valg.

At reducere spild og forbedre produktiviteten er målet med præcisionslandbrug, og med denne enhed ønsker Dr. Braunger og Dr. Raul at hjælpe præcisionslandbrug med en enhed, der er billig, enkel, hurtig og bruges på stedet. Vi håber snart at have e-tunger, der kan hjælpe landmænd i fremtidens landbrug.

____________

Som Dr. Braunger og Dr. Raul hjælper landmænd, Mind the Graph kan hjælpe dig med at forberede en opgave eller præsentation med masser af illustrationskategorier, hvor du kan finde alt, hvad du har brug for.

Og vi er her for at hjælpe dig, hvis du har brug for noget andet. Log ind på din konto og send os en besked i feltet REQUEST AN ICON.