Tan avanzada como se fixo a agricultura, segue sendo unha necesidade imperiosa de formas non destrutivas de "ver" o chan. Departamento de Enerxía dos EUA Axencia de Proxectos de Investigación Avanzada-Enerxía (ARPA-E) concedeu 4.6 millóns de dólares ao Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) para dous proxectos para abordar esta brecha, o que ofrece aos agricultores información importante para aumentar o rendemento dos cultivos ao tempo que promove o almacenamento de carbono no chan.
Un proxecto ten como obxectivo utilizar a corrente eléctrica para imaxes do sistema radicular, o que acelerará a reprodución de cultivos con raíces adaptadas a condicións específicas (como a seca). O outro proxecto desenvolverá unha nova técnica de imaxe baseada na dispersión de neutróns para medir a distribución do carbono e outros elementos no solo.
Berkeley Lab recibiu estes premios competitivos de ARPA-E Programa de optimización do secuestro terrestre (ROOTS) das observacións da rizosfera, que busca desenvolver cultivos que saquen o carbono da atmosfera e o almacene no chan, permitindo un aumento do 50 por cento na profundidade da deposición e acumulación de carbono, ao mesmo tempo que reduce as emisións de óxido nitroso nun 50 por cento e aumenta a produtividade da auga nun 25 por cento.
O déficit de carbono no solo é un fenómeno global resultante de moitas décadas de agricultura industrial. Os solos teñen a capacidade de almacenar cantidades significativas de carbono, reducindo as concentracións de dióxido de carbono atmosférico ao mesmo tempo que mellora a fertilidade do solo e a retención de auga.
EEG para plantas
O desenvolvemento da tecnoloxía Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), que recibiu 2.3 millóns de dólares por ARPA-E, está dirixido polo xeofísico de Berkeley Lab Yuxin Wu, tamén da División de Ciencias do Clima e do Ecosistema. "Podes pensar nel como imaxes cerebrais ou EEG, onde os electrodos unidos á túa cabeza poden rexistrar patróns de ondas cerebrais", dixo Wu. "A nova tecnoloxía será como un EEG para plantas".
Ao enviar unha pequena corrente eléctrica ao talo, que despois viaxará polo sistema radicular, TERI detectará a resposta eléctrica tanto das raíces como do solo e proporcionará información sobre a masa das raíces, a superficie, a profundidade e a distribución no chan, xunto con datos sobre a textura do solo e o contido de humidade e como estas variables cambian co paso do tempo.
Pola contra, o enfoque común para estudar as propiedades das raíces, que se chama "shovelomics", non implica moito máis que unha pa e un balde de auga antes da análise da raíz no laboratorio. "É un método moi intensivo en man de obra e de baixo rendemento para caracterizar as raíces", dixo Wu. "E unha vez que desenterras a raíz, xa estás. Non podes ver os cambios co paso do tempo".
Wu comezou as probas iniciais no laboratorio. Despois fará probas de campo con cultivos de trigo en colaboración con A Fundación Samuel Roberts Noble. Con sede en Ardmore, Oklahoma, a Fundación Noble é o maior instituto de investigación agrícola independente dos Estados Unidos con máis de 13,500 hectáreas de terras agrícolas que realizan investigacións para permitir aos agricultores e gandeiros aumentar a produtividade rexional e a custodia da terra.
Wu e o seu equipo tamén se asocian con Subsurface Insights, unha pequena empresa centrada no desenvolvemento de software para aplicacións xeofísicas.
O obxectivo do proxecto é desenvolver tecnoloxía de fenotipado de raíces de próxima xeración integrada co modelado de ecosistemas para acelerar a reprodución de cultivares centrados nas raíces con certos trazos; por exemplo, unha mellor resistencia climática e unha mellor tolerancia ás condicións de pouca auga e pouco fertilizante. En definitiva, a ferramenta podería axudar a aumentar os rendementos ao tempo que aumenta a entrada de carbono ao chan.
Desde neutróns ata raios gamma ata detección de carbono
No segundo proxecto, tamén premiado con 2.3 millóns de dólares, os físicos do Berkeley Lab dirixidos por Arun Persaud da División de Tecnoloxía de Aceleración e Física Aplicada (ATAP). construirá un instrumento para analizar a química do solo, sen perturbala, mediante a dispersión inelástica de neutróns. "O xerador enviará neutróns ao chan", dixo Persaud. "Cada neutrón pode reaccionar cos átomos do solo e xerar un raio gamma, que podemos detectar no terreo cun detector gamma. Despois medimos a enerxía da gamma, e a partir diso pódese dicir que tipo de átomo é; carbono ou ferro ou aluminio, por exemplo”.
Actualmente utilízase tecnoloxía similar en aplicacións de seguridade nacional, como a detección de explosivos e outros materiais na carga, e é unha área de investigación desde hai moito tempo no Laboratorio de Berkeley.
"Esta tecnoloxía poderá non só medir canto carbono hai no chan, senón tamén facelo cunha resolución espacial duns poucos centímetros", dixo Wim Leemans, director de ATAP.
ersaud dixo que a diferenza das tecnoloxías actuais para analizar as propiedades do solo, esta técnica pódese empregar no campo e pode medir os cambios no espazo e no tempo sen perturbar o solo. Os métodos estándar agora implican perforar núcleos de solo e facer análises químicas sobre eles no laboratorio, o que non permite repetir medicións do mesmo solo e non é práctico en grandes áreas.
Xunto co físico de ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud traballará con Adelphi Technology Inc. para desenvolver o xerador de neutróns. O sistema resultante podería eventualmente tomar a forma dun instrumento móbil que realiza medicións in situ no campo dun agricultor.
- Julie Chao, Universidade de California
Fonte: Universidade de California