নতুন মৃত্তিকা সেন্সর ফসলের সার প্রয়োগের কার্যকারিতা উন্নত করতে পারে।

খাদ্য উৎপাদন বাড়ানোর জন্য নাইট্রোজেনযুক্ত সার ব্যবহার করা হয়, কিন্তু এর নির্গমন পরিবেশ দূষিত করতে পারে। সম্পদের সর্বোচ্চ ব্যবহার, কৃষি ফলন বৃদ্ধি এবং পরিবেশগত ঝুঁকি কমানোর জন্য মাটির তাপমাত্রা ও সারের নির্গমনের মতো মাটির বৈশিষ্ট্যগুলোর অবিচ্ছিন্ন এবং রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ অপরিহার্য। সর্বোত্তম সার প্রয়োগের জন্য NOX গ্যাস নির্গমন এবং মাটির তাপমাত্রা ট্র্যাক করতে স্মার্ট বা প্রিসিশন এগ্রিকালচারের জন্য একটি মাল্টি-প্যারামিটার সেন্সর প্রয়োজন।

পেন স্টেটের ইঞ্জিনিয়ারিং সায়েন্স অ্যান্ড মেকানিক্স বিভাগের জেমস এল. হেন্ডারসন, জুনিয়র মেমোরিয়াল সহযোগী অধ্যাপক হুয়ানিয়ু “ল্যারি” চেং একটি বহু-প্যারামিটার সেন্সরের উদ্ভাবনে নেতৃত্ব দিয়েছেন, যা সফলভাবে তাপমাত্রা এবং নাইট্রোজেনের সংকেত পৃথক করে প্রত্যেকটির নির্ভুল পরিমাপ সম্ভব করে তোলে।

চেং বলল,কার্যকরী সার প্রয়োগের জন্য মাটির অবস্থা, বিশেষ করে নাইট্রোজেন ব্যবহার এবং মাটির তাপমাত্রা, ক্রমাগত ও রিয়েল-টাইম পর্যবেক্ষণ করা প্রয়োজন। ফসলের স্বাস্থ্য মূল্যায়ন, পরিবেশ দূষণ হ্রাস এবং টেকসই ও সুনির্দিষ্ট কৃষি প্রসারের জন্য এটি অপরিহার্য।

এই গবেষণার উদ্দেশ্য হলো সর্বোত্তম ফসল ফলনের জন্য সঠিক পরিমাণে সার প্রয়োগ করা। বেশি নাইট্রোজেন ব্যবহার করা হলে ফসলের উৎপাদন প্রত্যাশিত মাত্রার চেয়ে কম হতে পারে। অতিরিক্ত সার প্রয়োগ করা হলে তা অপচয় হয়, গাছ পুড়ে যেতে পারে এবং পরিবেশে বিষাক্ত নাইট্রোজেন গ্যাস নির্গত হয়। নাইট্রোজেনের মাত্রা সঠিকভাবে নির্ণয়ের মাধ্যমে কৃষকরা গাছের বৃদ্ধির জন্য সারের আদর্শ মাত্রায় পৌঁছাতে পারেন।

সহ-লেখক এবং চীনের হেবেই ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজির স্কুল অফ আর্টিফিশিয়াল ইন্টেলিজেন্সের অধ্যাপক লি ইয়াং বলেছেন,উদ্ভিদের বৃদ্ধি তাপমাত্রার দ্বারাও প্রভাবিত হয়, যা মাটির ভৌত, রাসায়নিক এবং অণুজীবীয় প্রক্রিয়াগুলোকে প্রভাবিত করে। ক্রমাগত পর্যবেক্ষণের মাধ্যমে কৃষকরা তাদের ফসলের জন্য তাপমাত্রা খুব বেশি গরম বা খুব বেশি ঠান্ডা হয়ে গেলে কৌশল ও প্রতিকারমূলক ব্যবস্থা গ্রহণ করতে পারেন।

চেং-এর মতে, এমন সেন্সিং পদ্ধতির কথা খুব কমই জানা যায় যা একে অপরের থেকে স্বাধীনভাবে নাইট্রোজেন গ্যাস এবং তাপমাত্রার পরিমাপ নিতে পারে। গ্যাস এবং তাপমাত্রা উভয়ই সেন্সরের রোধের পাঠে তারতম্য ঘটাতে পারে, ফলে এদের মধ্যে পার্থক্য করা কঠিন হয়ে পড়ে।

চেং-এর দল একটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন সেন্সর তৈরি করেছে যা মাটির তাপমাত্রা থেকে স্বাধীনভাবে নাইট্রোজেন ক্ষয় শনাক্ত করতে পারে। সেন্সরটি ভ্যানাডিয়াম অক্সাইড-ডোপড, লেজার-প্ররোচিত গ্রাফিন ফোম দিয়ে তৈরি, এবং এটি আবিষ্কৃত হয়েছে যে গ্রাফিনে ধাতব যৌগ ডোপিং করলে গ্যাস শোষণ এবং শনাক্তকরণ সংবেদনশীলতা উন্নত হয়।

যেহেতু একটি নরম ঝিল্লি সেন্সরটিকে সুরক্ষিত রাখে এবং নাইট্রোজেন গ্যাসের প্রবেশ রোধ করে, তাই সেন্সরটি শুধুমাত্র তাপমাত্রার পরিবর্তনে সাড়া দেয়। সেন্সরটি আবরণ ছাড়াই এবং উচ্চতর তাপমাত্রায়ও ব্যবহার করা যেতে পারে।

এর ফলে আপেক্ষিক আর্দ্রতা এবং মাটির তাপমাত্রার প্রভাব বাদ দিয়ে নাইট্রোজেন গ্যাসের সঠিক পরিমাপ করা সম্ভব হয়। আবদ্ধ এবং অনাবৃত সেন্সর ব্যবহার করে তাপমাত্রা এবং নাইট্রোজেন গ্যাসকে সম্পূর্ণরূপে এবং হস্তক্ষেপ-মুক্তভাবে পৃথক করা যায়।

গবেষক বলেছেন, তাপমাত্রার পরিবর্তন এবং নাইট্রোজেন গ্যাস নির্গমনের মধ্যে সংযোগ বিচ্ছিন্ন করার কৌশল ব্যবহার করে সব ধরনের আবহাওয়ায় নির্ভুল কৃষিকাজের জন্য বিচ্ছিন্ন সংবেদনশীল ব্যবস্থাযুক্ত বহুমুখী ডিভাইস তৈরি ও বাস্তবায়ন করা যেতে পারে।

চেং বলেন, “একই সাথে অতি-নিম্ন নাইট্রোজেন অক্সাইড ঘনত্ব এবং সামান্য তাপমাত্রার পরিবর্তন শনাক্ত করার ক্ষমতা, নির্ভুল কৃষি, স্বাস্থ্য পর্যবেক্ষণ এবং অন্যান্য প্রয়োগের জন্য বিচ্ছিন্ন সংবেদনশীল প্রক্রিয়াযুক্ত ভবিষ্যৎ মাল্টিমোডাল ইলেকট্রনিক ডিভাইস তৈরির পথ প্রশস্ত করে।”

চেং-এর গবেষণার জন্য অর্থায়ন করেছিল ন্যাশনাল ইনস্টিটিউটস অফ হেলথ, ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন, পেন স্টেট এবং চাইনিজ ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন।