Cum'è l'agricultura hè diventata avanzata, ci hè una necessità pressante di modi non distruttivi per "vede" in a terra. U Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti Prughjetti di Ricerca Avanzata Agenzia-Energia (ARPA-E) hà attribuitu $ 4.6 milioni à Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) per dui prughjetti per affruntà sta lacuna, dendu à l'agricultori infurmazioni impurtanti per aumentà i rendimenti di i culturi mentre prumove ancu u almacenamentu di carbone in a terra.
Un prughjettu hà u scopu di usà u currente elettricu per imagine u sistema radicali, chì accelerà a ripruduzzione di i culturi cù e razzi chì sò adattati à cundizioni specifichi (cum'è a seca). L'altru prughjettu hà da sviluppà una nova tecnica d'imaghjini basata nantu à a scattering di neutroni per misurà a distribuzione di carbone è altri elementi in a terra.
Berkeley Lab hà ricevutu questi premii cumpetitivi da ARPA-E U prugramma di l'osservazioni di Rhizosphere Optimizing Terrestrial Sequestration (ROOTS)., chì cerca di sviluppà i culturi chì piglianu u carbone fora di l'atmosfera è l'almacenanu in a terra - chì permettenu un incrementu di 50 per centu in a prufundità di depositu di carbone è l'accumulazione, mentre chì riduce ancu l'emissioni di l'ossidu nitroso da 50 per centu è aumentendu a produtividade di l'acqua da 25 per centu.
I deficit di carbone di u terrenu sò un fenomenu glubale risultatu da parechji decennii di agricultura industriale. I terreni anu a capacità di almacenà quantità significativa di carbonu, riducendu a cuncentrazione di diossidu di carbonu atmosfericu è ancu aumentendu a fertilità di a terra è a ritenzione d'acqua.
Un EEG per e piante
U sviluppu di a tecnulugia Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), chì hè stata premiata $ 2.3 milioni da ARPA-E, hè guidata da u geofisicu di Berkeley Lab Yuxin Wu, ancu in a Divisione di Scienze di Clima è Ecosistema. "Pudete pensà cum'è l'imaghjini cerebrali, o EEG, induve l'elettrodi attaccati à a vostra testa ponu registrà mudelli di onde cerebrali", disse Wu. "A nova tecnulugia serà cum'è un EEG per e piante".
Mandendu una piccula corrente elettrica in u troncu, chì poi viaghjà in tuttu u sistema radicali, TERI senterà a risposta elettrica di e radiche è di a terra è furnisce infurmazioni nantu à a massa radicali, a superficia, a prufundità è a distribuzione in u tarritoriu, inseme cù dati nantu à a struttura di a terra è u cuntenutu di umidità è cumu queste variabili cambianu cù u tempu.
In cuntrastu, l'approcciu cumunu di studià e pruprietà di e radiche, chì passa da u moniker "shovelomics", ùn implica micca assai più di una pala è un bucket d'acqua prima di l'analisi di e radiche in u laboratoriu. "Hè un metudu assai intensivu di travagliu è di bassa produzzione per caratterizà e radiche", disse Wu. "E quandu avete scavatu a radica, avete finitu. Ùn pudete micca guardà i cambiamenti cù u tempu ".
Wu hà iniziatu a prova iniziale in u laboratoriu. In seguitu hà da fà teste di campu cù i culturi di granu in cullaburazione cù A Fundazione Samuel Roberts Noble. Basatu in Ardmore, Oklahoma, a Noble Foundation hè u più grande istitutu di ricerca agricula indipendente in i Stati Uniti cù più di 13,500 ettari di terreni agriculi chì facenu ricerche per permette à l'agricultori è l'allevatori di aumentà a produtividade regiunale è a gestione di a terra.
Wu è u so squadra sò ancu partenarii cù Subsurface Insights, una piccula impresa focalizzata in u sviluppu di software per l'applicazioni geofisiche.
L'obiettivu di u prugettu hè di sviluppà a tecnulugia di fenotipamentu di a radica di a nova generazione integrata cù u modellu di l'ecosistema per accelerà l'allevu di cultivars focalizzati in e razzi cù certi tratti; per esempiu, megliu resiliency climatichi è megliu toleranza per l'acqua bassa è e cundizioni di fertilizante bassu. In ultimamente, l'uttellu puderia aiutà à aumentà i rendimenti mentre aumentendu l'ingaghjamentu di carbone à a terra.
Da i neutroni à i raghji gamma à a rilevazione di carbone
In u sicondu prughjettu, ancu premiatu $ 2.3 milioni, i fisici di Berkeley Lab guidati da Arun Persaud di u Divisione Accelerator Technology & Applied Physics (ATAP). custruirà un strumentu per analizà a chimica di u tarrenu, senza disturbà, per mezu di scattering neutroni inelasticu. "U generatore mandarà neutroni in a terra", disse Persaud. "Ogni neutronu pò reagisce cù l'atomi in a terra è generà un ragiu gamma, chì pudemu detectà sopra à terra cun un detector gamma. Allora misuremu l'energia di a gamma, è da questu pudete dì chì tipu d'atomu hè; carbone o ferru o aluminiu, per esempiu.
A tecnulugia simili hè attualmente aduprata in l'applicazioni di sicurità di a patria, cum'è a rilevazione di splusivi è altri materiali in carica, è hè un spaziu longu di ricerca in Berkeley Lab.
"Questa tecnulugia serà capaci di misurà micca solu quantu carboniu hè in u tarritoriu, ma ancu di fà cusì cù una risoluzione spaziale di pochi centimetri", disse Wim Leemans, direttore ATAP.
ersaud hà dettu chì, à u cuntrariu di e tecnulugii attuali per analizà e proprietà di a terra, sta tecnica pò esse impiegata in u campu è pò misurà i cambiamenti in u spaziu è u tempu senza disturbà a terra. I metudi standard avà implicanu a perforazione di nuclei di terra è fà analisi chimichi nantu à elli in u laboratoriu, chì ùn permettenu micca e misure ripetute di u stessu terrenu è ùn hè micca praticu nantu à grandi spazii.
Inseme cù u fisicu ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud hà da travaglià cù Adelphi Technology Inc. per sviluppà u generatore di neutroni. U sistema risultatu puderia eventualmente piglià a forma di un strumentu mobile chì piglia misure in situ in u campu di l'agricultore.
- Julie Chao, Università di California
Fonte: Università di California