ในขณะที่การเกษตรก้าวหน้าไปมาก ยังคงมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับวิธีการ "มองเห็น" ในดินที่ไม่ทำลายล้าง กระทรวงพลังงานสหรัฐ โครงการวิจัยขั้นสูง Agency-Energy (ARPA-E) ได้มอบเงินจำนวน 4.6 ล้านเหรียญให้กับห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) สำหรับสองโครงการเพื่อแก้ไขช่องว่างนี้ โดยให้ข้อมูลที่สำคัญแก่เกษตรกรในการเพิ่มผลผลิตพืชผลในขณะเดียวกันก็ส่งเสริมการจัดเก็บคาร์บอนในดิน
โครงการหนึ่งมีเป้าหมายที่จะใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างภาพระบบราก ซึ่งจะเร่งการขยายพันธุ์พืชด้วยรากที่ปรับให้เข้ากับสภาวะเฉพาะ (เช่น ความแห้งแล้ง) อีกโครงการหนึ่งจะพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่โดยอาศัยการกระเจิงของนิวตรอนเพื่อวัดการกระจายของคาร์บอนและองค์ประกอบอื่นๆ ในดิน
Berkeley Lab ได้รับรางวัลการแข่งขันเหล่านี้จาก ARPA-E's โปรแกรมสังเกตการณ์ Rhizosphere Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS)ซึ่งพยายามพัฒนาพืชผลที่นำคาร์บอนออกจากบรรยากาศและเก็บไว้ในดิน ทำให้ความลึกและการสะสมของคาร์บอนเพิ่มขึ้น 50 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ยังลดการปล่อยไนตรัสออกไซด์ลง 50 เปอร์เซ็นต์ และเพิ่มผลผลิตน้ำ 25 เปอร์เซ็นต์
การขาดคาร์บอนในดินเป็นปรากฏการณ์ระดับโลกที่เกิดจากการเกษตรอุตสาหกรรมหลายทศวรรษ ดินมีความสามารถในการกักเก็บคาร์บอนในปริมาณมาก ลดความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศในขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินและการกักเก็บน้ำ
EEG สำหรับพืช
การพัฒนาเทคโนโลยี Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI) ซึ่งได้รับรางวัล 2.3 ล้านดอลลาร์จาก ARPA-E นำโดย Yuxin Wu นักธรณีฟิสิกส์จาก Berkeley Lab ซึ่งอยู่ในแผนก Climate & Ecosystem Sciences "คุณสามารถคิดว่ามันเหมือนกับการถ่ายภาพสมองหรือ EEG ซึ่งอิเล็กโทรดที่ติดอยู่กับศีรษะของคุณสามารถบันทึกรูปแบบคลื่นสมองได้" หวู่กล่าว “เทคโนโลยีใหม่นี้จะเป็นเหมือน EEG สำหรับพืช”
โดยการส่งกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเข้าไปในลำต้นซึ่งจะเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งระบบราก TERI จะตรวจจับการตอบสนองทางไฟฟ้าของทั้งรากและดิน และให้ข้อมูลเกี่ยวกับมวลราก พื้นที่ผิว ความลึก และการกระจายตัวในดินร่วมกับ ข้อมูลเกี่ยวกับเนื้อดินและความชื้น และการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรเหล่านี้เมื่อเวลาผ่านไป
ในทางตรงกันข้าม วิธีการทั่วไปในการศึกษาคุณสมบัติของราก ซึ่งใช้ชื่อเล่นว่า "พลั่ว" นั้นไม่ได้เกี่ยวข้องอะไรมากไปกว่าพลั่วและถังน้ำก่อนการวิเคราะห์รากในห้องปฏิบัติการ "เป็นวิธีที่ใช้แรงงานมากและมีปริมาณงานต่ำในการจำแนกลักษณะราก" หวู่กล่าว “และเมื่อคุณขุดรากถอนโคน คุณก็เสร็จเรียบร้อย คุณไม่สามารถดูการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป”
Wu ได้เริ่มการทดสอบเบื้องต้นในห้องปฏิบัติการแล้ว ต่อมาเขาจะทำการทดสอบภาคสนามกับพืชข้าวสาลีร่วมกับ มูลนิธิซามูเอล โรเบิร์ตส์ โนเบิล. Noble Foundation ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองอาร์ดมอร์ รัฐโอคลาโฮมา เป็นสถาบันวิจัยด้านการเกษตรอิสระที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา โดยมีพื้นที่เพาะปลูกมากกว่า 13,500 เอเคอร์ดำเนินการวิจัยเพื่อให้เกษตรกรและเจ้าของฟาร์มสามารถเพิ่มผลผลิตในระดับภูมิภาคและการดูแลที่ดิน
Wu และทีมของเขายังเป็นพันธมิตรกับ Subsurface Insights ซึ่งเป็นธุรกิจขนาดเล็กที่เน้นการพัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับแอปพลิเคชันธรณีฟิสิกส์
เป้าหมายของโครงการคือการพัฒนาเทคโนโลยีรูทฟีโนไทป์รุ่นต่อไปที่รวมเข้ากับการสร้างแบบจำลองระบบนิเวศเพื่อเร่งการผสมพันธุ์ของพันธุ์ที่เน้นรูตที่มีลักษณะเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ความยืดหยุ่นของสภาพอากาศที่ดีขึ้นและความทนทานต่อน้ำต่ำและสภาพปุ๋ยต่ำได้ดีขึ้น ในที่สุด เครื่องมือนี้สามารถช่วยเพิ่มผลผลิตในขณะที่เพิ่มปริมาณคาร์บอนลงในดิน
ตั้งแต่นิวตรอนไปจนถึงรังสีแกมมาไปจนถึงการตรวจจับคาร์บอน
ในโครงการที่สอง ยังได้รับรางวัล 2.3 ล้านเหรียญสหรัฐ นักฟิสิกส์จาก Berkeley Lab นำโดย Arun Persaud จาก ฝ่ายเทคโนโลยีเร่งความเร็วและฟิสิกส์ประยุกต์ (ATAP) จะสร้างเครื่องมือวิเคราะห์เคมีของดินโดยไม่รบกวนโดยวิธีการกระเจิงนิวตรอนที่ไม่ยืดหยุ่น "เครื่องกำเนิดจะส่งนิวตรอนลงไปในดิน" Persaud กล่าว “นิวตรอนแต่ละตัวสามารถทำปฏิกิริยากับอะตอมในดินและสร้างรังสีแกมมา ซึ่งเราสามารถตรวจจับเหนือพื้นดินได้ด้วยเครื่องตรวจจับแกมมา จากนั้นเราวัดพลังงานของแกมมา จากนั้นคุณสามารถบอกได้ว่ามันคืออะตอมชนิดใด คาร์บอนหรือเหล็กหรืออลูมิเนียมเป็นต้น”
ปัจจุบันมีการใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันในการใช้งานด้านการรักษาความปลอดภัยในประเทศ เช่น การตรวจจับวัตถุระเบิดและวัสดุอื่นๆ ในสินค้า และเป็นงานวิจัยที่มีมาอย่างยาวนานที่ Berkeley Lab
Wim Leemans ผู้อำนวยการ ATAP กล่าวว่า "เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่วัดปริมาณคาร์บอนในดินเท่านั้น แต่ยังวัดได้ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่เพียงไม่กี่เซนติเมตร
ersaud กล่าวว่าแตกต่างจากเทคโนโลยีปัจจุบันสำหรับการวิเคราะห์คุณสมบัติของดิน เทคนิคนี้สามารถนำมาใช้ในสนามและสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงในอวกาศและเวลาโดยไม่รบกวนดิน วิธีการมาตรฐานในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับการเจาะแกนดินและทำการวิเคราะห์ทางเคมีกับพวกมันในห้องปฏิบัติการ ซึ่งไม่อนุญาตให้ทำการวัดซ้ำของดินเดียวกัน และไม่สามารถทำได้ในพื้นที่ขนาดใหญ่
Persaud จะทำงานร่วมกับ Adelphi Technology Inc. ร่วมกับนักฟิสิกส์ของ ATAP เพื่อพัฒนาเครื่องกำเนิดนิวตรอน ในที่สุดระบบที่ได้ก็จะอยู่ในรูปของเครื่องมือเคลื่อนที่ที่ใช้การวัดในแหล่งกำเนิดในพื้นที่ของเกษตรกร
- จูลี่ เฉามหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย
ที่มา: มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย