Gallai synwyryddion pridd newydd wella effeithlonrwydd ffrwythloni cnydau

Defnyddir gwrtaith sy'n cynnwys nitrogen i gynyddu cynhyrchiant bwyd, ond gall eu hallyriadau lygru'r amgylchedd.Er mwyn gwneud y defnydd gorau o adnoddau, cynyddu cynnyrch amaethyddol, a lleihau risgiau amgylcheddol, mae'n hanfodol monitro priodweddau pridd yn barhaus ac mewn amser real, megis tymheredd y pridd ac allyriadau gwrtaith.Mae angen synhwyrydd aml-baramedr ar gyfer amaethyddiaeth glyfar neu fanwl i olrhain allyriadau nwy NOX a thymheredd y pridd ar gyfer y ffrwythloniad gorau.

Arweiniodd James L. Henderson, Athro Cyswllt Coffa Gwyddoniaeth Peirianneg a Mecaneg yn Penn State Huanyu “Larry” Cheng ddatblygiad synhwyrydd aml-baramedr sy'n gwahanu signalau tymheredd a nitrogen yn llwyddiannus i ganiatáu mesur cywir o bob un.

Dywedodd Cheng,“Ar gyfer ffrwythloni effeithlon, mae angen monitro cyflwr y pridd yn barhaus ac mewn amser real, yn benodol y defnydd o nitrogen a thymheredd y pridd.Mae hyn yn hanfodol ar gyfer gwerthuso iechyd cnydau, lleihau llygredd amgylcheddol, a hyrwyddo amaethyddiaeth gynaliadwy a manwl gywir.”

Nod yr astudiaeth yw defnyddio'r swm priodol ar gyfer y cnwd gorau.Gall cynhyrchiant y cnwd fod yn is nag y gallai fod os defnyddir mwy o nitrogen.Pan roddir gwrtaith yn ormodol, caiff ei wastraffu, gall planhigion losgi, a chaiff mygdarthau nitrogen gwenwynig ei ryddhau i'r amgylchedd.Gall ffermwyr gyrraedd y lefelau delfrydol o wrtaith ar gyfer twf planhigion gyda chymorth canfod lefel nitrogen yn gywir.

Dywedodd y cyd-awdur Li Yang, athro yn yr Ysgol Deallusrwydd Artiffisial ym Mhrifysgol Technoleg Hebei Tsieina,“Mae twf planhigion hefyd yn cael ei effeithio gan dymheredd, sy'n dylanwadu ar brosesau ffisegol, cemegol a microbiolegol yn y pridd.Mae monitro parhaus yn galluogi ffermwyr i ddatblygu strategaethau ac ymyriadau pan fo’r tymheredd yn rhy boeth neu’n rhy oer i’w cnydau.”

Yn ôl Cheng, anaml yr adroddir am fecanweithiau synhwyro sy'n gallu cael nwy nitrogen a mesuriadau tymheredd yn annibynnol ar ei gilydd.Gall nwyon a thymheredd achosi amrywiadau yn narlleniad gwrthiant y synhwyrydd, gan ei gwneud hi'n anodd gwahaniaethu rhyngddynt.

Creodd tîm Cheng synhwyrydd perfformiad uchel a all ganfod colled nitrogen yn annibynnol ar dymheredd y pridd.Mae'r synhwyrydd wedi'i wneud o ewyn graphene wedi'i ddopio â vanadium ocsid, a achosir gan laser, a darganfuwyd bod dopio cyfadeiladau metel mewn graphene yn gwella sensitifrwydd arsugniad a chanfod nwy.

Oherwydd bod pilen feddal yn amddiffyn y synhwyrydd ac yn atal treiddiad nwy nitrogen, mae'r synhwyrydd yn ymateb i newidiadau mewn tymheredd yn unig.Gellir defnyddio'r synhwyrydd hefyd heb amgáu ac ar dymheredd uwch.

Mae hyn yn caniatáu ar gyfer mesur y nwy nitrogen yn gywir trwy eithrio effeithiau lleithder cymharol a thymheredd y pridd.Gellir datgysylltu tymheredd a nwy nitrogen yn gyfan gwbl ac yn rhydd o ymyrraeth gan ddefnyddio synwyryddion caeedig a heb eu hamgáu.

Dywedodd yr ymchwilydd y gellid defnyddio datgysylltu newidiadau tymheredd ac allyriadau nwyon nitrogen i greu a gweithredu dyfeisiau amlfodd gyda mecanweithiau synhwyro datgysylltu ar gyfer amaethyddiaeth fanwl ym mhob tywydd.

Dywedodd Cheng, “Mae'r gallu i ganfod crynodiadau nitrogen ocsid isel iawn a newidiadau tymheredd bach ar yr un pryd yn paratoi'r ffordd ar gyfer datblygu dyfeisiau electronig amlfodd yn y dyfodol gyda mecanweithiau synhwyro datgysylltu ar gyfer amaethyddiaeth fanwl, monitro iechyd a chymwysiadau eraill.”

Ariannwyd ymchwil Cheng gan y Sefydliadau Iechyd Cenedlaethol, y Sefydliad Gwyddoniaeth Cenedlaethol, Penn State, a Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth Naturiol Tsieineaidd.