Нягледзячы на тое, што сельская гаспадарка была развітай, застаецца настойлівая патрэба ў неразбуральных спосабах "зазіраць" у глебу. Міністэрства энергетыкі ЗША Агенцтва перспектыўных даследчых праектаў-энергетыка (ARPA-E) вылучыла 4.6 мільёна долараў Нацыянальнай лабараторыі Лоўрэнса Берклі (Berkeley Lab) на два праекты па ліквідацыі гэтага прабелу, даючы фермерам важную інфармацыю для павышэння ўраджайнасці сельскагаспадарчых культур, адначасова спрыяючы захоўванню вугляроду ў глебе.
Адзін з праектаў накіраваны на выкарыстанне электрычнага току для выявы каранёвай сістэмы, што паскорыць размнажэнне культур з каранямі, прыстасаванымі да пэўных умоў (напрыклад, засухі). Іншы праект будзе распрацоўваць новую тэхніку візуалізацыі на аснове рассейвання нейтронаў для вымярэння размеркавання вугляроду і іншых элементаў у глебе.
Лабараторыя Берклі атрымала гэтыя конкурсныя ўзнагароды ад ARPA-E Праграма Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS)., які імкнецца развіваць сельскагаспадарчыя культуры, якія выводзяць вуглярод з атмасферы і захоўваюць яго ў глебе, дазваляючы павялічыць глыбіню адкладаў і назапашвання вугляроду на 50 працэнтаў, а таксама скараціць выкіды закісу азоту на 50 працэнтаў і павялічыць прадукцыйнасць вады на 25 працэнтаў.
Дэфіцыт вугляроду ў глебе з'яўляецца глабальнай з'явай у выніку многіх дзесяцігоддзяў прамысловай сельскай гаспадаркі. Глебы здольныя назапашваць значную колькасць вугляроду, зніжаючы канцэнтрацыю вуглякіслага газу ў атмасферы, а таксама павялічваючы ўрадлівасць глебы і ўтрыманне вады.
ЭЭГ для раслін
Распрацоўку тэхналогіі тамаграфічнай электрычнай рызасфернай візуалізацыі (TERI), якая атрымала 2.3 мільёна долараў ад ARPA-E, узначальвае геафізік лабараторыі Берклі Юсінь Ву, які таксама працуе ў аддзеле кліматычных і экасістэмных навук. «Вы можаце разглядаць гэта як візуалізацыю мозгу або ЭЭГ, дзе электроды, прымацаваныя да вашай галавы, могуць запісваць карціны мазгавых хваль», — сказаў Ву. «Новая тэхналогія будзе як ЭЭГ для раслін».
Пасылаючы невялікі электрычны ток у сцябло, які затым праходзіць па каранёвай сістэме, TERI адчуе электрычны адказ як каранёў, так і глебы і дасць інфармацыю аб масе каранёў, плошчы паверхні, глыбіні і размеркаванні ў глебе разам з дадзеныя аб структуры глебы і ўтрыманні вільгаці і як гэтыя зменныя змяняюцца з цягам часу.
Наадварот, агульны падыход да вывучэння ўласцівасцей каранёў, які называецца "шувеломіка", прадугледжвае не больш чым рыдлёўку і вядро вады перад аналізам каранёў у лабараторыі. "Гэта вельмі працаёмкі і малапрадукцыйны метад для характарыстыкі каранёў", - сказаў Ву. «І як толькі вы выкапаеце корань, усё гатова. Нельга глядзець на змены з часам».
Ву пачаў першапачатковае тэставанне ў лабараторыі. Пазней ён правядзе палявыя выпрабаванні пасеваў пшаніцы ў супрацоўніцтве з Фонд Сэмюэля Робертса Нобла. Заснаваны ў Ардмары, штат Аклахома, Noble Foundation з'яўляецца найбуйнейшым незалежным сельскагаспадарчым навукова-даследчым інстытутам у ЗША з больш чым 13,500 XNUMX акраў сельскагаспадарчых угоддзяў, які праводзіць даследаванні, якія дазваляюць фермерам і жывёлаводам павысіць рэгіянальную прадукцыйнасць і кіраванне зямлёй.
Ву і яго каманда таксама супрацоўнічаюць з Subsurface Insights, малым бізнесам, які займаецца распрацоўкай праграмнага забеспячэння для геафізічных прыкладанняў.
Мэта праекта - распрацаваць тэхналогію фенатыпу каранёў наступнага пакалення, інтэграваную з мадэляваннем экасістэмы, каб паскорыць вывядзенне гатункаў, арыентаваных на карані, з пэўнымі прыкметамі; напрыклад, лепшая ўстойлівасць да клімату і лепшая пераноснасць умоў з нізкім утрыманнем вады і ўгнаенняў. У канчатковым рахунку, інструмент можа дапамагчы павялічыць ураджайнасць, адначасова павялічваючы паступленне вугляроду ў глебу.
Ад нейтронаў да гама-прамянёў і выяўлення вугляроду
У другім праекце, які таксама атрымаў 2.3 мільёна долараў, фізікі лабараторыі Берклі пад кіраўніцтвам Аруна Персо з Аддзел паскаральных тэхналогій і прыкладной фізікі (ATAP). пабудуе прыбор для аналізу хімічнага складу глебы, не парушаючы яе, з дапамогай няпругкага рассейвання нейтронаў. «Гэнэратар будзе пасылаць нэўтроны ў глебу», — сказаў Пэрсо. «Кожны нейтрон можа ўступаць у рэакцыю з атамамі ў глебе і ствараць гама-прамяні, якія мы можам выявіць над зямлёй з дапамогай гама-дэтэктара. Затым мы вымяраем энергію гама, і з гэтага вы можаце сказаць, што гэта за атам; напрыклад, вуглярод, жалеза або алюміній».
Падобная тэхналогія ў цяперашні час выкарыстоўваецца ў праграмах нацыянальнай бяспекі, такіх як выяўленне выбуховых рэчываў і іншых матэрыялаў у грузах, і з'яўляецца даўнім напрамкам даследаванняў у лабараторыі Берклі.
«Гэтая тэхналогія зможа не толькі вымяраць колькасць вугляроду ў глебе, але і рабіць гэта з прасторавым дазволам у некалькі сантыметраў», - сказаў Вім Ліманс, дырэктар ATAP.
Ersaud сказаў, што ў адрозненне ад сучасных тэхналогій для аналізу уласцівасцяў глебы, гэты метад можа быць выкарыстаны ў палявых умовах і можа вымяраць змены ў прасторы і часе, не парушаючы глебу. Стандартныя метады цяпер ўключаюць свідраванне кернаў глебы і правядзенне іх хімічных аналізаў у лабараторыі, што не дазваляе праводзіць паўторныя вымярэнні адной і той жа глебы і непрактычна на вялікіх плошчах.
Разам з фізікам ATAP Бернхардам Людэвігтам Персо будзе працаваць з Adelphi Technology Inc. над распрацоўкай генератара нейтронаў. Атрыманая сістэма можа ў канчатковым выніку прыняць форму мабільнага прыбора, які праводзіць вымярэнні на месцы на полі фермера.
- Джулі Чао, Каліфарнійскі універсітэт
Крыніца: Універсітэт Каліфорніі