Shuohao Cai lurzoruaren zientzietako doktoregoko ikasleak sentsore-haga bat jartzen du lurzoruan sakonera desberdinetan neurketak egiteko aukera ematen duen funtzio anitzeko sentsore-eranskailu batekin, Wisconsin-eko Unibertsitateko Madison Hancock Nekazaritza Ikerketa Estazioan.
MADISON — Wisconsin-Madison Unibertsitateko ingeniariek kostu txikiko sentsoreak garatu dituzte, Wisconsin-eko lurzoru mota ohikoenetan nitratoen jarraipena denbora errealean egin dezaketenak. Inprimatutako sentsore elektrokimiko hauek nekazariei mantenugaien kudeaketari buruzko erabaki informatuagoak hartzen eta onura ekonomikoak lortzen lagun diezaiekete.
«Gure sentsoreek nekazariei hobeto ulertzen diete lurzoruaren nutrizio-egoera eta landareek duten nitrato-kopurua, eta horrela, zehatzago erabakitzen lagundu diezaiekete zenbat ongarri behar duten», esan du Joseph Andrewsek, Harvard Unibertsitateko irakasle laguntzaileak. Ikerketa Wisconsin-Madison Unibertsitateko Ingeniaritza Mekanikoko Eskolak zuzendu du. «Erosten duten ongarri kopurua murriztu badezakete, aurrezpena nabarmena izan daiteke baserri handientzat».
Nitratoak ezinbesteko mantenugaiak dira laboreen hazkuntzarako, baina gehiegizko nitratoak lurzorutik iragaz daitezke eta lurpeko uretara sar daitezke. Kutsadura mota hau kaltegarria da kutsatutako putzuetako ura edaten duten pertsonentzat eta kaltegarria da ingurumenarentzat. Ikertzaileen sentsore berria nekazaritza ikerketarako tresna gisa ere erabil liteke nitratoen lixibiazioa kontrolatzeko eta haren ondorio kaltegarriak arintzeko jardunbide egokiak garatzen laguntzeko.
Lurzoruko nitratoen monitorizaziorako egungo metodoak lan-intentsiboak, garestiak eta ez dute denbora errealeko daturik ematen. Horregatik, Andrews elektronika inprimatuaren adituak eta bere taldeak irtenbide hobea eta merkeagoa sortzea erabaki zuten.
Proiektu honetan, ikertzaileek tinta-inprimaketa prozesu bat erabili zuten sentsore potentziometriko bat sortzeko, film meheko sentsore elektrokimiko mota bat. Sentsore potentziometrikoak sarritan erabiltzen dira nitratoak zehaztasunez neurtzeko disoluzio likidoetan. Hala ere, sentsore hauek, oro har, ez dira egokiak lurzoru-inguruneetan erabiltzeko, lurzoruko partikula handiek sentsoreak urratu eta neurketa zehatzak eragotzi ditzaketelako.
«Konpontzen saiatzen ari ginen erronka nagusia sentsore elektrokimiko hauek lurzoruaren baldintza gogorretan behar bezala funtziona zezaten eta nitrato ioiak zehaztasunez detektatzeko modu bat aurkitzea zen», esan zuen Andrewsek.
Taldearen irtenbidea sentsorearen gainean polibinilideno fluoruro geruza bat jartzea izan zen. Andrewsen arabera, material honek bi ezaugarri nagusi ditu. Lehenik eta behin, oso poro txikiak ditu, 400 nanometro ingurukoak, eta horiek nitrato ioiak igarotzea ahalbidetzen dute lurzoruko partikulak blokeatzen dituzten bitartean. Bigarrenik, hidrofilikoa da, hau da, ura erakartzen du eta belaki baten moduan xurgatzen du.
«Beraz, nitratoetan aberatsa den edozein ura lehentasunez gure sentsoreetara iragaziko da, eta hori oso garrantzitsua da, lurzorua ere belaki baten antzekoa baita eta sentsorera hezetasuna sartzearen borroka galduko duzu uraren xurgapen bera lortzen ez baduzu. Lurzoruaren potentziala», esan zuen Andrewsek. «Polibinilideno fluoruro geruzaren propietate hauek nitratoetan aberatsa den ura ateratzeko, sentsorearen gainazalera eramateko eta nitratoa zehaztasunez detektatzeko aukera ematen digute».
Ikertzaileek beren aurrerapena zehaztu zuten 2024ko martxoan Advanced Materials Technology aldizkarian argitaratutako artikulu batean.
Taldeak bere sentsorea Wisconsin-ekin lotutako bi lurzoru mota desberdinetan probatu zuen —estatuko ipar-erdialdeko lekuetan ohikoak diren lurzoru hareatsuetan eta Wisconsin hego-mendebaldean ohikoak diren lurzoru limotsuetan— eta sentsoreek emaitza zehatzak eman zituztela ikusi zuen.
Ikertzaileek nitrato sentsorea "sentsore-eranskailua" deitzen duten sentsore-sistema multifuntzional batean integratzen ari dira orain, non hiru sentsore mota desberdin itsasgarri baten euskarria erabiliz plastikozko gainazal malgu batean muntatzen diren. Eranskailuek hezetasun eta tenperatura sentsoreak ere badituzte.
Ikertzaileek hainbat eranskailu sentsorial itsatsiko dizkiote poste bati, altuera desberdinetan jarriko dituzte eta, ondoren, postea lurzoruan lurperatuko dute. Konfigurazio honek lurzoruaren sakonera desberdinetan neurketak egiteko aukera eman die.
«Nitratoa, hezetasuna eta tenperatura sakonera desberdinetan neurtuz, orain nitratoen lixibiazio-prozesua kuantifikatu eta nitratoak lurzoruan nola mugitzen diren uler dezakegu, lehen posible ez zena», esan zuen Andrewsek.
2024ko udan, ikertzaileek 30 sentsore-hagaxka jartzeko asmoa dute lurzoruan Hancock Nekazaritza Ikerketa Estazioan eta Arlington Nekazaritza Ikerketa Estazioan, Wisconsin-Madison Unibertsitatean, sentsorea gehiago probatzeko.
Argitaratze data: 2024ko uztailak 9