研究团队开发出一种更快更经济地检测土壤养分的技术

每年，密苏里州农民都会损失数百万美元的宝贵营养物质，这些营养物质被冲入河流和湖泊。这些营养物质(肥料中的硝酸盐和磷酸盐)对植物生长至关重要，但当它们进入水道时，会对水生生物造成严重破坏。

密苏里大学研究员马蒂亚斯·杨相信他找到了一种方法，可以让养分留在土地上它们应该在的地方。他正在开发一种技术，可以制造出新型传感器，帮助农民更好地测量土壤中的硝酸盐和磷酸盐，让他们更有效地使用肥料。

“硝酸盐和磷酸盐排放到水道中会导致藻类大量繁殖，从而杀鱼类并损害滨水社区的旅游业，”杨说，他是密苏里大学艺术与科学学院化学工程助理教授，兼任化学教授。“不仅如此，农民也不希望硝酸盐和磷酸盐从他们的田地中流失。根据环境保护署和美国农业部的数据，仅密苏里州每年就浪费了价值1亿美元的化肥。这项工作有助于鱼类、野生动物、旅游业和农民。”

新的前进道路

虽然他的团队仍在解决一些问题，但杨的研究表明，有望找到一种更快、更可靠、更经济有效的方法来测量土壤中的硝酸盐等离子。

这很重要，因为如果硝酸盐含量低，植物就无法获得生长所需的营养。但如果硝酸盐含量过高，添加更多肥料就是一种浪费，因为过量的硝酸盐会流入水道。

现有的设备，即离子选择电极，可以测量硝酸盐和磷酸盐，但成本高昂且不精确。目前的一种方法要求农民收集土壤样本并将其送到实验室进行分析，这种方法速度慢，而且只能测量一小块土地。实验室可以使用更复杂的传感器，这些传感器依靠特殊分子来结合和测量离子，但这些分子每克的价格约为10,000美元。

杨说：“农民可以决定施肥量，但他们是根据有限的信息做出决定的。即使是昂贵的传感器也必须经常重新校准，这意味着它们不能留在田里。”

杨的新设计改变了信息收集的方式。

他和他的团队正在设计一种传感器，用于测量离子穿过膜的速度，而不是离子与膜的结合强度。这些设备使用脉冲电流，更加灵敏和可靠。

杨正在为密苏里州的农民提供咨询，希望能够取得进展，实现廉价实用的传感器商业化。

杨说：“我们正在开发手持式传感器，用于实时收集测量数据，以及可在现场安装的传感器。它们尚未准备好部署，因为我们仍面临一些挑战，但它提供了一条新的前进道路。”

他最近在AOmega上概述了他的研究成果。合著者包括RyanGettler、ShimaMehregan、HenryKoeing和AndieKaess。