În 2010, oamenii de știință de la Institutul Pacific din California, un rezervor global de apă, au definit o condiție pe care Pământul ar putea să o înțeleagă numită „apă de vârf”. În mod vag, este analog cu petrolul, dar nu doar că vom rămâne fără apă. Apa proaspătă nu va dispărea, dar va deveni tot mai neuniform distribuită, din ce în ce mai scumpă și mai greu de accesat. Multe părți ale lumii se confruntă cu stresul apei, iar 80% din apa dulce care se folosește în întreaga lume se folosește pentru irigarea culturilor, potrivit președintelui emerit al Institutului Pacific, Peter Gleick.
În ultimii 40 de ani, consumul total de apă din Statele Unite a început să se redreseze. O parte din aceasta se datorează irigării mult îmbunătățite, iar o parte din aceasta se datorează tehnologiilor de teledetecție - sateliți, radar și drone - care evaluează stresul apei în câmpuri bazate pe temperatură sau cât de multă lumină se poate reflecta în lungimi de undă diferite. Cu cât putem urmări mai bine hidratarea în plante, cu atât putem evita atât supra-sub-udarea culturilor noastre. Dar, în timp ce aceste metode sunt potrivite pentru viziunile largi și pot oferi o imagine de ansamblu a câmpurilor de apă pe care le utilizează, o echipă de la Penn State University a explorat o metodă mult mai detaliată de măsurare a stresului apei, plantă cu plantă.
Sistemul, pentru care Penn State Research Foundation a solicitat un brevet internațional, are o unitate clip-on care conține senzori pentru a detecta grosimea și capacitatea electrică sau capacitatea de a stoca o încărcătură a frunzelor individuale. Gama de senzori este conectată la un nod WiFi, care transmite datele către o unitate centrală care urmărește măsurătorile în timp și le folosește ca indicatori ai stresului apei. În cele din urmă, o aplicație pentru smartphone ar putea rula întregul sistem.
„Implementarea unei astfel de tehnici în aplicații practice reale, este greu pentru că trebuie să fie ușoară, fiabilă, nedistructivă pentru plantă”, spune Amin Afzal, autorul principal al studiului, care a fost publicat în Tranzacțiile Societății Americane de Agricultură și Biologie. Ingineri . „Ceea ce este prezentat în acest articol, este un fel de revoluție pentru tehnica bazată pe plante și sperăm să putem dezvolta această tehnică și să o livrăm într-o zi pentru aplicații practice.”
Fundația Penn State Research a solicitat un brevet internațional pentru sistem. (Amin Afzal) Standardele actuale pentru măsurarea stresului apei se încadrează în principal în modelele de evapotranspirație și detecția umidității solului. Prima implică calcularea cantității de evaporare care are loc pe un câmp, iar cea mai târziu testează solul în sine, dar în ambele cazuri, tehnica este de a măsura proxies pentru stresul apei, mai degrabă decât de stresul plantelor.
Senzorul Penn State funcționează puțin diferit. Un senzor de efect Hall din clip folosește magneți pentru a indica distanța de la o parte a clipului la cealaltă; pe măsură ce frunza se usucă, magneții se apropie mai mult. Între timp, un senzor de capacitanță măsoară sarcina electrică din frunză. Apa conduce electricitatea diferit de materialul frunzelor, iar senzorul poate citi asta. O unitate centrală din câmp interpretează capacitatea ca conținut de apă și o comunică sistemului de irigații. Dar testele au arătat, de asemenea, capacitate diferită în timpul zilei (versus noaptea), când frunza era fotosintetică activă.
Pe parcursul a 11 zile, Afzal și colegii săi au permis uscarea solului plantei experimentale, măsurând capacitatea și grosimea la fiecare cinci minute. Ei au observat că ambele valori au menținut un comportament constant până în jurul zilei 9, când ofilirea fizică era observabilă. În plus, capacitanța a sărit în sus și în jos peste ciclurile de lumină de 24 de ore, ceea ce sugerează că capacitanța poate detecta și fotosinteza.
Dotat cu senzori de efect Hall și capacitanță, clipul determină conținutul de apă și îl comunică unui sistem de irigare. (Amin Afzal) În teren, doar o selecție de plante ar avea nevoie de monitoare. Un câmp mai mare ar avea nevoie de mai mulți senzori, mai ales dacă are o varietate de înălțimi, soluri sau margini, dar necesită mai puțini senzori pe unitate de suprafață. La un punct de preț preconizat în jur de 90 de dolari, unitățile nu sunt ieftine, dar ele sunt durabile în elemente, concepute să dureze mai mult de cinci ani, spune Afzal.
Scopul este de a îmbunătăți randamentul (sau cel puțin să nu-l diminueze), reducând în același timp cantitatea necesară de apă. Evident, supraalimentarea este risipitoare. Dar subacvarea poate scădea randamentul, deoarece plantele stresate pe apă produc mai puțin, ceea ce face ca eficiența generală a apei să scadă. Nu este vorba doar despre cantitatea de apă pe care o utilizați, ci despre modul în care plantele folosesc apa pe care le dați, spune Jose Chavez, profesor asociat de inginerie civilă și de mediu la Universitatea de Stat din Colorado, care a studiat extensiv evapotranspirația, pentru a evalua mai bine irigarea din Colorado.
„În funcție de cultură, dacă nu este irigare deficitară - aplicând mai puțin decât cea optimă - unele capse pot fi foarte susceptibile să piardă mult randament”, spune Chavez. "Tehnologia care ar detecta în avans când va atinge acest nivel ar împiedica pierderea randamentului pregătind managerul de apă înainte de timp."
Echipa de la Penn State a testat dispozitivul pe șase frunze ale unei singure plante de tomate - nu cu o dimensiune mare a eșantionului. Afzal, care este acum un om de știință al datelor de cercetare la Monsanto, spune că tehnologia este aplicabilă altor plante și la o scară mai mare, dar va necesita totuși studii suplimentare pentru testarea diferitelor culturi și condiții. A pus deja senzorul pe plantele de orez, care au frunze elastice care se întind și se micșorează mai mult cu apă.
„Alte grupuri vor trebui să-l ridice și să facă evaluări, pentru a vedea cum funcționează”, spune Chavez. „Dacă se arată că este de încredere, din punct de vedere al lucrărilor pentru diferite plante și tipuri de sol, să identifici cu adevărat nivelul stresului, cred că ar fi bine. Dar cât de scalabil este acest lucru pentru câmpuri mai mari și cât de consecvent le puteți reproduce pe diferite tipuri de suprafețe și medii? Astea ar fi lucrurile cheie pentru mine. ”
