Ett team av forskare från University of Connecticut konstruerade en jordfuktighetssensor som är mer kostnadseffektiv än någonting tillgängligt för närvarande och svarar mot det globala behovet av att reglera vattenförbrukningen inom jordbruket.

Designad och testad på universitetets gård, sensorerna är tillräckligt små för att enkelt kunna föras in i jorden och billigare att tillverka än nuvarande teknik, forskarna skriver i Journal of Sensors and Actuators .

"Framsteg inom hydrologisk vetenskap hämmas av bristen på markfuktighetsdata på plats, sa Guiling Wang, studieförfattare och professor i civil- och miljöteknik vid UConn. "Det är verkligen svårt att övervaka och mäta saker under jord. Utmaningen är att de befintliga sensorerna är mycket dyra och installationsprocessen är mycket arbetsintensiv."

Sensorerna som utvecklats av teamet av UConn-ingenjörer – miljö, mekanisk, och kemikalier – förväntas spara nästan 35 % av vattenförbrukningen och kosta mycket mindre än vad som finns. Aktuella sensorer som används på liknande sätt sträcker sig från $100 till $1, 000 styck, medan den som utvecklades vid UConn kostade $2, enligt forskarna.

Ett alternativt övervakningsalternativ, markfuktighetsdata som samlats in från fjärranalysteknik som radar och radiometrar ombord på satelliter, har lidit av låg upplösning. Men den nya tekniken som utvecklats av UConn-professor Baikun Lis grupp kan tillhandahålla data med hög rums-temporal upplösning som behövs för utveckling av hydrologimodeller i Wangs grupp.

I UConn-prototypen, ledningar ansluts från sensorerna till ett instrument som loggar data. Forskare genomförde fälttester av sensorerna - de utförde tester sida vid sida med kommersiella sensorer under olika miljöförhållanden under en 10-månadersperiod. Miljövariationernas effekter på markfuktigheten under hela perioden återspeglades tydligt.

Kritiskt, de små sensorerna kan också enkelt skickas runt i världen med tanke på att markfuktighet spelar en grundläggande roll i beslutsfattande inom jordbruket globalt.

Noggrann avkänning av markfuktighet är avgörande för att säkerställa en vattennivå som ger de mest robusta grödorna utan att slösa med naturresursen. I vissa delstater i USA—Florida och Kalifornien, till exempel – användningen av bevattningsvatten har blivit strängt begränsad.

UConn-forskarna arbetar också med en kvävesensor som är samma modell av vattensensorerna. Dessa skulle hjälpa bönderna att få information om när åkrar behöver gödslas. För närvarande, kvävesensorer är inte tillgängliga med denna typ av teknik.

"Det här är verkligen en spännande start på en mycket större omfattning av saker vi har i åtanke, säger Li, en studieförfattare och professor i anläggnings- och miljöteknik.