Foto oleh Abby Lankites
Setiap tahun, para petani di Missouri kehilangan jutaan dolar nutrisi berharga yang terbawa ke sungai dan danau. Unsur-unsur hara ini—nitrat dan fosfat dalam pupuk—sangat penting bagi pertumbuhan tanaman, namun bila unsur-unsur tersebut berakhir di saluran air, unsur-unsur tersebut dapat menimbulkan malapetaka pada kehidupan di dalam air.
Peneliti Universitas Missouri, Matthias Young, yakin dia telah menemukan cara untuk menjaga nutrisi di lahan tempatnya berada. Dia sedang mengembangkan teknologi yang dapat menghasilkan sensor baru yang dapat membantu petani mengukur nitrat dan fosfat dalam tanah dengan lebih baik, sehingga memungkinkan mereka menggunakan pupuk dengan lebih efisien.
“Nitrat dan fosfat yang dilepaskan ke saluran air dapat menyebabkan pertumbuhan alga yang membunuh ikan dan membahayakan pariwisata di komunitas tepi laut,” kata Yang, asisten profesor teknik kimia di Missouri College of Arts and Sciences dan bekerja sama di bidang kimia. “Tidak hanya itu, para petani tidak ingin nitrat dan fosfat hilang dari ladang mereka. Menurut Badan Perlindungan Lingkungan dan Departemen Pertanian AS, pupuk senilai $100 juta terbuang setiap tahun di Missouri saja. satwa liar, pariwisata dan petani.
cara baru ke depan
Meskipun timnya masih menyelesaikan beberapa masalah, penelitian Yang menunjukkan harapan akan cara yang lebih cepat, lebih andal, dan hemat biaya untuk mengukur plasma nitrat dalam tanah.
Hal ini penting karena jika kadar nitrat rendah, tanaman tidak akan mendapatkan nutrisi yang dibutuhkan untuk tumbuh. Namun jika konsentrasinya terlalu tinggi, menambahkan lebih banyak pupuk akan menjadi sia-sia karena kelebihan nitrat dapat mengalir ke saluran air.
Perangkat yang ada, yang disebut elektroda selektif ion, dapat mengukur nitrat dan fosfat, namun mahal dan tidak akurat. Salah satu metode yang ada saat ini, yang mengharuskan petani mengumpulkan sampel tanah dan mengirimkannya ke laboratorium untuk dianalisis, lambat dan hanya mewakili sebagian kecil lahan. Laboratorium dapat menggunakan sensor yang lebih canggih yang mengandalkan molekul khusus untuk mengikat dan mengukur ion, namun molekul ini berharga sekitar $10.000 per gram.
“Petani memutuskan berapa banyak pupuk yang akan diberikan, namun mereka mengambil keputusan berdasarkan informasi yang terbatas,” kata Yang. “Bahkan sensor yang mahal pun harus sering dikalibrasi ulang, yang berarti sensor tersebut tidak boleh ditinggalkan di lapangan.”
Desain baru Young mengubah cara pengumpulan informasi. Dia dan timnya merancang sebuah sensor yang mengukur seberapa cepat ion bergerak melalui membran, bukan seberapa kuat ion terikat pada membran. Menggunakan arus berdenyut, perangkat ini lebih sensitif dan dapat diandalkan.
Young berkonsultasi dengan para petani di Missouri dengan harapan dapat mengkomersialkan sensor yang murah dan praktis.
“Kami sedang mengembangkan sensor genggam untuk mengumpulkan pengukuran secara instan, serta sensor yang dapat dipasang di lapangan,” kata Young. “Mereka belum siap untuk dikerahkan karena kita masih menghadapi beberapa tantangan, namun hal ini memberikan jalan baru ke depan.”
Dia baru-baru ini menguraikan temuannya di ACS Omega, sebuah publikasi dari American Chemical Society. Penelitian ini didanai oleh Survei Geologi AS. Rekan penulisnya adalah Dr. Ryan Gettler. ’24, Shima Mehregan, mahasiswa doktoral kimia, Henry Koeing, BS ’24, dan Andie Kaess, mantan peneliti magang.