Pomiar makroskładników odżywczych w glebie za pomocą języka

Jak mierzyć zawartość makroskładników w glebie?

Na szczęście nikt nie musi lizać gleby, aby zmierzyć obecne w niej składniki odżywcze.

Naukowcy tacy jak Dr Maria L. Braunger oraz Dr Antonio Riul Jr pracują nad elektronicznym językiem, który to umożliwi. Obaj badacze opracowują nowe strategie i urządzenia do pomiaru składników odżywczych w glebie.

Ale jak działa to urządzenie i dlaczego istnieje zapotrzebowanie na pomiar składników odżywczych w glebie?

Jak powiedzieli dr Braunger i dr Riul w artykule ich praca: "Rosnące światowe zapotrzebowanie na żywność bez zwiększania powierzchni produkcyjnej wymaga lepszego wykorzystania zasobów rolnych i naturalnych, co oznacza, że rozwój lepszych narzędzi dla rolnictwa precyzyjnego powinien unikać nadmiernego stosowania pestycydów i nawozów. W tym kontekście szczegółowe informacje dotyczące charakterystyki gleby są ważne dla zarządzania glebą i wydajności upraw w przypadku rolnictwa precyzyjnego".

Co należy wiedzieć

W uprawie warzyw składniki mineralne są niezbędne do zapewnienia rozwoju plonów.

Istnieją dwa rodzaje mineralnych składników odżywczych, mikroelementy i makroelementy, podział ten nie koreluje z większą lub mniejszą istotnością, ale z ilością potrzebną uprawom.

Sprawdź Galeria Mind the Graph dla ilustracji związanych z glebą. Kliknij na obrazek poniżej!

ilustracje związane z glebą z Mind the Graph

Jednym z wyjaśnień zapotrzebowania na makroskładniki odżywcze w dużych ilościach jest fakt, że pełnią one rolę strukturalną, są obecne w małych częściach DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) i RNA (kwas rybonukleinowy), w aktywacji enzymatycznej i fotosyntezie.

Sześć pierwiastków chemicznych jest uważanych za makroskładniki mineralne: Azot (N), Fosfor (P), Potas (K), Wapń (Ca), Magnez (Mg) i Siarka (S).

Rolnictwo precyzyjne oznacza posiadanie odpowiednich ilości makro- i mikroelementów w glebie, a autorzy podkreślają znaczenie utrzymania zdrowej gleby.

Takie podejście do rolnictwa uwzględni wszystkie dostępne dane w celu poprawy wydajności, produktywności i zrównoważonego rozwoju produkcji wiejskiej. Warzywa mają różne potrzeby, a gleba powinna zapewnić im wszystkie składniki odżywcze niezbędne do zdrowego wzrostu. Jednak ilość składników odżywczych w glebie nie jest widoczna dla ludzkiego oka, dlatego należy ją zmierzyć.

Dzisiejsza technologia mierzy składniki odżywcze gleby, wysyłając próbki do specjalistycznego laboratorium w celu powolnej i kosztownej analizy chemicznej. Opracowany przez autora elektroniczny język (e-tongue) to najnowocześniejsze urządzenie, które w krótkim czasie obiecuje lokalną, szybką i tanią analizę.

Ale czym jest e-język i jak smakuje gleba?

Ludzka percepcja smaku obejmuje kubki smakowe wykrywające smaki słony, kwaśny, gorzki, słodki i umami. Komórki receptorów smaku w kubkach smakowych są odpowiedzialne za reagowanie z jonami obecnymi w produktach spożywczych rozpuszczonych w ślinie.

Komórki wysyłają do mózgu niezmierzone informacje elektryczne o smaku.

E-język jest urządzeniem naśladującym ludzki odpowiednik i zazwyczaj składa się z szeregu czujników symulujących kubki smakowe. Krótko mówiąc, po zanurzeniu w cieczy jednostki czujnikowe mogą wyczuwać zmiany w środowisku zewnętrznym poprzez zmiany ich charakterystyki elektrycznej.

Urządzenie

Aby zmierzyć próbkę gleby, należy ją rozpuścić w wodzie i przepuścić przez układ czterech czujników.

Próbka działa jako medium dielektryczne, a czujnik jako równoległy kondensator płytkowy. Jony obecne w próbce przechodzącej przez układ czujników zmieniają impedancję w różny sposób, zgodnie z elektryczną naturą materiałów tworzących każdą jednostkę czujnikową.

Różnica w odpowiedzi elektrycznej generuje odcisk palca analizowanej próbki. Dane impedancji pojemnościowej czujnika są pozyskiwane poprzez przemiatanie częstotliwości w zakresie od 1 Hz do 1 MHz sygnału sinusoidalnego o amplitudzie 25 mV.

Biorąc pod uwagę zmienność wszystkich jednostek czujnikowych razem i stosując obróbkę matematyczną, możliwe jest uzyskanie punktu pomiarowego dla próbki na płaszczyźnie 2D.

Kolejne wyzwanie

Jak dotąd e-tongue może mieć odpowiedź jakościową, a obecnie wyzwaniem jest ilościowy pomiar ilości potasu (na przykład) obecnego w próbce gleby.

Alternatywą jest posiadanie standardowej gleby (na przykład bogatej w potas), a metoda określi, jak daleko próbka jest od tego standardu, szacując ilość potasu w próbce gleby. Posiadanie standardu dla każdego makroskładnika odżywczego umożliwia sprawdzenie, czy próbka jest zbyt blisko lub zbyt daleko (odpowiednio uboga lub bogata) od każdego z nich.

figurka naukowa wykonana w Mind the Graph

Posiadanie reakcji e-tongue, a tym samym znajomość równowagi składników odżywczych w glebie, pozwala rolnikowi zarządzać korektą gleby poprzez wybór odpowiedniego nawozu w określonym regionie, zmniejszając w ten sposób straty wynikające ze ślepego wyboru.

Zmniejszenie marnotrawstwa i poprawa wydajności jest celem rolnictwa precyzyjnego, a dzięki temu urządzeniu dr Braunger i dr Raul chcą wspomóc rolnictwo precyzyjne za pomocą urządzenia taniego, prostego, szybkiego i używanego na miejscu. Mamy nadzieję, że wkrótce e-tongues pomogą rolnikom w rolnictwie przyszłości.

____________

Dr Braunger i dr Raul pomagają rolnikom, Mind the Graph może pomóc w przygotowaniu artykułu lub prezentacji z wieloma kategoriami ilustracji, w których można znaleźć wszystko, czego potrzebujesz.

Jesteśmy tutaj, aby pomóc, jeśli potrzebujesz czegokolwiek innego, po prostu zaloguj się na swoje konto i wyślij nam wiadomość w sekcji ŻĄDANIE IKONY.