Gallai synwyryddion pridd newydd wella effeithlonrwydd ffrwythloni cnydau

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

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

Dywedodd Cheng,"Er mwyn gwrteithio'n 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 cynnyrch 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 mygdarth nitrogen gwenwynig ei ryddhau i'r amgylchedd. Gall ffermwyr gyrraedd y lefelau delfrydol o wrtaith ar gyfer twf planhigion gyda chymorth canfod lefel nitrogen cywir.

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

Yn ôl Cheng, anaml y ceir adroddiadau am fecanweithiau synhwyro sy'n gallu cael mesuriadau nwy nitrogen a thymheredd 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 graffin wedi'i dopio ag ocsid fanadiwm, wedi'i ysgogi gan laser, ac mae wedi'i ddarganfod bod dopio cyfadeiladau metel mewn graffin yn gwella amsugno nwy a sensitifrwydd canfod.

Gan fod pilen feddal yn amddiffyn y synhwyrydd ac yn atal treiddiad nwy nitrogen, dim ond i newidiadau mewn tymheredd y mae'r synhwyrydd yn ymateb. Gellir defnyddio'r synhwyrydd hefyd heb ei gapsiwleiddio ac ar dymheredd uwch.

Mae hyn yn caniatáu mesuriad cywir o'r nwy nitrogen drwy eithrio effeithiau lleithder cymharol a thymheredd y pridd. Gellir datgysylltu tymheredd a nwy nitrogen yn llwyr a heb ymyrraeth gan ddefnyddio'r synwyryddion caeedig a heb eu capsiwleiddio.

Dywedodd yr ymchwilydd y gellid defnyddio datgysylltu newidiadau tymheredd ac allyriadau nwy nitrogen i greu a gweithredu dyfeisiau amlfoddol gyda mecanweithiau synhwyro wedi'u datgysylltu ar gyfer amaethyddiaeth fanwl gywir ym mhob tywydd.

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

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