Технология интеллектуальных датчиков поможет фермерам более эффективно использовать удобрения и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.
Технология, описанная в журнале Natural Foods, может помочь производителям определить оптимальное время для внесения удобрений и необходимое их количество, учитывая такие факторы, как погодные и почвенные условия. Это позволит сократить дорогостоящее и экологически вредное переудобрение почвы, которое приводит к выбросу парникового газа закиси азота и загрязнению почвы и водоемов.
Сегодня чрезмерное использование удобрений сделало непригодными для земледелия 12% некогда пахотных земель мира, а применение азотных удобрений за последние 50 лет увеличилось на 600%.
Однако производителям сельскохозяйственной продукции сложно точно регулировать использование удобрений: слишком большое количество может нанести вред окружающей среде, а слишком малое – привести к снижению урожайности;
Исследователи, занимающиеся разработкой новых сенсорных технологий, утверждают, что они могут принести пользу окружающей среде и производителям.
Датчик, называемый химически функционализированным электрическим газовым датчиком на бумажной основе (chemPEGS), измеряет количество аммония в почве — соединения, которое почвенные бактерии преобразуют в нитрит и нитрат. Он использует тип искусственного интеллекта, называемый машинным обучением, сочетая его с данными о погоде, времени, прошедшем с момента внесения удобрений, измерениями pH и электропроводности почвы. Эти данные используются для прогнозирования общего содержания азота в почве сейчас и через 12 дней, чтобы определить оптимальное время для внесения удобрений.
Исследование показывает, как это новое недорогое решение может помочь производителям получить максимальную выгоду при минимальном количестве удобрений, особенно для культур, требующих большого количества удобрений, таких как пшеница. Эта технология может одновременно снизить затраты производителей и уменьшить вредное воздействие азотных удобрений, наиболее распространенного типа удобрений, на окружающую среду.
Ведущий исследователь, доктор Макс Грир из Департамента биоинженерии Имперского колледжа Лондона, сказал: «Проблему чрезмерного удобрения, как с экологической, так и с экономической точки зрения, невозможно переоценить. Производительность и связанные с ней доходы снижаются из года в год. В этом году производители не располагают необходимыми инструментами для решения этой проблемы».
«Наша технология может помочь решить эту проблему, помогая фермерам понимать текущий уровень аммиака и нитратов в почве и прогнозировать будущие уровни на основе погодных условий. Это позволяет им точно настраивать внесение удобрений в соответствии с конкретными потребностями почвы и культуры».
Избыток азотных удобрений выбрасывает в атмосферу закись азота — парниковый газ, в 300 раз более мощный, чем углекислый газ, и способствующий климатическому кризису. Избыток удобрений также может смываться дождевой водой в водоемы, лишая водную флору и фауну кислорода, вызывая цветение водорослей и снижая биоразнообразие.
Однако точная корректировка уровня удобрений в соответствии с потребностями почвы и урожая остается сложной задачей. Проведение анализов встречается редко, а существующие методы измерения содержания азота в почве предполагают отправку образцов почвы в лабораторию — длительный и дорогостоящий процесс, результаты которого к моменту поступления к фермерам имеют ограниченную ценность.
Доктор Фират Гудер, старший автор и ведущий исследователь кафедры биоинженерии Имперского колледжа, сказал: «Большая часть нашей пищи поступает из почвы — это невозобновляемый ресурс, и если мы не будем его защищать, мы его потеряем. Кроме того, в сочетании с загрязнением азотом от сельского хозяйства это создает сложную проблему для планеты, которую мы надеемся помочь решить с помощью точного земледелия, которое, как мы надеемся, поможет сократить чрезмерное использование удобрений, одновременно увеличивая урожайность и прибыль фермеров».
Дата публикации: 20 мая 2024 г.