Decoding Nitrogen Dynamics in Soil through Novel Integration of in-situ Wireless Soil Sensors with Numerical Modeling

通过原位无线土壤传感器与数值建模的新颖集成来解码土壤中的氮动态

基本信息

  • 批准号:
    NE/T010762/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.03万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Excess nitrogen leaching from agricultural and horticultural lands into waterways is a long-standingchallenge for agricultural sustainability and environmental protection. An effective approach to improvingthe water/fertilizer use efficiency is through precision farming practices guided by real-time monitoringand near-term forecast of crop irrigation and fertilization needs. However, this initiative is hampered bythe lack of reliable sensing technologies and modeling tools for elucidating the spatiotemporal variabilityof soil moisture and nitrogen concentration. The current state of the art is to collect soil samples at fieldsites and bring to the laboratory for analysis, which is prohibitively expensive, labor-intensive, and isunable to track the transient variation of soil nitrogen content in a timely manner.This interdisciplinary collaborative US-UK SitS project aims to tackle the grand challenge of decodingnitrogen dynamics in the soil through seamless integration of four innovative solutions: hydrogel-coatingsolid-state ion-selective membrane (HS-ISM) based wireless nitrogen sensing technology, droplet-flowmicrofluidic-based sensors (DFMS) as in situ calibration, high-resolution profiling of nitrogen speciesand moisture level in different ecosystems, and data-driven modeling of rhizosphere nitrogen dynamics.Together, this project will transform existing labor-intensive and inefficient soil analysis practice toautomated and highly efficient soil nitrogen dynamics decoding and field modeling strategy, and thusadvancing the underlying science and engineering of soil nitrogen dynamics and providing guidance forsustainable agricultural and ecosystem management.
过量的氮从农业和园艺用地浸入水道是农业可持续发展和环境保护的长期挑战。提高水/肥料利用率的有效方法是通过以作物灌溉和施肥需求的实时监测和近期预测为指导的精准农业实践。然而,由于缺乏可靠的传感技术和建模工具来阐明土壤湿度和氮浓度的时空变化,这一举措受到阻碍。目前的技术水平是在田间采集土壤样品并带到实验室进行分析,这种方法成本高昂、劳动力密集,并且无法及时跟踪土壤氮含量的瞬时变化。 -英国SitS项目旨在通过四种创新解决方案的无缝集成来应对解码土壤中氮动态的巨大挑战:基于水凝胶涂层固态离子选择膜(HS-ISM)的无线氮传感技术、基于液滴流微流体的传感器(DFMS)作为原位校准,不同生态系统中氮物种和湿度水平的高分辨率分析,以及根际氮动态的数据驱动建模。总之,该项目将改变现有的劳动密集型和低效土壤自动化、高效的土壤氮动态解码和现场建模策略的分析实践,从而推进土壤氮动态的基础科学和工程,为可持续农业和生态系统管理提供指导。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Relationships of acute oak decline with soil biology and nutrient dynamics
橡树急性衰退与土壤生物学和养分动态的关系
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dhandapani S
  • 通讯作者:
    Dhandapani S
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
    P. Parkin

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  • 资助金额:
    $ 29.03万
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