Όσο προηγμένη κι αν έχει γίνει η γεωργία, παραμένει επιτακτική η ανάγκη για μη καταστροφικούς τρόπους για να «βλέπουμε» στο έδαφος. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ Προηγμένα ερευνητικά έργα Οργανισμός-Ενέργεια Η (ARPA-E) έχει αναθέσει 4.6 εκατομμύρια δολάρια στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) για δύο έργα για την αντιμετώπιση αυτού του κενού, δίνοντας στους αγρότες σημαντικές πληροφορίες για την αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών, ενώ παράλληλα προωθεί την αποθήκευση άνθρακα στο έδαφος.
Ένα έργο στοχεύει στη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος για την απεικόνιση του ριζικού συστήματος, το οποίο θα επιταχύνει την αναπαραγωγή καλλιεργειών με ρίζες προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες συνθήκες (όπως η ξηρασία). Το άλλο έργο θα αναπτύξει μια νέα τεχνική απεικόνισης βασισμένη στη σκέδαση νετρονίων για τη μέτρηση της κατανομής του άνθρακα και άλλων στοιχείων στο έδαφος.
Το Berkeley Lab έλαβε αυτά τα ανταγωνιστικά βραβεία από την ARPA-E's Πρόγραμμα Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS)., που επιδιώκει να αναπτύξει καλλιέργειες που αφαιρούν τον άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τον αποθηκεύουν στο έδαφος – επιτρέποντας 50 τοις εκατό αύξηση στο βάθος και τη συσσώρευση εναπόθεσης άνθρακα, ενώ παράλληλα μειώνουν τις εκπομπές οξειδίου του αζώτου κατά 50 τοις εκατό και αυξάνοντας την παραγωγικότητα του νερού κατά 25 τοις εκατό.
Τα ελλείμματα άνθρακα στο έδαφος είναι ένα παγκόσμιο φαινόμενο που προκύπτει από πολλές δεκαετίες βιομηχανικής γεωργίας. Τα εδάφη έχουν την ικανότητα να αποθηκεύουν σημαντικές ποσότητες άνθρακα, μειώνοντας τις συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ενώ παράλληλα ενισχύουν τη γονιμότητα του εδάφους και την κατακράτηση νερού.
EEG για φυτά
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), η οποία βραβεύτηκε με 2.3 εκατομμύρια δολάρια από την ARPA-E, διευθύνεται από τον γεωφυσικό του Berkeley Lab, Yuxin Wu, επίσης στο τμήμα Climate & Ecosystem Sciences. «Μπορείτε να το σκεφτείτε σαν απεικόνιση εγκεφάλου ή ΗΕΓ, όπου τα ηλεκτρόδια που είναι προσαρτημένα στο κεφάλι σας μπορούν να καταγράφουν μοτίβα εγκεφαλικών κυμάτων», είπε ο Wu. «Η νέα τεχνολογία θα είναι σαν ένα ΗΕΓ για τα φυτά».
Στέλνοντας ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα στο στέλεχος, το οποίο στη συνέχεια θα ταξιδέψει σε όλο το ριζικό σύστημα, το TERI θα αισθανθεί την ηλεκτρική απόκριση τόσο των ριζών όσο και του εδάφους και θα παρέχει πληροφορίες για τη μάζα της ρίζας, την επιφάνεια, το βάθος και την κατανομή στο έδαφος, μαζί με δεδομένα σχετικά με την υφή του εδάφους και την περιεκτικότητα σε υγρασία και πώς αυτές οι μεταβλητές αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Αντίθετα, η κοινή προσέγγιση για τη μελέτη των ιδιοτήτων της ρίζας, η οποία ονομάζεται «shovelomics», δεν περιλαμβάνει πολλά περισσότερα από ένα φτυάρι και έναν κουβά νερό πριν από την ανάλυση της ρίζας στο εργαστήριο. «Είναι μια μέθοδος με μεγάλη ένταση εργασίας και χαμηλής απόδοσης για τον χαρακτηρισμό των ριζών», είπε ο Wu. «Και μόλις ξεθάψεις τη ρίζα, έχεις τελειώσει. Δεν μπορείτε να δείτε τις αλλαγές με την πάροδο του χρόνου».
Ο Γου έχει ξεκινήσει τις πρώτες δοκιμές στο εργαστήριο. Αργότερα θα κάνει δοκιμές αγρού με καλλιέργειες σιταριού σε συνεργασία με The Samuel Roberts Noble Foundation. Με έδρα το Ardmore της Οκλαχόμα, το Noble Foundation είναι το μεγαλύτερο ανεξάρτητο ινστιτούτο γεωργικής έρευνας στις ΗΠΑ με περισσότερα από 13,500 στρέμματα γεωργικής γης που πραγματοποιεί έρευνα για να επιτρέψει στους αγρότες και τους κτηνοτρόφους να αυξήσουν την περιφερειακή παραγωγικότητα και τη διαχείριση της γης.
Ο Wu και η ομάδα του συνεργάζονται επίσης με την Subsurface Insights, μια μικρή επιχείρηση που εστιάζει στην ανάπτυξη λογισμικού για γεωφυσικές εφαρμογές.
Ο στόχος του έργου είναι η ανάπτυξη τεχνολογίας φαινοτύπου ρίζας επόμενης γενιάς ενσωματωμένη στη μοντελοποίηση οικοσυστήματος για να επιταχυνθεί η αναπαραγωγή ποικιλιών που εστιάζονται στη ρίζα με ορισμένα χαρακτηριστικά. για παράδειγμα, καλύτερη ανθεκτικότητα στο κλίμα και καλύτερη ανοχή σε συνθήκες χαμηλού νερού και χαμηλών λιπασμάτων. Τελικά, το εργαλείο θα μπορούσε να βοηθήσει στην αύξηση των αποδόσεων αυξάνοντας παράλληλα την εισροή άνθρακα στο έδαφος.
Από τα νετρόνια στις ακτίνες γάμμα στην ανίχνευση άνθρακα
Στο δεύτερο έργο, βραβευμένο επίσης με 2.3 εκατομμύρια δολάρια, φυσικοί του Berkeley Lab με επικεφαλής τον Arun Persaud του Τομέας Τεχνολογίας Επιταχυντών & Εφαρμοσμένης Φυσικής (ATAP). θα κατασκευάσει ένα όργανο για την ανάλυση της χημείας του εδάφους, χωρίς να διαταραχθεί, μέσω ανελαστικής σκέδασης νετρονίων. «Η γεννήτρια θα στείλει νετρόνια στο έδαφος», είπε ο Persaud. «Κάθε νετρόνιο μπορεί να αντιδράσει με άτομα στο έδαφος και να δημιουργήσει μια ακτίνα γάμμα, την οποία μπορούμε να ανιχνεύσουμε πάνω από το έδαφος με έναν ανιχνευτή γάμμα. Στη συνέχεια μετράμε την ενέργεια του γάμμα και από αυτό μπορείτε να πείτε τι είδους άτομο είναι. άνθρακα ή σίδηρο ή αλουμίνιο, για παράδειγμα."
Παρόμοια τεχνολογία χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε εφαρμογές εσωτερικής ασφάλειας, όπως η ανίχνευση εκρηκτικών και άλλων υλικών στο φορτίο, και αποτελεί μακροχρόνιο τομέα έρευνας στο Berkeley Lab.
«Αυτή η τεχνολογία θα είναι σε θέση όχι μόνο να μετρήσει πόσο άνθρακα υπάρχει στο έδαφος, αλλά και να το κάνει με χωρική ανάλυση μερικών εκατοστών», δήλωσε ο Wim Leemans, διευθυντής της ATAP.
Ο ersaud είπε ότι σε αντίθεση με τις τρέχουσες τεχνολογίες για την ανάλυση των ιδιοτήτων του εδάφους, αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο πεδίο και μπορεί να μετρήσει τις αλλαγές στο χώρο και το χρόνο χωρίς να διαταράξει το έδαφος. Οι τυπικές μέθοδοι περιλαμβάνουν πλέον τη διάτρηση πυρήνων του εδάφους και τη διενέργεια χημικών αναλύσεων σε αυτούς πίσω στο εργαστήριο, κάτι που δεν επιτρέπει επαναλαμβανόμενες μετρήσεις του ίδιου εδάφους και δεν είναι πρακτικό σε μεγάλες περιοχές.
Μαζί με τον φυσικό της ATAP Bernhard Ludewigt, ο Persaud θα συνεργαστεί με την Adelphi Technology Inc. για την ανάπτυξη της γεννήτριας νετρονίων. Το προκύπτον σύστημα θα μπορούσε τελικά να πάρει τη μορφή ενός κινητού οργάνου που λαμβάνει επί τόπου μετρήσεις στο χωράφι ενός αγρότη.
- Τζούλι Τσάο, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια
Πηγή: Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια