Որքան էլ զարգացած է գյուղատնտեսությունը, հողի մեջ «տեսնելու» ոչ կործանարար եղանակների հրատապ անհրաժեշտություն կա: ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարության Ընդլայնված հետազոտական նախագծերի գործակալություն-Էներգիա (ARPA-E) 4.6 միլիոն դոլար է շնորհել Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիային (Berkeley Lab) այս բացը շտկելու երկու նախագծերի համար՝ ֆերմերներին տալով կարևոր տեղեկատվություն մշակաբույսերի բերքատվությունը բարձրացնելու համար, միաժամանակ խթանելով ածխածնի պահպանումը հողում:
Նախագիծը նպատակ ունի օգտագործել էլեկտրական հոսանք՝ պատկերելու արմատային համակարգը, որը կարագացնի մշակաբույսերի բուծումը արմատներով, որոնք հարմարեցված են հատուկ պայմաններին (օրինակ՝ երաշտը): Մյուս նախագիծը կմշակի նեյտրոնների ցրման վրա հիմնված նոր պատկերային տեխնիկա՝ հողում ածխածնի և այլ տարրերի բաշխումը չափելու համար:
Berkeley Lab-ը ստացել է այս մրցութային մրցանակները ARPA-E-ի կողմից Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS) ծրագիր, որը ձգտում է մշակել մշակաբույսեր, որոնք դուրս են բերում ածխածինը մթնոլորտից և այն պահում հողում, ինչը հնարավորություն է տալիս 50 տոկոսով ավելացնել ածխածնի նստվածքի խորությունը և կուտակումը, միաժամանակ նվազեցնելով ազոտի օքսիդի արտանետումները 50 տոկոսով և բարձրացնելով ջրի արտադրողականությունը 25 տոկոսով:
Հողի ածխածնի դեֆիցիտը համաշխարհային երևույթ է, որը բխում է արդյունաբերական գյուղատնտեսության տասնամյակների ընթացքում: Հողերն ունեն զգալի քանակությամբ ածխածնի կուտակման կարողություն՝ նվազեցնելով մթնոլորտում ածխաթթու գազի կոնցենտրացիաները, միաժամանակ բարձրացնելով հողի բերրիությունը և ջրի պահպանումը:
EEG բույսերի համար
Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI) տեխնոլոգիայի մշակումը, որը ARPA-E-ի կողմից արժանացել է 2.3 միլիոն դոլարի, ղեկավարում է Berkeley Lab-ի երկրաֆիզիկոս Յուսին Վուն, որը նույնպես Կլիմայի և էկոհամակարգի գիտությունների բաժնում է: «Դա կարող եք մտածել ուղեղի պատկերման կամ EEG-ի նման, որտեղ ձեր գլխին կցված էլեկտրոդները կարող են գրանցել ուղեղի ալիքների օրինաչափությունները», - ասաց Վուն: «Նոր տեխնոլոգիան բույսերի համար EEG-ի նման կլինի»:
Ուղարկելով փոքր էլեկտրական հոսանք ցողունի մեջ, որն այնուհետև կանցնի արմատային համակարգով մեկ, TERI-ն կզգա ինչպես արմատների, այնպես էլ հողի էլեկտրական արձագանքը և տեղեկատվություն կտրամադրի արմատների զանգվածի, մակերեսի, խորության և հողի վրա բաշխվածության մասին։ տվյալներ հողի հյուսվածքի և խոնավության պարունակության վերաբերյալ և ինչպես են այդ փոփոխականները փոխվում ժամանակի ընթացքում:
Ի հակադրություն, արմատների հատկությունների ուսումնասիրման ընդհանուր մոտեցումը, որը կոչվում է «shovelomics», ներառում է ոչ ավելին, քան մի թիակ և մի դույլ ջուր, նախքան արմատների լաբորատոր վերլուծությունը: «Դա շատ աշխատատար և ցածր արտադրողականության մեթոդ է արմատները բնութագրելու համար», - ասաց Վուն: «Եվ երբ արմատը փորեք, ավարտեցիք: Ժամանակի ընթացքում փոփոխություններին չես կարող նայել»:
Վուն սկսել է նախնական թեստավորումը լաբորատորիայում: Հետագայում նա կանցկացնի դաշտային փորձարկումներ ցորենի մշակաբույսերի հետ համագործակցությամբ Սամուել Ռոբերթսի ազնվական հիմնադրամ. Օկլահոմայի Արդմոր քաղաքում հիմնված Noble հիմնադրամը ԱՄՆ-ի ամենամեծ անկախ գյուղատնտեսական գիտահետազոտական ինստիտուտն է, որն ունի ավելի քան 13,500 ակր հողատարածք, որն իրականացնում է հետազոտություններ՝ ֆերմերներին և ռանչորներին հնարավորություն տալու բարձրացնելու տարածաշրջանային արտադրողականությունը և հողի կառավարումը:
Վուն և նրա թիմը նաև համագործակցում են Subsurface Insights փոքր բիզնեսի հետ, որը կենտրոնանում է երկրաֆիզիկական ծրագրերի ծրագրային ապահովման մշակման վրա:
Ծրագրի նպատակն է զարգացնել հաջորդ սերնդի արմատային ֆենոտիպավորման տեխնոլոգիա՝ ինտեգրված էկոհամակարգի մոդելավորման հետ՝ արագացնելու որոշակի հատկանիշներով արմատակենտրոն սորտերի բուծումը. օրինակ՝ ավելի լավ կլիմայական ճկունություն և ավելի լավ հանդուրժողականություն ցածր ջրի և պարարտանյութի ցածր պայմանների նկատմամբ: Ի վերջո, գործիքը կարող է օգնել բարձրացնել բերքատվությունը՝ միաժամանակ ավելացնելով ածխածնի ներածումը հողում:
Նեյտրոններից մինչև գամմա ճառագայթներ մինչև ածխածնի հայտնաբերում
Երկրորդ նախագծում, որը նույնպես պարգևատրվել է 2.3 միլիոն դոլարով, Բերքլիի լաբորատորիայի ֆիզիկոսները՝ Արուն Պերսաուդի գլխավորությամբ: Արագացուցիչների տեխնոլոգիաների և կիրառական ֆիզիկայի (ATAP) բաժին նեյտրոնների անառաձգական ցրման միջոցով կկառուցի հողի քիմիայի վերլուծության գործիք՝ առանց այն խախտելու։ «Գեներատորը նեյտրոններ կուղարկի հողի մեջ», - ասել է Պերսաուդը: «Յուրաքանչյուր նեյտրոն կարող է արձագանքել հողի ատոմների հետ և առաջացնել գամմա ճառագայթ, որը մենք կարող ենք հայտնաբերել վերգետնյա գամմա դետեկտորով: Այնուհետև մենք չափում ենք գամմայի էներգիան, և դրանից կարելի է հասկանալ, թե ինչ ատոմ է դա; ածխածնի կամ երկաթի կամ ալյումինի, օրինակ»:
Նմանատիպ տեխնոլոգիան ներկայումս օգտագործվում է ներքին անվտանգության ծրագրերում, ինչպիսիք են բեռներում պայթուցիկներ և այլ նյութեր հայտնաբերելը, և հանդիսանում է Berkeley Lab-ի երկարամյա հետազոտությունների ոլորտ:
«Այս տեխնոլոգիան ոչ միայն կկարողանա չափել, թե որքան ածխածին կա հողում, այլև դա անել մի քանի սանտիմետր տարածական լուծաչափով», - ասում է ATAP-ի տնօրեն Վիմ Լիմանսը:
Էրսաուդն ասաց, որ ի տարբերություն հողի հատկությունների վերլուծության ներկայիս տեխնոլոգիաների, այս տեխնիկան կարող է կիրառվել դաշտում և կարող է չափել փոփոխությունները տարածության և ժամանակի ընթացքում՝ առանց հողը խախտելու: Ստանդարտ մեթոդներն այժմ ներառում են հողի միջուկների հորատում և դրանց վրա քիմիական վերլուծություններ լաբորատորիայում, ինչը թույլ չի տալիս կրկնել նույն հողի չափումները և գործնական չէ մեծ տարածքներում:
ATAP-ի ֆիզիկոս Բերնհարդ Լյուդևիգտի հետ միասին Պերսաուդը կաշխատի Adelphi Technology Inc.-ի հետ՝ նեյտրոնների գեներատորը մշակելու համար: Ստացված համակարգը կարող է ի վերջո ստանալ շարժական գործիքի ձև, որը տեղում չափումներ է կատարում ֆերմերների դաշտում:
- Ջուլի Չաո, Կալիֆոռնիայի համալսարան
Աղբյուր՝ Կալիֆորնիայի համալսարան