威斯康星大学麦迪逊分校开发低成本土壤硝酸盐传感器

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威斯康星大学麦迪逊分校（2024USNews美国大学排名：35）开发低成本土壤硝酸盐传感器：农业技术的未来

2024年6月27日，威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们宣布了一项突破性的研究成果：他们开发出了一种低成本的传感器，可以实时连续监测威斯康星州常见土壤中的硝酸盐。这一创新不仅有助于农民做出更明智的养分管理决策，从而获得经济效益，还标志着农业技术的一个重要里程碑。

低成本传感器的意义

硝酸盐是植物生长所需的重要养分，但过量的硝酸盐会导致环境污染，尤其是水体富营养化问题。因此，如何有效监测和管理土壤中的硝酸盐含量成为了农业生产中的一个关键问题。威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队通过使用喷墨印刷工艺制造了电位传感器，并在传感器上覆盖了一层聚偏氟乙烯膜，从而解决了在土壤环境中准确感知硝酸盐的挑战。

这些传感器的低成本特性使其在大规模农业生产中具有广泛的应用前景。研究团队计划在2024年夏季在麦迪逊分校的汉考克农业研究站和阿灵顿农业研究站部署30根传感棒进行进一步测试。这项技术有望帮助农民提高作物产量，节省成本，并减少环境污染。

喷墨印刷工艺的应用

喷墨印刷工艺是一种高效、低成本的制造方法，广泛应用于电子设备的生产中。威斯康星大学麦迪逊分校的研究团队利用这一工艺制造了电位传感器，并在传感器上覆盖了一层聚偏氟乙烯膜，使其能够在土壤环境中准确感知硝酸盐。这项研究成果发表在2024年3月的《先进材料技术》期刊上，展示了喷墨印刷工艺在农业传感器制造中的巨大潜力。

喷墨印刷工艺的优势在于其高效、低成本和可扩展性。通过这一工艺，研究团队能够快速制造出大量传感器，从而满足大规模农业生产的需求。此外，喷墨印刷工艺还具有高度的灵活性，可以根据不同的应用需求进行定制化生产。

多功能传感系统的整合

除了单一的硝酸盐传感器，研究团队还将这些传感器整合到一种名为“传感贴纸”的多功能传感系统中，以实现多深度土壤测量，从而量化硝酸盐渗漏过程。这一多功能传感系统不仅可以监测土壤中的硝酸盐含量，还可以监测其他重要的土壤参数，如湿度、温度和pH值。

多功能传感系统的优势在于其综合性和高效性。通过整合多种传感器，农民可以在一个系统中获取全面的土壤信息，从而做出更准确的养分管理决策。这一系统的开发标志着农业传感技术的一个重要进步，为实现精准农业提供了新的可能性。

美国农业部和国家科学基金会的支持

这项研究得到了美国农业部（USDA）和国家科学基金会（NSF）的支持。美国农业部国家食品与农业研究所（USDA NIFA）和国家科学基金会（NSF）联手推动农业机器人技术创新，发出了一封亲爱的同行来征集具有革命性潜力的农业机器人研究提案，以解决农业和粮食生产中的挑战。

这一合作旨在促进跨学科研究，应对农业挑战，增加可持续性。NSF和USDA希望通过整合资源，解锁新见解，开发前沿解决方案，造福农民和消费者。提案将支持与NSF机器人基础研究计划和USDA NIFA目标一致的研究项目，并将接受两个机构的严格评估。这一合作将使农业更安全，减少对环境的有害影响，提高食品系统的整体韧性。