Колку и да е напредно земјоделството, останува итна потреба од недеструктивни начини за „видување“ во почвата. Министерството за енергетика на САД Агенција за напредни истражувачки проекти-Енергија (ARPA-E) додели 4.6 милиони американски долари на Националната лабораторија Лоренс Беркли (Беркли Лаб) за два проекти за решавање на овој јаз, давајќи им на земјоделците важни информации за зголемување на приносот на културите, а истовремено промовирајќи го складирањето на јаглерод во почвата.
Еден проект има за цел да користи електрична струја за сликање на кореновиот систем, што ќе го забрза одгледувањето на култури со корени кои се прилагодени на специфични услови (како што е сушата). Другиот проект ќе развие нова техника за снимање базирана на расејување на неутрони за мерење на дистрибуцијата на јаглерод и други елементи во почвата.
Berkeley Lab ги доби овие натпреварувачки награди од ARPA-E's Програма за набљудување на ризосферата за оптимизирање на копнената секвестрација (ROOTS)., кој се стреми да развие култури кои го отстрануваат јаглеродот од атмосферата и го складираат во почвата - овозможувајќи 50 проценти зголемување на длабочината и акумулацијата на таложење на јаглерод, а истовремено намалувајќи ги емисиите на азотен оксид за 50 проценти и зголемување на продуктивноста на водата за 25 проценти.
Дефицитот на јаглеродот во почвата е глобален феномен кој произлегува од повеќедецениското индустриско земјоделство. Почвите имаат капацитет да складираат значителни количини јаглерод, намалувајќи ги концентрациите на јаглерод диоксид во атмосферата, а истовремено ја подобруваат плодноста на почвата и задржувањето на водата.
ЕЕГ за растенија
Развојот на технологијата за томографска електрична ризосферска слика (TERI), која беше доделена од 2.3 милиони долари од ARPA-E, е предводена од геофизичарот од Беркли Лаб Јуксин Ву, исто така во Одделот за науки за клима и екосистем. „Можете да го замислите како сликање на мозокот, или ЕЕГ, каде што електродите прикачени на вашата глава можат да ги снимаат моделите на мозочните бранови“, рече Ву. „Новата технологија ќе биде како ЕЕГ за растенијата“.
Со испраќање мала електрична струја во стеблото, која потоа ќе патува низ кореновиот систем, TERI ќе ја почувствува електричната реакција и на корените и на почвата и ќе обезбеди информации за масата на коренот, површината, длабочината и дистрибуцијата во почвата, заедно со податоци за текстурата на почвата и содржината на влага и како овие променливи се менуваат со текот на времето.
Спротивно на тоа, заедничкиот пристап за проучување на својствата на коренот, кој го носи називот „shovelomics“, не вклучува многу повеќе од лопата и кофа со вода пред анализата на коренот во лабораторија. „Тоа е многу трудоинтензивен метод за карактеризирање на корените“, рече Ву. „И штом ќе го ископате коренот, ќе завршите. Не можете да ги гледате промените со текот на времето“.
Ву започна со првично тестирање во лабораторија. Подоцна ќе направи теренско тестирање со житни култури во соработка со Нобл фондацијата Семјуел Робертс. Со седиште во Ардмор, Оклахома, Нобл Фондацијата е најголемиот независен земјоделски истражувачки институт во САД со повеќе од 13,500 хектари обработливо земјиште кое врши истражување за да им овозможи на земјоделците и сточарите да ја зголемат регионалната продуктивност и да го чуваат земјиштето.
Ву и неговиот тим, исто така, соработуваат со Subsurface Insights, мал бизнис кој се фокусира на развој на софтвер за геофизички апликации.
Целта на проектот е да се развие технологија за фенотипирање на коренот од следната генерација интегрирана со моделирање на екосистемот за да се забрза размножувањето на сорти фокусирани на коренот со одредени особини; на пример, подобра отпорност на климата и подобра толеранција за услови на ниска вода и ниско ѓубриво. На крајот на краиштата, алатката би можела да помогне во зголемувањето на приносите додека го зголемува внесот на јаглерод во почвата.
Од неутрони до гама зраци до детекција на јаглерод
Во вториот проект, исто така награден со 2.3 милиони долари, физичари од Беркли Лаб предводени од Арун Персауд од Одделение за акцелераторска технологија и применета физика (ATAP). ќе изгради инструмент за анализа на хемијата на почвата, без нејзино нарушување, со помош на нееластично расејување на неутрони. „Генераторот ќе испрати неутрони во почвата“, рече Персауд. „Секој неутрон може да реагира со атомите во почвата и да генерира гама зрак, кој можеме да го откриеме над земја со гама детектор. Потоа ја мериме енергијата на гамата и од тоа можеш да кажеш за каков атом се работи; јаглерод или железо или алуминиум, на пример“.
Слична технологија моментално се користи во апликации за домашна безбедност, како што се откривање експлозиви и други материјали во товарот, и е долгогодишна област на истражување во Беркли Лаб.
„Оваа технологија ќе може не само да измери колку јаглерод има во почвата, туку и да го направи тоа со просторна резолуција од неколку сантиметри“, рече Вим Лиманс, директор на ATAP.
Ерсауд рече дека за разлика од сегашните технологии за анализа на својствата на почвата, оваа техника може да се користи на терен и може да ги мери промените во просторот и времето без да ја наруши почвата. Стандардните методи сега вклучуваат дупчење јадра на почвата и правење хемиски анализи на нив назад во лабораторија, што не дозволува повторување на мерењата на истата почва и не е практично на големи површини.
Заедно со физичарот ATAP Бернхард Лудевигт, Персауд ќе работи со Adelphi Technology Inc. за развој на генератор на неутрони. Резултирачкиот систем на крајот би можел да има форма на подвижен инструмент кој зема in situ мерења во полето на фармерот.
- Џули Чао, Универзитетот во Калифорнија
Извор: Универзитетот во Калифорнија