Технология интеллектуальных датчиков поможет фермерам эффективнее использовать удобрения и сократить ущерб окружающей среде.
Технология, описанная в журнале Natural Foods, поможет производителям определить оптимальное время и необходимое количество удобрений с учетом таких факторов, как погодные условия и состояние почвы. Это позволит сократить дорогостоящее и экологически вредное чрезмерное удобрение почв, приводящее к выбросу парникового газа (оксида азота) и загрязнению почвы и водоемов.
Сегодня чрезмерное внесение удобрений сделало непригодными для использования 12% некогда пахотных земель мира, а использование азотных удобрений за последние 50 лет увеличилось на 600%.
Однако производителям сельскохозяйственных культур сложно точно регулировать использование удобрений: если их слишком много, они рискуют нанести вред окружающей среде, а если слишком мало, они рискуют получить более низкую урожайность;
Исследователи новой сенсорной технологии утверждают, что она может принести пользу окружающей среде и производителям.
Датчик, называемый химически функционализированным электрическим газовым датчиком на бумажной основе (chemPEGS), измеряет содержание аммония в почве – соединения, которое почвенные бактерии преобразуют в нитриты и нитраты. Он использует технологию искусственного интеллекта, называемую машинным обучением, комбинируя её с данными о погоде, времени, прошедшем с момента внесения удобрений, измерениями pH и электропроводности почвы. На основе этих данных он прогнозирует общее содержание азота в почве на текущий момент и через 12 дней, чтобы определить оптимальное время для внесения удобрений.
Исследование показывает, как это новое экономичное решение может помочь производителям получить максимальную выгоду при минимальном количестве удобрений, особенно для культур, требующих интенсивного использования удобрений, таких как пшеница. Эта технология может одновременно снизить издержки производителей и уменьшить вред, наносимый окружающей среде азотными удобрениями, наиболее распространенным типом удобрений.
Ведущий исследователь доктор Макс Грир с кафедры биоинженерии Имперского колледжа Лондона отметил: «Проблема чрезмерного удобрения, как с экологической, так и с экономической точки зрения, не может быть переоценена. Производительность и связанные с ней доходы снижаются из года в год, и в этом году у производителей нет инструментов, необходимых для решения этой проблемы».
«Наша технология поможет решить эту проблему, помогая фермерам оценить текущий уровень аммиака и нитратов в почве и прогнозировать будущие уровни с учётом погодных условий. Это позволяет им точно адаптировать внесение удобрений к конкретным потребностям почвы и культуры».
Избыток азотных удобрений приводит к выбросу в воздух закиси азота – парникового газа, в 300 раз более мощного, чем углекислый газ, и способствует возникновению климатического кризиса. Избыток удобрений также может смываться дождевой водой в водоёмы, лишая водные организмы кислорода, вызывая цветение водорослей и сокращая биоразнообразие.
Однако точная корректировка уровня удобрений в соответствии с потребностями почвы и растений остаётся сложной задачей. Анализы проводятся редко, и современные методы измерения содержания азота в почве предполагают отправку образцов почвы в лабораторию — длительный и дорогостоящий процесс, результаты которого к моменту попадания к фермерам имеют ограниченную ценность.
Доктор Фират Гудер, старший автор и ведущий научный сотрудник отдела биоинженерии Имперского университета, сказал: «Большую часть нашей пищи мы получаем из почвы — это невозобновляемый ресурс, и если мы не будем его защищать, мы его потеряем. Опять же, в сочетании с загрязнением азотом от сельского хозяйства, это создаёт для планеты головоломку, которую мы надеемся решить с помощью точного земледелия, которое, как мы надеемся, поможет снизить чрезмерное использование удобрений, одновременно повышая урожайность и прибыль производителей».
Время публикации: 20 мая 2024 г.