Nii arenenud kui põllumajandus on muutunud, on jätkuvalt tungiv vajadus mittepurustavate viiside järele, kuidas mulda näha. USA energeetikaministeerium Täiustatud uurimisprojektide agentuur-Energia (ARPA-E) on andnud Lawrence Berkeley riiklikule laboratooriumile (Berkeley Lab) 4.6 miljonit dollarit kahe selle lünga kõrvaldamise projekti jaoks, andes põllumeestele olulist teavet põllukultuuride saagikuse suurendamiseks, edendades samal ajal süsiniku säilitamist pinnases.
Ühe projekti eesmärk on kasutada juurestiku pildistamiseks elektrivoolu, mis kiirendab konkreetsetele tingimustele (nt põud) kohandatud juurtega põllukultuuride aretamist. Teise projektiga töötatakse välja uus neutronite hajutamisel põhinev pildistamistehnika, et mõõta süsiniku ja muude elementide jaotust pinnases.
Berkeley Lab sai need konkursiauhinnad ARPA-E-lt Programm Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS)., mille eesmärk on arendada põllukultuure, mis viivad süsiniku atmosfäärist välja ja säilitavad selle pinnasesse – see võimaldab 50 protsenti suurendada süsiniku ladestumise sügavust ja akumuleerumist, vähendades samal ajal dilämmastikoksiidi heitkoguseid 50 protsenti ja suurendades vee tootlikkust 25 protsenti.
Mulla süsinikupuudus on ülemaailmne nähtus, mis tuleneb aastakümnete pikkusest tööstuslikust põllumajandusest. Muldadel on võime säilitada märkimisväärses koguses süsinikku, vähendades atmosfääri süsinikdioksiidi kontsentratsiooni, suurendades samal ajal mulla viljakust ja veepeetust.
Taimede EEG
Tomograafilise elektrilise risosfääri kujutise (TERI) tehnoloogia väljatöötamist, millele ARPA-E pälvis 2.3 miljonit dollarit, juhib Berkeley Labi geofüüsik Yuxin Wu, samuti kliima- ja ökosüsteemiteaduste osakonnas. "Võite mõelda sellele nagu aju pildistamine või EEG, kus teie pea külge kinnitatud elektroodid võivad salvestada ajulainete mustreid, " ütles Wu. "Uus tehnoloogia on nagu taimede EEG."
Saates tüvesse väikese elektrivoolu, mis liigub seejärel läbi kogu juurestiku, tunnetab TERI nii juurte kui ka mulla elektrilist reaktsiooni ning annab teavet juure massi, pindala, sügavuse ja jaotumise kohta mullas koos andmed mulla tekstuuri ja niiskusesisalduse kohta ning selle kohta, kuidas need muutujad aja jooksul muutuvad.
Seevastu juureomaduste uurimisel levinud lähenemisviis, mida nimetatakse "shovelomics", hõlmab ainult labidat ja ämbrit vett enne juure analüüsimist laboris. "See on väga töömahukas ja väikese läbilaskevõimega meetod juurte iseloomustamiseks," ütles Wu. "Ja kui olete juure üles kaevanud, olete valmis. Sa ei saa vaadata muutusi aja jooksul.
Wu on alustanud laboris esialgseid katseid. Hiljem teeb ta koostöös nisukultuuridega põldkatseid Samuel Robertsi Noble Foundation. Oklahomas Ardmore'is asuv Noble Foundation on USA suurim sõltumatu põllumajandusuuringute instituut, millel on rohkem kui 13,500 XNUMX aakrit põllumaad ja mis tegeleb uurimistööga, mis võimaldab põllumeestel ja karjakasvatajatel suurendada piirkondlikku tootlikkust ja maahaldust.
Wu ja tema meeskond teevad koostööd ka väikese ettevõttega Subsurface Insights, mis keskendub geofüüsikaliste rakenduste tarkvaraarendusele.
Projekti eesmärk on välja töötada ökosüsteemi modelleerimisega integreeritud järgmise põlvkonna juurefenotüpiseerimise tehnoloogia, et kiirendada teatud tunnustega juurekesksete kultivaride aretamist; näiteks parem kliimataluvus ja parem taluvus vee- ja vähese väetise tingimuste korral. Lõppkokkuvõttes võib tööriist aidata suurendada saaki, suurendades samal ajal süsiniku sisendamist pinnasesse.
Neutronitest gammakiirteni süsiniku tuvastamiseni
Teises projektis, mis sai samuti 2.3 miljonit dollarit, osalesid Berkeley labori füüsikud eesotsas Arun Persaudiga. Kiirenditehnoloogia ja rakendusfüüsika (ATAP) osakond ehitab instrumendi, mis analüüsib pinnase keemiat seda häirimata, mitteelastse neutronite hajumise abil. "Generaator saadab neutronid pinnasesse," ütles Persaud. "Iga neutron võib reageerida pinnases olevate aatomitega ja tekitada gammakiire, mida saame gammadetektoriga maapealselt tuvastada. Seejärel mõõdame gamma energiat ja selle järgi saate aru, mis tüüpi aatomiga on tegemist; näiteks süsinik või raud või alumiinium.
Sarnast tehnoloogiat kasutatakse praegu sisejulgeoleku rakendustes, näiteks lastis olevate lõhkeainete ja muude materjalide tuvastamisel, ning see on Berkeley Labi pikaajaline uurimisvaldkond.
"See tehnoloogia ei suuda mitte ainult mõõta, kui palju süsinikku on pinnases, vaid teeb seda ka mõne sentimeetri ruumilise eraldusvõimega," ütles ATAP-i direktor Wim Leemans.
ersaud ütles, et erinevalt praegustest mullaomaduste analüüsi tehnoloogiatest saab seda tehnikat kasutada välitingimustes ning mõõta muutusi ruumis ja ajas ilma pinnast häirimata. Standardmeetodid hõlmavad nüüd mullasüdamike puurimist ja neile laboris keemiliste analüüside tegemist, mis ei võimalda sama pinnase korduvat mõõtmist ega ole otstarbekas suurtel aladel.
Koos ATAP-i füüsiku Bernhard Ludewigtiga töötab Persaud neutronite generaatori väljatöötamiseks ettevõttega Adelphi Technology Inc. Saadud süsteem võib lõpuks kujuneda mobiilse instrumendi kujul, mis teeb põllumehe põllul kohapeal mõõtmisi.
- Julie Chao, California Ülikool
Allikas: California Ülikool