Hur mäter man makronäringsämnen i jorden?
Lyckligtvis behöver ingen slicka på jorden för att mäta de näringsämnen som finns i den.
Forskare som Dr. Maria L. Braunger och Dr Antonio Riul Jr arbetar på en elektronisk tunga för att göra detta. Båda forskarna utvecklar nya strategier och anordningar för att hantera mätningar av näringsämnen i marken.
Men hur fungerar den här apparaten och varför finns det en efterfrågan på att mäta näringsämnen i marken?
Som Dr. Braunger och Dr. Riul sade i deras arbete: "Den växande globala efterfrågan på livsmedel utan att öka den produktiva arealen kräver bättre användning av jordbruks- och naturresurser, vilket innebär att utvecklingen av bättre verktyg för precisionsjordbruk bör undvika överdriven användning av bekämpningsmedel och gödselmedel. I detta sammanhang är detaljerad information för markkarakterisering viktig för markförvaltning och grödornas produktivitet när man arbetar med precisionsjordbruk."
Vad du behöver veta
Vid odling av grönsaker krävs mineralnäringsämnen för att säkerställa grödans utveckling.
Det finns två typer av mineralnäringsämnen, mikronäringsämnen och makronäringsämnen, och denna uppdelning korrelerar inte med större eller mindre väsentlighet, utan med den mängd som grödan behöver.
Kolla upp Mind the Graph Galleri för illustrationer relaterade till jord. Klicka på bilden nedan!
En förklaring till att makronäringsämnen behövs i stora mängder är att de har en strukturell roll, finns i de små delarna av DNA (deoxiribonukleinsyra) och RNA (ribonukleinsyra), vid enzymatisk aktivering och fotosyntes.
Sex kemiska element betraktas som makronäringsmineraler: Kväve (N), fosfor (P), kalium (K), kalcium (Ca), magnesium (Mg) och svavel (S).
Precisionsjordbruk innebär att man har rätt mängder av makronäringsämnen och mikronäringsämnen i jorden, och författarna framhåller vikten av att bibehålla en frisk jord.
Denna jordbruksstrategi kommer att ta hänsyn till alla tillgängliga uppgifter för att förbättra effektiviteten, produktiviteten och hållbarheten i landsbygdsproduktionen. Grönsakerna har olika behov och jorden bör förse dem med alla näringsämnen som krävs för en sund tillväxt. Men mängden näringsämnen i jorden är inte synlig för det mänskliga ögat och därför måste den mätas.
Dagens teknik mäter jordens näringsämnen genom att skicka prover till ett specialiserat laboratorium för långsam och dyr kemisk analys. Författarens elektroniska tunga (e-tongue) är en toppmodern enhet som inom kort utlovar en lokal, snabb och billig analys.
Men vad är en e-tunga och hur smakar den på jorden?
Människans smakuppfattning innebär att smaklökarna känner av salt, surt, bittert, sött och umami. Smakreceptorcellerna i smaklökarna reagerar med joner som finns i livsmedel upplösta i saliv.
Cellerna skickar elektrisk information om smaken till hjärnan.
E-tongue är en enhet som efterliknar den mänskliga motsvarigheten, och den består i allmänhet av en uppsättning sensorenheter som simulerar smaklökarna. Kortfattat kan man säga att när sensorenheterna är nedsänkta i en vätska kan de känna av variationer i den yttre miljön genom förändringar i sina elektriska egenskaper.
Enheten
För att mäta ett jordprov ska jorden lösas upp i vatten och passera genom en fyrsensorsuppsättning.
Provet fungerar som ett dielektriskt medium och sensorn som en parallellplåtskondensator. Joner i provet som passerar genom sensormatrisen ändrar impedansen på olika sätt, beroende på den elektriska karaktären hos de material som utgör varje sensorenhet.
Skillnaden i den elektriska responsen genererar ett fingeravtryck av det analyserade provet. Data för en sensors kapacitiva impedans erhålls genom ett frekvenssvep mellan 1 Hz och 1 MHz av en sinusformad signal med 25 mV amplitud.
Om man beaktar variationen för alla sensorenheter tillsammans och tillämpar en matematisk behandling, är det möjligt att få en mätpunkt för ett prov i en 2D-planritning.
Nästa utmaning
Hittills har e-tungan kanske gett ett kvalitativt svar, och utmaningen i dag är en kvantitativ mätning av hur mycket kalium (till exempel) som finns i ett jordprov.
Ett alternativ är att ha en standardjord (t.ex. rik på kalium) och metoden kommer att säga hur långt provet är från denna standard och uppskatta kaliummängden i jordprovet. Att ha en standard för varje makronäringsämne gör det möjligt att kontrollera om ett prov ligger för nära eller för långt (fattigt respektive rikt) från var och en av dem.
Genom att ha e-tungans svar och därmed känna till balansen av näringsämnen i jorden kan en jordbrukare hantera jordkorrigeringen genom att välja rätt gödningsmedel i en specifik region och därmed minska avfallet från ett blint val.
Att minska avfallet och förbättra produktiviteten är målet med precisionsjordbruk, och med denna enhet vill Dr. Braunger och Dr. Raul hjälpa precisionsjordbruket med en enhet som är billig, enkel, snabb och som används på plats. Vi hoppas att e-tungor snart kommer att hjälpa jordbrukare i framtidens jordbruk.
____________
Eftersom Dr. Braunger och Dr. Raul hjälper jordbrukare, Mind the Graph kan hjälpa dig att förbereda en uppsats eller presentation med massor av illustrationskategorier där du kan hitta allt du behöver.
Och vi finns här för att hjälpa dig om du behöver något annat, bara logga in på ditt konto och skicka ett meddelande till oss i REQUEST AN ICON.
Prenumerera på vårt nyhetsbrev
Exklusivt innehåll av hög kvalitet om effektiv visuell
kommunikation inom vetenskap.
Swedish 
English 
Chinese 
Czech 
Dutch 
French 
German 
Italian 
Indonesian 
Japanese 
Korean 
Polish 
Portuguese 
Russian 
Spanish 
Turkish 
Ukrainian 
Romanian 
Bulgarian 
Finnish 
Greek 
Hungarian 
Norwegian 
Danish 
Estonian 
Slovenian 
Lithuanian 
Latvian 
Slovak