Tarım ilerledikçe, toprağı “görmek” için tahribatsız yöntemlere acil bir ihtiyaç devam ediyor. ABD Enerji Bakanlığı'nın İleri Araştırma Projeleri Ajansı-Enerji (ARPA-E), çiftçilere ürün verimini artırmaya yönelik önemli bilgiler verirken aynı zamanda toprakta karbon depolamasını teşvik edecek bu açığı kapatmak amacıyla iki proje için Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'na (Berkeley Lab) 4.6 milyon dolar ödül verdi.
Projelerden biri, belirli koşullara (kuraklık gibi) uygun köklere sahip mahsullerin yetiştirilmesini hızlandıracak kök sistemini görüntülemek için elektrik akımı kullanmayı amaçlıyor. Diğer proje ise topraktaki karbon ve diğer elementlerin dağılımını ölçmek için nötron saçılımına dayalı yeni bir görüntüleme tekniği geliştirecek.
Berkeley Lab bu rekabetçi ödülleri ARPA-E'den aldı Karasal Tutuşmayı Optimize Eden Rhizosfer Gözlemleri (ROOTS) programıKarbonu atmosferden alıp toprakta depolayan mahsuller geliştirmeyi amaçlayan bu şirket, karbon biriktirme derinliğinde ve birikiminde yüzde 50 artış sağlarken nitro oksit emisyonlarını da yüzde 50 azaltıyor ve su verimliliğini yüzde 25 artırıyor.
Topraktaki karbon açığı onlarca yıldır süren endüstriyel tarımdan kaynaklanan küresel bir olgudur. Topraklar önemli miktarlarda karbon depolama kapasitesine sahip olup, atmosferik karbondioksit konsantrasyonlarını azaltırken aynı zamanda toprak verimliliğini ve su tutma oranını da artırır.
Bitkiler için EEG
ARPA-E tarafından 2.3 milyon dolar ödüle layık görülen Tomografik Elektriksel Rizosfer Görüntüleme (TERI) teknolojisinin geliştirilmesi, yine İklim ve Ekosistem Bilimleri Bölümü'nden Berkeley Laboratuvarı jeofizikçisi Yuxin Wu tarafından yönetiliyor. Wu, "Bunu, başınıza takılan elektrotların beyin dalgası modellerini kaydedebildiği beyin görüntüleme veya EEG gibi düşünebilirsiniz" dedi. "Yeni teknoloji bitkiler için EEG gibi olacak."
TERI, gövdeye küçük bir elektrik akımı göndererek kök sistemi boyunca ilerleyecek ve hem köklerin hem de toprağın elektriksel tepkisini algılayacak ve kök kütlesi, yüzey alanı, derinlik ve topraktaki dağılım hakkında bilgi sağlayacak. toprak dokusu ve nem içeriği ile bu değişkenlerin zaman içinde nasıl değiştiğine ilişkin veriler.
Bunun aksine, kök özelliklerini incelemeye yönelik "kürek bilimi" adı verilen yaygın yaklaşım, laboratuvarda kök analizi öncesinde bir kürek ve bir kova sudan fazlasını içermez. Wu, "Kökleri karakterize etmek çok emek yoğun ve düşük verimli bir yöntem" dedi. “Ve kökü kazdığınızda işiniz biter. Zaman içindeki değişikliklere bakamazsınız.”
Wu laboratuvarda ilk testlere başladı. Daha sonra buğday mahsulleri üzerinde saha testleri yapacak. Samuel Roberts Noble Vakfı. Merkezi Ardmore, Oklahoma'da bulunan Noble Vakfı, çiftçilerin ve çiftçilerin bölgesel üretkenliği ve arazi yönetimini artırmalarına olanak tanıyan araştırmalar yürüten 13,500 dönümden fazla tarım arazisiyle ABD'deki en büyük bağımsız tarımsal araştırma enstitüsüdür.
Wu ve ekibi ayrıca jeofizik uygulamalar için yazılım geliştirmeye odaklanan küçük bir işletme olan Subsurface Insights ile de ortaklık kuruyor.
Projenin amacı, belirli özelliklere sahip kök odaklı çeşitlerin ıslahını hızlandırmak için ekosistem modellemeyle entegre yeni nesil kök fenotipleme teknolojisi geliştirmek; örneğin iklime daha iyi dayanıklılık ve düşük su ve düşük gübre koşullarına karşı daha iyi tolerans. Sonuç olarak bu araç, toprağa karbon girişini artırırken verimin de artmasına yardımcı olabilir.
Nötronlardan gama ışınlarına ve karbon tespitine
Yine 2.3 milyon dolar ödül alan ikinci projede, Arun Persaud liderliğindeki Berkeley Laboratuvarı fizikçileri Hızlandırıcı Teknolojisi ve Uygulamalı Fizik (ATAP) Bölümü Esnek olmayan nötron saçılımı yoluyla toprak kimyasını bozmadan analiz edebilecek bir cihaz inşa edecek. Persaud, "Jeneratör toprağa nötron gönderecek" dedi. "Her nötron topraktaki atomlarla reaksiyona girebilir ve bir gama detektörüyle yer üstünde tespit edebileceğimiz bir gama ışını oluşturabilir. Daha sonra gama enerjisini ölçeriz ve bundan onun ne tür bir atom olduğunu anlayabilirsiniz; örneğin karbon, demir veya alüminyum.”
Benzer teknoloji şu anda kargodaki patlayıcıların ve diğer malzemelerin tespiti gibi yurt içi güvenlik uygulamalarında kullanılmaktadır ve Berkeley Laboratuvarı'nda uzun süredir devam eden bir araştırma alanıdır.
ATAP direktörü Wim Leemans, "Bu teknoloji yalnızca toprakta ne kadar karbon bulunduğunu ölçmekle kalmayacak, aynı zamanda bunu birkaç santimetrelik mekansal çözünürlükle de yapabilecek" dedi.
Ersaud, toprak özelliklerini analiz etmeye yönelik mevcut teknolojilerden farklı olarak bu tekniğin sahada kullanılabileceğini ve toprağı bozmadan uzay ve zaman içindeki değişiklikleri ölçebildiğini söyledi. Standart yöntemler artık toprak karotlarının delinmesini ve laboratuvarda bunlar üzerinde kimyasal analizler yapılmasını içeriyor; bu da aynı toprağın tekrarlı ölçümlerine izin vermiyor ve geniş alanlar için pratik değil.
ATAP fizikçisi Bernhard Ludewigt ile birlikte Persaud, nötron jeneratörünü geliştirmek için Adelphi Technology Inc. ile birlikte çalışacak. Ortaya çıkan sistem, sonunda bir çiftçinin tarlasında yerinde ölçümler alan mobil bir cihaz şeklini alabilir.
- Julie Chao, Kaliforniya Üniversitesi
Kaynak: Kaliforniya Üniversitesi