Kung gaano kasulong ang agrikultura, nananatili pa rin ang matinding pangangailangan para sa mga hindi mapanirang paraan upang “makita” ang lupa. Ang US Department of Energy Mga Advanced na Proyekto sa Pananaliksik na Ahensya-Enerhiya (ARPA-E) ay nagbigay ng $4.6 milyon sa Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) para sa dalawang proyekto upang matugunan ang agwat na ito, na nagbibigay sa mga magsasaka ng mahalagang impormasyon upang mapataas ang mga ani ng pananim habang isinusulong din ang pag-iimbak ng carbon sa lupa.
Ang isang proyekto ay naglalayong gumamit ng de-koryenteng kasalukuyang upang ilarawan ang sistema ng ugat, na magpapabilis sa pag-aanak ng mga pananim na may mga ugat na iniayon sa mga partikular na kondisyon (tulad ng tagtuyot). Ang isa pang proyekto ay bubuo ng isang bagong imaging technique batay sa neutron scattering upang masukat ang pamamahagi ng carbon at iba pang elemento sa lupa.
Natanggap ng Berkeley Lab ang mga mapagkumpitensyang parangal na ito mula sa ARPA-E's Rhizosphere Observations Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS) program, na naglalayong bumuo ng mga pananim na kumukuha ng carbon mula sa atmospera at iniimbak ito sa lupa - nagpapagana ng 50 porsiyentong pagtaas sa lalim at akumulasyon ng carbon deposition habang binabawasan din ang nitrous oxide emissions ng 50 porsiyento at pagtaas ng produktibidad ng tubig ng 25 porsiyento.
Ang mga kakulangan sa carbon sa lupa ay isang pandaigdigang kababalaghan na nagreresulta mula sa maraming dekada ng industriyal na agrikultura. Ang mga lupa ay may kapasidad na mag-imbak ng malaking dami ng carbon, na binabawasan ang mga konsentrasyon ng carbon dioxide sa atmospera habang pinahuhusay din ang pagkamayabong ng lupa at pagpapanatili ng tubig.
Isang EEG para sa mga halaman
Ang pagbuo ng teknolohiyang Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), na iginawad ng $2.3 milyon ng ARPA-E, ay pinamumunuan ng geophysicist ng Berkeley Lab na si Yuxin Wu, sa Climate & Ecosystem Sciences Division din. "Maaari mong isipin ito tulad ng brain imaging, o EEG, kung saan ang mga electrodes na nakakabit sa iyong ulo ay maaaring mag-record ng mga pattern ng brain wave," sabi ni Wu. "Ang bagong teknolohiya ay magiging tulad ng isang EEG para sa mga halaman."
Sa pamamagitan ng pagpapadala ng maliit na kuryente sa tangkay, na maglalakbay sa buong sistema ng ugat, mararamdaman ng TERI ang electrical response ng parehong mga ugat at lupa at magbibigay ng impormasyon sa root mass, surface area, depth, at distribution sa lupa, kasama ng data sa texture ng lupa at moisture content at kung paano nagbabago ang mga variable na ito sa paglipas ng panahon.
Sa kabaligtaran, ang karaniwang diskarte sa pag-aaral ng mga katangian ng ugat, na ginagamit ng moniker na "shovelomics," ay nagsasangkot ng hindi hihigit sa isang pala at isang balde ng tubig bago ang pagsusuri ng ugat sa lab. "Ito ay isang napaka-labor intensive at low-throughput na paraan upang makilala ang mga ugat," sabi ni Wu. “At kapag nahukay mo na ang ugat, tapos ka na. Hindi ka makakatingin sa mga pagbabago sa paglipas ng panahon.”
Sinimulan na ni Wu ang paunang pagsusuri sa lab. Mamaya ay gagawa siya ng field testing sa mga pananim ng trigo sa pakikipagtulungan sa Ang Samuel Roberts Noble Foundation. Batay sa Ardmore, Oklahoma, ang Noble Foundation ay ang pinakamalaking independiyenteng instituto ng pagsasaliksik sa agrikultura sa US na may higit sa 13,500 ektarya ng lupang sakahan na nagsasagawa ng pananaliksik upang bigyang-daan ang mga magsasaka at ranchers na mapataas ang produktibidad sa rehiyon at pangangasiwa sa lupa.
Nakikipagsosyo rin si Wu at ang kanyang team sa Subsurface Insights, isang maliit na negosyo na tumutuon sa pag-develop ng software para sa mga geophysical application.
Ang layunin ng proyekto ay bumuo ng susunod na henerasyong teknolohiya ng root phenotyping na isinama sa pagmomodelo ng ecosystem upang mapabilis ang pag-aanak ng mga cultivars na nakatuon sa ugat na may ilang mga katangian; halimbawa, mas mahusay na klima resiliency at mas mahusay na tolerance para sa mababang tubig at mababang kondisyon ng pataba. Sa huli, ang tool ay maaaring makatulong sa pagtaas ng mga ani habang pinapataas ang carbon input sa lupa.
Mula sa mga neutron hanggang sa gamma ray hanggang sa pagtuklas ng carbon
Sa pangalawang proyekto, iginawad din ng $2.3 milyon, ang mga pisiko ng Berkeley Lab na pinamumunuan ni Arun Persaud ng Dibisyon ng Accelerator Technology & Applied Physics (ATAP). ay bubuo ng instrumento upang pag-aralan ang kimika ng lupa, nang hindi nakakagambala, sa pamamagitan ng hindi nababanat na pagkalat ng neutron. "Ang generator ay magpapadala ng mga neutron sa lupa," sabi ni Persaud. "Ang bawat neutron ay maaaring tumugon sa mga atomo sa lupa at makabuo ng isang gamma ray, na maaari nating makita sa itaas ng lupa gamit ang isang gamma detector. Pagkatapos ay sinusukat namin ang enerhiya ng gamma, at mula doon masasabi mo kung anong uri ng atom ito; carbon o bakal o aluminyo, halimbawa."
Kasalukuyang ginagamit ang katulad na teknolohiya sa mga aplikasyon para sa seguridad sa sariling bayan, tulad ng pag-detect ng mga pampasabog at iba pang materyales sa kargamento, at ito ay isang mahabang panahon ng pananaliksik sa Berkeley Lab.
"Ang teknolohiyang ito ay hindi lamang masusukat kung gaano karaming carbon ang nasa lupa ngunit magagawa rin ito sa spatial na resolusyon ng ilang sentimetro," sabi ni Wim Leemans, direktor ng ATAP.
Sinabi ni ersaud na hindi tulad ng mga kasalukuyang teknolohiya para sa pagsusuri ng mga katangian ng lupa, ang pamamaraan na ito ay maaaring gamitin sa larangan at maaaring masukat ang mga pagbabago sa espasyo at oras nang hindi nakakagambala sa lupa. Kasama na ngayon sa mga karaniwang pamamaraan ang pagbabarena ng mga core ng lupa at paggawa ng mga kemikal na pagsusuri sa mga ito pabalik sa lab, na hindi nagpapahintulot ng paulit-ulit na pagsukat ng parehong lupa at hindi praktikal sa malalaking lugar.
Kasama ang ATAP physicist na si Bernhard Ludewigt, makikipagtulungan si Persaud sa Adelphi Technology Inc. para bumuo ng neutron generator. Ang resultang sistema ay maaaring tumagal sa anyo ng isang mobile na instrumento na kumukuha ng mga sukat sa lugar sa bukid ng isang magsasaka.
- Julie Chao, University of California
Pinagmulan: Unibersidad ng California