Kad ir kaip pažengęs žemės ūkis, išlieka neatidėliotinas poreikis ieškoti nedestruktyvių būdų, kaip „pamatyti“ į dirvą. JAV energetikos departamentas Pažangių tyrimų projektų agentūra-Energetika (ARPA-E) skyrė 4.6 mln. USD Lawrence'o Berkeley nacionalinei laboratorijai („Berkeley Lab“) už du projektus, kuriais siekiama pašalinti šią spragą, suteikdama ūkininkams svarbios informacijos, kad padidėtų pasėlių derlius, taip pat skatintų anglies kaupimąsi dirvožemyje.
Vienu projektu siekiama panaudoti elektros srovę šaknų sistemai vaizduoti, o tai pagreitins pasėlių, kurių šaknys yra pritaikytos konkrečioms sąlygoms (pvz., sausrai), veisimąsi. Kitu projektu bus sukurta nauja vaizdo gavimo technika, pagrįsta neutronų sklaida, siekiant išmatuoti anglies ir kitų elementų pasiskirstymą dirvožemyje.
Berkeley Lab gavo šiuos konkursinius apdovanojimus iš ARPA-E Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS) programa, kuria siekiama sukurti javus, kurie pašalina anglį iš atmosferos ir kaupia ją dirvožemyje – leidžia 50 procentų padidinti anglies nusėdimo gylį ir kaupimąsi, taip pat 50 procentų sumažinti azoto oksido emisiją ir 25 procentais padidinti vandens produktyvumą.
Dirvožemio anglies trūkumas yra pasaulinis reiškinys, atsirandantis dėl pramoninio žemės ūkio dešimtmečių. Dirvožemis gali kaupti didelius anglies kiekius, sumažindamas anglies dioksido koncentraciją atmosferoje, taip pat didindamas dirvožemio derlingumą ir vandens sulaikymą.
EEG augalams
Tomografinės elektrinės rizosferos vaizdo (TERI) technologijos kūrimui, kuriai ARPA-E skyrė 2.3 mln. USD, vadovauja Berklio laboratorijos geofizikas Yuxin Wu, taip pat Klimato ir ekosistemų mokslų skyriuje. „Galite galvoti apie tai kaip apie smegenų vaizdavimą arba EEG, kai prie galvos pritvirtinti elektrodai gali įrašyti smegenų bangų modelius“, - sakė Wu. „Nauja technologija bus kaip EEG augalams.
Siųsdama nedidelę elektros srovę į stiebą, kuri pasklis po šaknų sistemą, TERI pajus tiek šaknų, tiek dirvožemio elektrinį atsaką ir pateiks informaciją apie šaknų masę, paviršiaus plotą, gylį ir pasiskirstymą dirvožemyje. duomenys apie dirvožemio tekstūrą ir drėgmės kiekį bei kaip šie kintamieji kinta laikui bėgant.
Priešingai, įprastas požiūris į šaknų savybių tyrimą, vadinamas „shovelomics“, apima tik kastuvą ir kibirą vandens prieš šaknų analizę laboratorijoje. „Tai labai daug darbo reikalaujantis ir mažo našumo metodas šaknims apibūdinti“, - sakė Wu. „Ir kai atkasi šaknį, viskas. Jūs negalite žiūrėti į pokyčius laikui bėgant.
Wu pradėjo pirminius bandymus laboratorijoje. Vėliau jis atliks lauko bandymus su kviečių pasėliais, bendradarbiaudamas su Samuelio Robertso Noble fondas. „Noble Foundation“, įsikūręs Ardmore mieste, Oklahomoje, yra didžiausias nepriklausomas žemės ūkio tyrimų institutas JAV, turintis daugiau nei 13,500 XNUMX akrų dirbamos žemės ir atliekantis mokslinius tyrimus, kad ūkininkai ir ūkininkai galėtų padidinti regiono produktyvumą ir žemės valdymą.
Wu ir jo komanda taip pat bendradarbiauja su „Subsurface Insights“ – maža įmone, kurios pagrindinis dėmesys skiriamas geofizinių programų programinės įrangos kūrimui.
Projekto tikslas – sukurti naujos kartos šaknų fenotipų nustatymo technologiją, integruotą su ekosistemų modeliavimu, siekiant paspartinti tam tikrus požymius turinčių į šaknį orientuotų veislių veisimą; pavyzdžiui, geresnis atsparumas klimatui ir geresnis tolerancija mažai vandens ir mažai trąšų. Galiausiai šis įrankis gali padėti padidinti derlių ir kartu padidinti anglies patekimą į dirvą.
Nuo neutronų iki gama spindulių iki anglies aptikimo
Antrajame projekte, kuriam taip pat buvo skirta 2.3 mln. USD, Berklio laboratorijos fizikai, vadovaujami Arun Persaud iš Akseleratoriaus technologijos ir taikomosios fizikos (ATAP) skyrius sukurs instrumentą dirvožemio chemijai analizuoti, jos netrikdant, naudojant neelastingą neutronų sklaidą. "Generatorius siųs neutronus į dirvą", - sakė Persaudas. „Kiekvienas neutronas gali reaguoti su dirvožemio atomais ir generuoti gama spinduliuotę, kurią galime aptikti antžeminėje gama detektoriumi. Tada mes išmatuojame gama energiją ir iš to galite pasakyti, koks tai atomas; Pavyzdžiui, anglis, geležis arba aliuminis.
Panaši technologija šiuo metu naudojama vidaus saugumo srityse, pavyzdžiui, aptikti sprogmenis ir kitas medžiagas kroviniuose, ir yra ilgalaikė Berkeley laboratorijos tyrimų sritis.
„Ši technologija galės ne tik išmatuoti, kiek anglies yra dirvožemyje, bet ir tai padaryti su kelių centimetrų erdvine skiriamąja geba“, – sakė ATAP direktorius Wimas Leemansas.
Ersaud teigė, kad skirtingai nei dabartinės dirvožemio savybių analizės technologijos, šis metodas gali būti naudojamas lauke ir gali išmatuoti pokyčius erdvėje ir laike nepažeidžiant dirvožemio. Standartiniai metodai dabar apima dirvožemio šerdies gręžimą ir jų cheminės analizės atlikimą laboratorijoje, o tai neleidžia pakartotinai matuoti to paties dirvožemio ir nėra praktiška dideliuose plotuose.
Kartu su ATAP fiziku Bernhardu Ludewigtu Persaud dirbs su Adelphi Technology Inc., kad sukurtų neutronų generatorių. Gauta sistema ilgainiui galėtų būti mobiliojo prietaiso, kuris atlieka in situ matavimus ūkininko lauke, pavidalu.
- Julie Chao, Kalifornijos universitetas
Šaltinis: Kalifornijos universitetas