Dù sử dụng phân bón vô cơ mang lại năng suất cao hơn nhưng cũng để lại nhiều dư lượng không tốt trong đất. Số liệu của Bộ Công thương cho thấy năm 2019, nước ta tiêu thụ khoảng 11 triệu tấn phân bón, trong đó có 90% là phân vô cơ.
Theo các nhà khoa học, chỉ khoảng 40 - 60% lượng phân này được rễ hấp thu, dư lượng còn lại ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đất. Điều này không chỉ gây lãng phí mà còn gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường khác như ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, cũng như tạo phát thải gây ô nhiễm không khí. Điển hình là hàm lượng đạm dư thừa từ phân bón vô trong đất sẽ chuyển thành dạng nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-) gây độc trực tiếp cho động vật thủy sinh và ảnh hưởng đến sức khỏe con người đang sử dụng nguồn nước và các sản phẩm trồng trọt.
Vấn đề trên cần được giải quyết thông qua việc kiểm soát hàm lượng phân bón đưa vào đất, sao cho vừa phù hợp với loại đất, vừa đủ với giống cây trồng và tương ứng với giai đoạn phát triển của cây. Hiện nay, việc sử dụng phân bón đa phần dựa vào kinh nghiệm, chưa có nghiên cứu chuyên sâu. Bên cạnh đó, hạn chế về thiết các thiết bị nghiên cứu cũng là trở ngại cho việc nghiên cứu.
Sau hơn 2 năm thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo sensor điện hóa đo độ dẫn điện xác định ô nhiễm của đất nông nghiệp do dư lượng phân bón” (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam giao cho Viện Hóa học chủ trì, do PGS.TS Phạm Hồng Phong làm chủ nhiệm), hệ cảm biến (sensor) độ dẫn tích hợp và thiết bị đo - điều khiển đa kênh đã được chế tạo thành công.
Đây là hệ cảm biến tích hợp 3 cảm biến độ dẫn và cảm biến nhiệt độ, có khả năng xác định nhiệt độ và độ dẫn ở ba tầng sâu khác nhau trong đất. Ba tầng này tương ứng với tầng trên rễ, tầng rễ và tầng dưới rễ. Hệ cảm biến có khả năng làm việc trong thời gian dài và thiết bị đo-điều khiển có khả năng điều khiển việc đo độ dẫn và đọc giá trị của 12 cảm biến độ dẫn trong đất theo không gian và thời gian.
Với cấu trúc như vậy, sự thay đổi độ dẫn điện của đất do các quá trình dẫn dưỡng chất, quá trình hòa tan phân bón vô cơ trong đất, hấp thụ dưỡng chất của bộ rễ hay chuyển hóa của phân đạm sẽ được quan trắc tại các điểm bón phân theo các độ sâu khác nhau. Việc quan trắc này đã cho các thông tin xác thực phục vụ cho việc đánh giá mức độ dư thừa của phân bón trong đất.
Kỹ thuật đo đa kênh này không chỉ xác định được độ dẫn điện của đất diễn ra đồng thời ở nhiều tầng sâu khác nhau mà còn diễn ra đồng thời ở các điểm bón phân khác nhau. Đây là kỹ thuật đo mới, chưa có thiết bị trên thị trường nào có khả năng đáp ứng được. Việc đo đồng thời giá trị độ dẫn điện của đất theo không gian và thời gian như vậy có ý nghĩa trong việc đánh giá mức độ dư thừa phân bón trong đất và dự báo được khả năng sử dụng hiệu quả phân bón trên các loại đất khác nhau.
Ngoài ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, thiết bị này có thể sử dụng để quan trắc khả năng xâm thực mặn do tác động của biến đổi khí hậu tại các vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long.