Ауыл шаруашылығы дамыған сайын, топырақты «көрудің» бұзылмайтын әдістеріне деген қажеттілік әлі де бар. АҚШ Энергетика министрлігі Advanced Energy Projects Agency - Energy (ARPA-E) Лоуренс Беркли ұлттық зертханасына (Беркли зертханасы) осы олқылықты жоюға арналған екі жобаға 4.6 миллион доллар бөлді, бұл фермерлерге егін өнімділігін арттыру үшін маңызды ақпарат беріп, сонымен қатар топырақта көміртегінің сақталуына ықпал етті.
Бір жоба түбірлік жүйені бейнелеу үшін электр тогын пайдалануды көздейді, бұл белгілі бір жағдайларға (мысалы, құрғақшылық) бейімделген тамыры бар дақылдарды өсіруді тездетеді. Басқа жоба көміртегі мен басқа элементтердің топырақтағы таралуын өлшеу үшін нейтрондардың шашырауына негізделген жаңа бейнелеу техникасын әзірлейді.
Беркли зертханасы ARPA-E компаниясының бұл бәсекелес марапаттарын алды Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS) бағдарламасы, ол атмосферадан көміртекті алып, оны топырақта сақтайтын дақылдарды дамытуға ұмтылады – көміртектің шөгу тереңдігі мен жинақталуын 50 пайызға арттыруға, сонымен қатар азот оксиді шығарындыларын 50 пайызға азайтуға және су өнімділігін 25 пайызға арттыруға мүмкіндік береді.
Топырақ көміртегі тапшылығы көптеген онжылдықтардағы өнеркәсіптік ауыл шаруашылығының нәтижесінде пайда болатын жаһандық құбылыс. Топырақтың атмосферадағы көмірқышқыл газының концентрациясын төмендетіп, сонымен бірге топырақ құнарлылығы мен судың сақталуын арттыра отырып, көміртегінің айтарлықтай мөлшерін сақтау мүмкіндігі бар.
Өсімдіктерге арналған ЭЭГ
ARPA-E 2.3 миллион доллар сыйақы алған Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI) технологиясын әзірлеуге Беркли зертханасының геофизигі Юксин Ву жетекшілік етеді, сонымен қатар климат және экожүйе туралы ғылымдар бөлімінде. «Сіз мұны мидың кескіні немесе EEG сияқты елестете аласыз, онда басыңызға бекітілген электродтар ми толқындарының үлгілерін жаза алады», - деді Ву. «Жаңа технология өсімдіктерге арналған ЭЭГ сияқты болады».
Шағын электр тогын сабаққа жібере отырып, ол кейіннен тамыр жүйесі бойымен таралады, TERI тамырдың да, топырақтың да электрлік реакциясын сезінеді және тамыр массасы, бетінің ауданы, тереңдігі және топырақтағы таралуы туралы ақпаратты береді. топырақ құрылымы мен ылғалдылығы туралы деректер және бұл айнымалылар уақыт бойынша қалай өзгереді.
Керісінше, «шовеломика» деген атаумен жүретін тамырдың қасиеттерін зерттеудің жалпы тәсілі зертханада тамыр талдауына дейін күрек пен шелек суды ғана қамтиды. «Бұл тамырларды сипаттайтын өте еңбекті қажет ететін және төмен өнімді әдіс», - деді Ву. «Ал тамырды қазып алсаң, бітті. Уақыт өте келе өзгерістерге қарай алмайсыз».
Ву зертханада алғашқы тестілеуді бастады. Кейінірек ол серіктестікте бидай дақылдарын сынау жұмыстарын жүргізеді Сэмюэл Робертс Нобл қоры. Ардмор қаласында (Оклахома штаты) орналасқан Noble Foundation АҚШ-тағы ең ірі тәуелсіз ауылшаруашылық ғылыми-зерттеу институты болып табылады, 13,500 акрдан астам ауылшаруашылық алқаптары фермерлер мен фермерлерге аймақтық өнімділікті және жерді басқаруды арттыруға мүмкіндік беру үшін зерттеулер жүргізеді.
Ву және оның командасы сонымен қатар геофизикалық қосымшалар үшін бағдарламалық жасақтаманы әзірлеуге бағытталған шағын бизнес Subsurface Insights-пен серіктес.
Жобаның мақсаты – белгілі бір белгілері бар тамырға бағытталған сорттарды өсіруді жеделдету үшін экожүйелік модельдеумен біріктірілген келесі ұрпақтың тамыр фенотиптеу технологиясын дамыту; мысалы, климатқа жақсы төзімділік және судың аздығы мен тыңайтқыштың төмен жағдайларына жақсы төзімділік. Сайып келгенде, құрал топыраққа көміртегінің түсуін арттыра отырып, өнімділікті арттыруға көмектесе алады.
Нейтрондардан гамма-сәулелерге дейін көміртекті анықтауға дейін
Екінші жобада 2.3 миллион доллар сыйақы алды, Беркли зертханасының физиктері Арун Персо бастаған. Accelerator Technology & Applied Physics (ATAP) бөлімі Нейтрондардың серпімсіз шашырауы арқылы топырақ химиясын бұзбай талдауға арналған құрал құрастырады. «Генератор топыраққа нейтрондарды жібереді», - деді Персо. «Әрбір нейтрон топырақтағы атомдармен әрекеттесіп, гамма-сәуле шығара алады, біз оны гамма-детектор арқылы жер үстінде анықтай аламыз. Содан кейін гамманың энергиясын өлшейміз, содан оның қандай атом екенін білуге болады; мысалы, көміртек немесе темір немесе алюминий».
Ұқсас технология қазіргі уақытта жүктердегі жарылғыш заттар мен басқа материалдарды анықтау сияқты ішкі қауіпсіздік қолданбаларында қолданылады және Беркли зертханасының ұзақ уақыт бойы зерттеу саласы болып табылады.
«Бұл технология топырақта қанша көміртек бар екенін өлшеп қана қоймай, оны бірнеше сантиметрлік кеңістіктік ажыратымдылықпен де жасай алады», - деді Вим Лиманс, ATAP директоры.
ersaud топырақтың қасиеттерін талдаудың қазіргі технологияларынан айырмашылығы, бұл әдісті далада қолдануға болады және топырақты бұзбай кеңістік пен уақыт бойынша өзгерістерді өлшей алады. Стандартты әдістер енді топырақ өзектерін бұрғылауды және оларға зертханада химиялық талдауларды жүргізуді қамтиды, бұл бір топырақты қайталап өлшеуге мүмкіндік бермейді және үлкен аумақтарда практикалық емес.
ATAP физигі Бернхард Людвигтпен бірге Персо нейтрон генераторын жасау үшін Adelphi Technology Inc. компаниясымен жұмыс істейді. Алынған жүйе, сайып келгенде, фермер егістігінде in situ өлшемдерін алатын жылжымалы аспап түрінде болуы мүмкін.
- Джули Чао, Калифорния университеті
Дереккөз: Калифорния университеті