Вимірювання макроелементів ґрунту за допомогою язичка

Як виміряти вміст макроелементів у ґрунті?

На щастя, нікому не потрібно лизати ґрунт, щоб виміряти вміст поживних речовин у ньому.

Такі вчені, як Доктор Марія Л. Браунгер і Доктор Антоніо Ріуль-молодший працюють над створенням електронного язика для цього. Обидва дослідники розробляють нові стратегії та пристрої для вимірювання поживних речовин у ґрунті.

Але як працює цей пристрій і чому існує попит на вимірювання поживних речовин у ґрунті?

Як зазначають д-р Браунгер та д-р Ріуль у статті їхню роботу: "Зростаючий світовий попит на продовольство без збільшення виробничих площ вимагає кращого використання сільськогосподарських і природних ресурсів, що означає, що розробка кращих інструментів для точного землеробства повинна уникати надмірного використання пестицидів і добрив. У цьому контексті високодеталізована інформація для характеристики ґрунту є важливою для управління ґрунтами та продуктивністю сільськогосподарських культур при застосуванні точного землеробства".

Що потрібно знати

При вирощуванні овочів для забезпечення розвитку врожаю необхідні мінеральні поживні речовини.

Існує два типи мінеральних поживних речовин: мікроелементи та макроелементи, цей поділ не співвідноситься з більшою чи меншою необхідністю, а з кількістю, необхідною для культури.

Поглянь. Mind the Graph Галерея для ілюстрацій, пов'язаних з ґрунтом. Натисніть на зображення нижче!

ілюстрації, пов'язані з ґрунтом з Mind the Graph

Одне з пояснень того, що макроелементи потрібні у великих кількостях, полягає в тому, що вони відіграють структурну роль, присутні в невеликих частинах ДНК (дезоксирибонуклеїнової кислоти) і РНК (рибонуклеїнової кислоти), у ферментативній активації та фотосинтезі.

Шість хімічних елементів вважаються макроелементами в мінералах: Азот (N), Фосфор (P), Калій (K), Кальцій (Ca), Магній (Mg) і Сірка (S).

Точне землеробство означає наявність у ґрунті потрібної кількості макро- та мікроелементів, і автори наголошують на важливості підтримання здорового ґрунту.

Такий підхід до сільського господарства враховує всі наявні дані для підвищення ефективності, продуктивності та сталості сільського виробництва. Овочі мають різні потреби, і ґрунт повинен забезпечувати їх усіма поживними речовинами, необхідними для здорового росту. Але кількість поживних речовин у ґрунті невидима для людського ока, тому її потрібно вимірювати.

Сучасні технології вимірюють вміст поживних речовин у ґрунті, відправляючи зразки до спеціалізованої лабораторії для повільного і дорогого хімічного аналізу. Авторський електронний язичок (е-язичок) - це найсучасніший пристрій, який обіцяє в недалекому майбутньому локальний, швидкий і дешевий аналіз.

Але що таке електронний язик і як він відчуває смак ґрунту?

Сприйняття смаку людиною відбувається за допомогою смакових рецепторів, які розрізняють солоний, кислий, гіркий, солодкий та умамі смаки. Клітини смакових рецепторів у смакових рецепторах відповідають за реакцію з іонами, присутніми в харчових продуктах, розчиненими в слині.

Клітини надсилають у мозок безмежності електричну інформацію про смак.

Електронний язик - це пристрій, що імітує людський аналог, і, як правило, складається з масиву сенсорних блоків, що імітують смакові рецептори. Коротко кажучи, при зануренні в рідину сенсорні блоки можуть відчувати зміни у зовнішньому середовищі через зміни своїх електричних характеристик.

Пристрій

Щоб виміряти зразок ґрунту, його розчиняють у воді і пропускають через масив з чотирьох датчиків.

Зразок діє як діелектричне середовище, а датчик - як паралельний пластинчастий конденсатор. Іони, присутні в зразку, проходячи через сенсорну матрицю, змінюють імпеданс по-різному, відповідно до електричної природи матеріалів, що утворюють кожну сенсорну одиницю.

Різниця в електричному відгуку генерує відбиток аналізованого зразка. Дані ємнісного імпедансу датчика отримують шляхом розгортки частоти між 1 Гц і 1 МГц синусоїдального сигналу з амплітудою 25 мВ.

Враховуючи варіацію всіх датчиків разом і застосовуючи математичну обробку, можна отримати точку вимірювання для зразка на 2D-площині.

Наступний виклик

Поки що електронний язик може давати якісну відповідь, а викликом сьогодення є кількісне вимірювання кількості калію (наприклад, у зразку ґрунту).

Альтернативою є наявність стандартного ґрунту (наприклад, багатого на калій), і метод покаже, наскільки далеко зразок знаходиться від цього стандарту, оцінюючи кількість калію в зразку ґрунту. Наявність стандарту для кожного макроелемента дозволяє перевірити, чи зразок знаходиться занадто близько або занадто далеко (бідний або багатий, відповідно) від нього.

наукова фігура, виконана в Mind the Graph

Маючи відповідь електронного язика і, таким чином, знаючи баланс поживних речовин у ґрунті, фермер може керувати корекцією ґрунту, обираючи правильне добриво для конкретного регіону, таким чином зменшуючи втрати від сліпого вибору.

Зменшення відходів та підвищення продуктивності є метою точного землеробства, і за допомогою цього пристрою д-р Браунгер та д-р Рауль хочуть допомогти точному землеробству за допомогою недорогого, простого, швидкого і використовуваного на місці пристрою. Ми сподіваємося, що незабаром електронні язики допоможуть фермерам у сільському господарстві майбутнього.

____________

Як доктор Браунгер і доктор Рауль допомагають фермерам, Mind the Graph допоможе вам підготувати доповідь або презентацію з великою кількістю категорій ілюстрацій, де ви зможете знайти все необхідне.

І ми тут, щоб допомогти вам, якщо вам потрібно щось ще, просто увійдіть до свого облікового запису і надішліть нам повідомлення в розділі ЗАПРОСИТИ ІКОНКУ.