Koliko god da je poljoprivreda napredovala, ostaje hitna potreba za nedestruktivnim načinima da se "vidi" u tlo. Ministarstvo energetike SAD Agencija za napredne istraživačke projekte-Energija (ARPA-E) dodijelio je 4.6 miliona dolara Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) za dva projekta za rješavanje ovog jaza, dajući farmerima važne informacije za povećanje prinosa usjeva, istovremeno promovirajući skladištenje ugljika u tlu.
Jedan projekat ima za cilj korištenje električne struje za snimanje korijenskog sistema, što će ubrzati uzgoj usjeva s korijenjem koji je prilagođen specifičnim uvjetima (kao što je suša). Drugi projekat će razviti novu tehniku snimanja zasnovanu na rasejanju neutrona za merenje raspodele ugljenika i drugih elemenata u tlu.
Berkeley Lab je dobio ove takmičarske nagrade od ARPA-E Program opservacije rizosfere za optimizaciju terestričke sekvestracije (ROOTS)., koji nastoji razviti usjeve koji izvlače ugljik iz atmosfere i skladište ga u tlu – omogućavajući 50 posto povećanje dubine taloženja i akumulacije ugljika, istovremeno smanjujući emisije azotnog oksida za 50 posto i povećavajući produktivnost vode za 25 posto.
Deficit ugljika u tlu je globalni fenomen koji je rezultat višedecenijske industrijske poljoprivrede. Tla imaju kapacitet pohranjivanja značajnih količina ugljika, smanjujući koncentraciju ugljičnog dioksida u atmosferi dok istovremeno povećavaju plodnost tla i zadržavanje vode.
EEG za biljke
Razvoj tehnologije Tomografske električne slike rizosfere (TERI), koju je ARPA-E dodijelio 2.3 miliona dolara, vodi geofizičar iz Berkeley laboratorije Yuxin Wu, također u Odjeljenju za nauku o klimi i ekosistemima. "O tome možete razmišljati kao o snimanju mozga ili EEG-u, gdje elektrode pričvršćene na vašu glavu mogu snimiti obrasce moždanih valova", rekao je Wu. “Nova tehnologija će biti poput EEG-a za biljke.”
Slanjem male električne struje u stabljiku, koja će zatim putovati kroz korijenski sistem, TERI će osjetiti električni odgovor i korijena i tla i pružiti informacije o masi korijena, površini, dubini i distribuciji u tlu, zajedno sa podatke o teksturi tla i sadržaju vlage i kako se te varijable mijenjaju tokom vremena.
Nasuprot tome, uobičajeni pristup proučavanju svojstava korijena, koji nosi naziv "lopata," uključuje samo lopatu i kantu vode prije analize korijena u laboratoriji. „To je vrlo radno intenzivan metod i niske propusnosti za karakterizaciju korijena“, rekao je Wu. “I kada jednom iskopate korijen, gotovi ste. Ne možete gledati na promjene tokom vremena.”
Wu je započeo početno testiranje u laboratoriji. Kasnije će raditi terenska ispitivanja sa usevima pšenice u saradnji sa The Samuel Roberts Noble Foundation. Sa sjedištem u Ardmoreu, Oklahoma, Noble Foundation je najveći nezavisni institut za poljoprivredna istraživanja u SAD-u sa više od 13,500 hektara poljoprivrednog zemljišta koji provodi istraživanja kako bi poljoprivrednicima i rančerima omogućila povećanje regionalne produktivnosti i upravljanja zemljištem.
Wu i njegov tim također su u partnerstvu sa Subsurface Insights, malom kompanijom koja se fokusira na razvoj softvera za geofizičke aplikacije.
Cilj projekta je razviti tehnologiju fenotipizacije korijena sljedeće generacije integriranu s modeliranjem ekosistema kako bi se ubrzao uzgoj sorti usmjerenih na korijen sa određenim osobinama; na primjer, bolja otpornost na klimu i bolja tolerancija na uslove niske količine vode i gnojiva. Konačno, alat bi mogao pomoći u povećanju prinosa uz povećanje unosa ugljika u tlo.
Od neutrona preko gama zraka do detekcije ugljika
U drugom projektu, također nagrađenom s 2.3 miliona dolara, fizičari iz Berkeley Lab-a predvođeni Arunom Persaudom iz Odjel za akceleratorsku tehnologiju i primijenjenu fiziku (ATAP). će izgraditi instrument za analizu hemije tla, bez narušavanja, pomoću neelastičnog raspršivanja neutrona. "Generator će poslati neutrone u tlo", rekao je Persaud. “Svaki neutron može reagirati s atomima u tlu i stvoriti gama zrake, koje možemo detektirati iznad zemlje pomoću gama detektora. Zatim mjerimo energiju gama, i iz toga možete reći o kakvoj se vrsti atoma radi; ugljik ili željezo ili aluminij, na primjer.”
Slična tehnologija se trenutno koristi u aplikacijama za domovinsku sigurnost, kao što je otkrivanje eksploziva i drugih materijala u teretu, te je dugogodišnja oblast istraživanja u laboratoriji Berkeley.
„Ova tehnologija će moći ne samo da izmjeri koliko je ugljika u tlu, već će to učiniti i sa prostornom rezolucijom od nekoliko centimetara“, rekao je Wim Leemans, direktor ATAP-a.
Ersaud je rekao da za razliku od trenutnih tehnologija za analizu svojstava tla, ova tehnika se može koristiti na terenu i može mjeriti promjene u prostoru i vremenu bez narušavanja tla. Standardne metode sada uključuju bušenje jezgara tla i vršenje hemijskih analiza na njima u laboratoriji, što ne dozvoljava ponovljena mjerenja istog tla i nije praktično na velikim površinama.
Zajedno sa ATAP fizičarem Bernhardom Ludewigtom, Persaud će raditi sa Adelphi Technology Inc. na razvoju neutronskog generatora. Rezultirajući sistem bi na kraju mogao poprimiti oblik mobilnog instrumenta koji vrši mjerenja na licu mjesta na polju farmera.
- Julie Chao, Univerzitet u Kaliforniji
Izvor: Univerzitet u Kaliforniji