Kwa jinsi kilimo kilivyoendelea, bado kuna hitaji kubwa la njia zisizo za uharibifu za "kuona" kwenye udongo. Idara ya Nishati ya Marekani Wakala wa Miradi ya Utafiti wa Juu-Nishati (ARPA-E) imetoa dola milioni 4.6 kwa Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) kwa miradi miwili ya kushughulikia pengo hili, ikiwapa wakulima taarifa muhimu ili kuongeza mavuno ya mazao huku pia ikikuza uhifadhi wa kaboni kwenye udongo.
Mradi mmoja unalenga kutumia mkondo wa umeme kuweka picha ya mfumo wa mizizi, ambao utaharakisha kuzaliana kwa mazao yenye mizizi ambayo yanalengwa kulingana na hali maalum (kama vile ukame). Mradi mwingine utaunda mbinu mpya ya upigaji picha kulingana na utawanyiko wa nyutroni ili kupima usambazaji wa kaboni na vipengele vingine kwenye udongo.
Berkeley Lab ilipokea tuzo hizi za ushindani kutoka kwa ARPA-E's Uchunguzi wa Rhizosphere Kuboresha Mpango wa Unyakuzi wa Ardhini (ROOTS)., ambayo inalenga kuendeleza mazao ambayo huondoa kaboni kutoka angahewa na kuihifadhi kwenye udongo – kuwezesha ongezeko la asilimia 50 ya kina na mlundikano wa kaboni huku pia ikipunguza utoaji wa oksidi ya nitrojeni kwa asilimia 50 na kuongeza uzalishaji wa maji kwa asilimia 25.
Upungufu wa kaboni ya udongo ni jambo la kimataifa linalotokana na miongo mingi ya kilimo cha viwanda. Udongo una uwezo wa kuhifadhi kiasi kikubwa cha kaboni, kupunguza viwango vya hewa ya kaboni dioksidi huku pia ukiimarisha rutuba ya udongo na uhifadhi wa maji.
EEG kwa mimea
Ukuzaji wa teknolojia ya Tomographical Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), ambayo ilitunukiwa $2.3 milioni na ARPA-E, inaongozwa na mwanajiofizikia wa Berkeley Lab Yuxin Wu, pia katika Kitengo cha Sayansi ya Hali ya Hewa na Mfumo wa Ikolojia. "Unaweza kufikiria kama picha ya ubongo, au EEG, ambapo elektroni zilizowekwa kwenye kichwa chako zinaweza kurekodi mifumo ya mawimbi ya ubongo," Wu alisema. "Teknolojia mpya itakuwa kama EEG kwa mimea."
Kwa kutuma mkondo mdogo wa umeme kwenye shina, ambao utasafiri katika mfumo wa mizizi, TERI itahisi mwitikio wa umeme wa mizizi na udongo na kutoa habari juu ya uzito wa mizizi, eneo la uso, kina, na usambazaji katika udongo, pamoja na data juu ya umbile la udongo na unyevunyevu na jinsi vigeu hivi vinavyobadilika kwa wakati.
Kwa kulinganisha, mbinu ya kawaida ya kujifunza mali ya mizizi, ambayo huenda kwa moniker "shovelomics," inahusisha si zaidi ya koleo na ndoo ya maji kabla ya uchambuzi wa mizizi katika maabara. "Ni mbinu ya nguvu kazi kubwa na yenye matokeo ya chini kubainisha mizizi," Wu alisema. “Na ukishachimba mzizi, umemaliza. Huwezi kuangalia mabadiliko kwa wakati.”
Wu ameanza majaribio ya awali katika maabara. Baadaye atafanya majaribio ya shamba na zao la ngano kwa kushirikiana na Wakfu wa Samuel Roberts Noble. Msingi wa Ardmore, Oklahoma, Noble Foundation ndiyo taasisi kubwa zaidi huru ya utafiti wa kilimo nchini Marekani yenye zaidi ya ekari 13,500 za mashamba yanayofanya utafiti ili kuwawezesha wakulima na wafugaji kuongeza uzalishaji wa kikanda na usimamizi wa ardhi.
Wu na timu yake pia wanashirikiana na Subsurface Insights, biashara ndogo inayozingatia uundaji wa programu kwa matumizi ya kijiofizikia.
Kusudi la mradi ni kukuza teknolojia ya kizazi kijacho ya uundaji wa mizizi iliyounganishwa na uundaji wa mfumo ikolojia ili kuharakisha kuzaliana kwa mimea inayozingatia mizizi yenye sifa fulani; kwa mfano, ustahimilivu bora wa hali ya hewa na ustahimilivu bora wa maji kidogo na hali ya chini ya mbolea. Hatimaye, zana inaweza kusaidia kuongeza mavuno huku ikiongeza uingizaji wa kaboni kwenye udongo.
Kutoka kwa neutroni hadi miale ya gamma hadi kugundua kaboni
Katika mradi wa pili, uliokabidhiwa pia dola milioni 2.3, wanafizikia wa Berkeley Lab wakiongozwa na Arun Persaud wa Kitengo cha Teknolojia ya Kuongeza kasi na Fizikia Inayotumika (ATAP). itaunda chombo cha kuchambua kemia ya udongo, bila kuisumbua, kwa njia ya kutawanya kwa neutroni inelastic. "Jenereta itatuma neutroni kwenye udongo," Persaud alisema. “Kila nyutroni inaweza kuguswa na atomi kwenye udongo na kutoa miale ya gamma, ambayo tunaweza kutambua juu ya ardhi kwa kigunduzi cha gamma. Kisha tunapima nishati ya gamma, na kutoka kwa hiyo unaweza kujua ni aina gani ya atomi; kaboni au chuma au alumini, kwa mfano."
Teknolojia kama hiyo kwa sasa inatumika katika matumizi ya usalama wa nchi, kama vile kugundua vilipuzi na nyenzo zingine kwenye shehena, na ni eneo la muda mrefu la utafiti katika Berkeley Lab.
"Teknolojia hii itaweza sio tu kupima ni kiasi gani cha kaboni kilicho kwenye udongo lakini pia kufanya hivyo kwa msongamano wa anga wa sentimita chache," alisema Wim Leemans, mkurugenzi wa ATAP.
ersaud alisema kuwa tofauti na teknolojia za sasa za kuchambua sifa za udongo, mbinu hii inaweza kutumika shambani na inaweza kupima mabadiliko kwa nafasi na wakati bila kusumbua udongo. Mbinu za kawaida sasa zinahusisha kuchimba viini vya udongo na kufanya uchambuzi wa kemikali juu yao nyuma kwenye maabara, ambayo hairuhusu vipimo vya kurudia vya udongo sawa na haifanyiki kwa maeneo makubwa.
Pamoja na mwanafizikia wa ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud atafanya kazi na Adelphi Technology Inc. kutengeneza jenereta ya nyutroni. Mfumo unaotokana unaweza hatimaye kuchukua umbo la kifaa cha rununu ambacho huchukua vipimo vya hali katika shamba la mkulima.
- Julie Chao, Chuo Kikuu cha California
Chanzo: Chuo Kikuu cha California