SBIR Phase II: Low-cost in-planta nitrate sensor

SBIR 第二阶段:低成本植物内硝酸盐传感器

基本信息

  • 批准号:
    2155110
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 99.87万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-05-01 至 2025-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase II project is to provide farmers with a low-cost plant sensor for direct, instantaneous measurement of nitrate-nitrogen (N) levels in crop sap. Widespread adoption of the sensor could support cost-effective and improved N fertilizer management, which may increase farmers’ productivity and profitability. Low-cost, instantaneous nitrate testing readouts from plant stalks will provide more actionable information to guide farmers’ fertilization decisions than current methods to test N levels in soil (e.g., collect soil samples, ship them to lab, and then wait ~1 week for lab analysis). The improvements in fertilizer-management decisions, enabled by more accessible and more actionable data, have the potential to reduce total N fertilizer applications in the US by some 2 million tons annually. This large reduction in N fertilizer applications would decrease the energy footprint of agriculture, reduce emissions of nitrous oxide, a greenhouse gas 300 times as potent as carbon dioxide, and improve water quality through reductions in N runoff, improving ecosystem services and human health through improved rural water quality and the reduction in hypoxic dead zones. The proposed project represents an innovation in the function and application of an in planta nitrate sensor. The project goals are to: i) improve the sensor for reliable deployment in field measurements; ii) conduct research in farmers’ fields to develop predictive models that input nitrate levels from sensor measurements of corn stalks and other data to output N fertilization recommendations; and iii) build a lab-based multi-probe nitrate sensor that extends the work to other crops in the existing plant and soil testing market. Anticipated results are that the data from the sensors will be used to build predictive models that output optimum N fertilization recommendations that will outperform conventional models. The accomplishment of this goal will lead to the commercialization of rugged low-cost sensors that provide rapid measurements of plant sap nitrate. This ability will make it possible to provide farmers with low-cost fertilizer recommendations based on data-driven, predictive modeling of N demand.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该小企业创新研究 (SBIR) 第二阶段项目的更广泛影响/商业潜力是为农民提供低成本植物传感器,用于直接、即时测量作物汁液中的硝酸盐氮 (N) 水平。传感器可以支持具有成本效益和改进的氮肥管理,这可能会提高农民的生产力和盈利能力。与植物茎秆的低成本、即时硝酸盐测试读数相比,它将提供更多可操作的信息来指导农民的施肥决策。当前测试土壤中氮水平的方法(例如,收集土壤样本,将其运送到实验室,然后等待约 1 周进行实验室分析),通过更容易获得和更可操作的数据实现了肥料管理决策的改进。每年有可能减少美国氮肥施用总量约 200 万吨,这将减少农业的能源足迹,减少一氧化二氮(一种温室气体,其效力是二氧化碳的 300 倍)的排放。通过减少水量来改善水质氮径流,通过改善农村水质和减少缺氧死区来改善生态系统服务和人类健康。该项目代表了植物硝酸盐传感器功能和应用的创新。用于在田间测量中可靠部署的传感器;ii) 在农民田地中进行研究,开发预测模型,输入玉米秆传感器测量值和其他数据,以输出氮肥施肥建议;以及 iii) 构建基于实验室的多探针;硝酸盐传感器将工作扩展到现有植物和土壤测试市场中的其他作物预期结果是传感器的数据将用于构建预测模型,该模型输出优于传统模型的最佳施氮建议。将导致坚固耐用的低成本传感器的商业化,这些传感器可快速测量植物汁液的硝酸盐,这种能力将使基于数据驱动的氮需求预测模型为农民提供低成本肥料建议成为可能。 NSF 的法定使命通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,并被认为值得支持。

项目成果

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