Sado e avancuar sa është bërë bujqësia, mbetet një nevojë e ngutshme për mënyra jo shkatërruese për të "shikuar" në tokë. Departamenti Amerikan i Energjisë Agjencia e Projekteve të Avancuara Kërkimore-Energjia (ARPA-E) i ka dhënë 4.6 milionë dollarë Laboratorit Kombëtar Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) për dy projekte për të adresuar këtë boshllëk, duke u dhënë fermerëve informacion të rëndësishëm për të rritur rendimentet e të korrave, duke promovuar gjithashtu ruajtjen e karbonit në tokë.
Një projekt synon të përdorë rrymën elektrike për të imazhuar sistemin rrënjor, i cili do të përshpejtojë mbarështimin e kulturave me rrënjë që janë të përshtatura për kushte specifike (të tilla si thatësira). Projekti tjetër do të zhvillojë një teknikë të re imazherike të bazuar në shpërndarjen e neutronit për të matur shpërndarjen e karbonit dhe elementëve të tjerë në tokë.
Berkeley Lab mori këto çmime konkurruese nga ARPA-E's Programi i vëzhgimeve të rizosferës duke optimizuar sekuestrimin tokësor (ROOTS)., e cila synon të zhvillojë kultura që nxjerrin karbonin nga atmosfera dhe e ruajnë atë në tokë – duke mundësuar një rritje prej 50 për qind në thellësinë dhe akumulimin e depozitimit të karbonit, duke reduktuar gjithashtu emetimet e oksidit të azotit me 50 për qind dhe duke rritur produktivitetin e ujit me 25 për qind.
Deficitet e karbonit të tokës janë një fenomen global që rezulton nga shumë dekada të bujqësisë industriale. Tokat kanë kapacitetin për të ruajtur sasi të konsiderueshme karboni, duke reduktuar përqendrimet e dioksidit të karbonit në atmosferë, duke rritur gjithashtu pjellorinë e tokës dhe mbajtjen e ujit.
Një EEG për bimët
Zhvillimi i teknologjisë Tomografike të Rhizosferës Elektrike (TERI), e cila u shpërblye me 2.3 milion dollarë nga ARPA-E, udhëhiqet nga gjeofizikani i Berkeley Lab, Yuxin Wu, gjithashtu në Divizionin e Shkencave të Klimës dhe Ekosistemit. "Ju mund ta mendoni si imazhe të trurit, ose EEG, ku elektrodat e bashkangjitura në kokën tuaj mund të regjistrojnë modelet e valëve të trurit," tha Wu. “Teknologjia e re do të jetë si një EEG për bimët.”
Duke dërguar një rrymë të vogël elektrike në kërcell, e cila më pas do të udhëtojë në të gjithë sistemin rrënjor, TERI do të ndiejë përgjigjen elektrike si të rrënjëve ashtu edhe të tokës dhe të sigurojë informacion mbi masën e rrënjës, sipërfaqen, thellësinë dhe shpërndarjen në tokë, së bashku me të dhëna për strukturën e tokës dhe përmbajtjen e lagështisë dhe se si ndryshojnë këto variabla me kalimin e kohës.
Në të kundërt, qasja e zakonshme për studimin e vetive të rrënjëve, e cila shkon me emrin "shovelomics", nuk përfshin shumë më tepër se një lopatë dhe një kovë me ujë përpara analizës së rrënjëve në laborator. "Është një metodë shumë punë intensive dhe me rendiment të ulët për të karakterizuar rrënjët," tha Wu. “Dhe sapo të gërmoni rrënjën, keni mbaruar. Ju nuk mund të shikoni ndryshimet me kalimin e kohës.”
Wu ka filluar testimin fillestar në laborator. Më vonë ai do të bëjë testime në terren me kulturat e grurit në bashkëpunim me Fondacioni Noble Samuel Roberts. Me bazë në Ardmore, Oklahoma, Fondacioni Noble është instituti më i madh i pavarur i kërkimit bujqësor në SHBA me më shumë se 13,500 hektarë tokë bujqësore që kryen kërkime për t'u mundësuar fermerëve dhe fermerëve të rrisin produktivitetin rajonal dhe administrimin e tokës.
Wu dhe ekipi i tij po bashkëpunojnë gjithashtu me Subsurface Insights, një biznes i vogël që fokusohet në zhvillimin e softuerit për aplikacione gjeofizike.
Qëllimi i projektit është të zhvillojë teknologjinë e gjeneratës së ardhshme të fenotipizimit të rrënjëve të integruar me modelimin e ekosistemit për të përshpejtuar mbarështimin e kultivarëve të përqendruar në rrënjë me tipare të caktuara; për shembull, elasticitet më i mirë klimatik dhe tolerancë më e mirë ndaj kushteve të ulëta të ujit dhe plehrave të ulëta. Në fund të fundit, mjeti mund të ndihmojë në rritjen e rendimenteve, ndërkohë që rrit kontributin e karbonit në tokë.
Nga neutronet tek rrezet gama tek zbulimi i karbonit
Në projektin e dytë, të shpërblyer gjithashtu me 2.3 milionë dollarë, fizikanët e Berkeley Lab të udhëhequr nga Arun Persaud i Divizioni i Teknologjisë së Përshpejtuesit dhe Fizikës së Aplikuar (ATAP). do të ndërtojë një instrument për të analizuar kiminë e tokës, pa e shqetësuar atë, me anë të shpërndarjes joelastike të neutroneve. "Gjeneratori do të dërgojë neutrone në tokë," tha Persaud. “Çdo neutron mund të reagojë me atomet në tokë dhe të gjenerojë një rreze gama, të cilën ne mund ta zbulojmë mbi tokë me një detektor gama. Pastaj matim energjinë e gama-s dhe prej saj mund të dalloni se çfarë lloj atomi është; karboni ose hekuri ose alumini, për shembull."
Teknologji e ngjashme përdoret aktualisht në aplikimet e sigurisë vendase, të tilla si zbulimi i eksplozivëve dhe materialeve të tjera në ngarkesë, dhe është një zonë e gjatë kërkimi në Berkeley Lab.
“Kjo teknologji do të jetë në gjendje jo vetëm të masë sasinë e karbonit në tokë, por edhe ta bëjë këtë me rezolucion hapësinor prej disa centimetrash”, tha Wim Leemans, drejtor i ATAP.
Ersaud tha se ndryshe nga teknologjitë aktuale për analizimin e vetive të tokës, kjo teknikë mund të përdoret në terren dhe mund të matë ndryshimet në hapësirë dhe kohë pa e shqetësuar tokën. Metodat standarde tani përfshijnë shpimin e bërthamave të tokës dhe kryerjen e analizave kimike mbi to përsëri në laborator, gjë që nuk lejon matje të përsëritura të së njëjtës tokë dhe nuk është praktike në zona të mëdha.
Së bashku me fizikanin ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud do të punojë me Adelphi Technology Inc. për të zhvilluar gjeneratorin e neutronit. Sistemi që rezulton mund të marrë përfundimisht formën e një instrumenti të lëvizshëm që merr matje in situ në fushën e një fermeri.
- Julie Chao, Universiteti i Kalifornisë
Burimi: Universiteti i Kalifornisë