2010-ben a kaliforniai Csendes-óceáni Intézet, a globális vízgyűjtő tanár meghatározta azt a feltételt, amelyet a Föld „csúcsvíznek” nevezhet. Lazán analóg a csúcsolajjal, de nem csak az, hogy kifogy a víz. Az édesvíz nem tűnik el, de egyenletesebben eloszlik, egyre drágább lesz és nehezebben hozzáférhető. A Csendes-óceáni Intézet emeritikus elnöke, Peter Gleick szerint a világ számos részén vízstressz áll fenn, és a világszerte megszokott édesvíz 80% -a növények öntözésére kerül felhasználásra.
Körülbelül az elmúlt 40 évben az Egyesült Államok teljes vízfelhasználása egyensúlyba kezdett. Ennek egy része a jelentősen javult öntözésnek, részben a távoli érzékelési technológiáknak - műholdak, radar és drónok - a mezők vízstresszének felmérése a hőmérséklet vagy az eltérő hullámhosszon tükröződő mennyezet alapján. Minél jobban nyomon követhetjük a növények hidratációját, annál jobban elkerülhetjük növényeink túl- és alvíz-öntözését. De bár ezek a módszerek jól alkalmazhatók széles körű nézetekben, és átfogó képet adhatnak a használt vízmezőkről, a Penn State University munkatársai egy sokkal részletesebb módszert vizsgáltak a vízstressz mérésére növényről növényre.
A rendszer, amelyre a Penn State Research Foundation nemzetközi szabadalmat kért, tartalmaz egy bepattintható egységet, amely érzékelőket tartalmaz az egyes levelek vastagságának és elektromos kapacitásának, vagy töltésének tárolására alkalmas képességének felismerésére. Az érzékelők tömbét egy WiFi csomóponthoz csatlakoztatják, amely továbbítja az adatokat egy központi egységhez, amely nyomon követi a méréseket az idő során, és felhasználja azokat a vízstressz mutatóiként. Végül egy okostelefon-alkalmazás futtathatja az egész rendszert.
„Egy ilyen technika valós gyakorlati alkalmazásokba történő bevezetése nehéz, mert ennek könnyűnek, megbízhatónak és a növényt rombolónak kell lennie” - mondta Amin Afzal, az amerikai mezőgazdasági és biológiai társaság tranzakcióiban közzétett tanulmány vezető szerzője. Mérnökök . "Amit ebben a cikkben bemutatunk, ez egyfajta forradalom a növényi alapú technika számára, és remélhetőleg kifejleszteni tudjuk ezt a technikát, és végre szállíthatjuk be annak egy gyakorlati alkalmazásra."
A Penn State Research Foundation nemzetközi szabadalmat kért a rendszerre. (Amin Afzal) A vízstressz mérésére szolgáló jelenlegi szabványok elsősorban az evapotranszpilarációs modellekbe és a talajnedvesség-érzékelésbe esnek. Az előbbi magában foglalja a mezőn fellépő párolgás mértékének kiszámítását, a később pedig maga a talaj teszteli, de mindkét esetben a módszer a vízstressz helyének mérésére szolgál, ahelyett, hogy a növények közvetlenül ki vannak-e téve a stressznek.
A Penn State érzékelő kissé másképp működik. A klipben lévő Hall-effektus-érzékelő mágnesek segítségével határozza meg a klip egyik oldalától a távolságot; amint a levél kiszárad, a mágnesek közelebb kerülnek egymáshoz. Eközben egy kapacitásérzékelő méri a levél elektromos töltését. A víz az elektromosságot eltérően vezeti, mint a levél anyagát, és az érzékelő képes ezt olvasni. A terepi központi egység a kapacitást víztartalomként értelmezi, és továbbítja az öntözőrendszerhez. De a tesztek nappali eltérő kapacitást mutattak (szemben az éjszaka), amikor a levél fotoszintetikusan aktív volt.
Afzal és kollégái 11 nap alatt hagyták kiszáradni a kísérleti üzem talaját, öt percenként mérve a kapacitást és a vastagságot. Megfigyelték, hogy mindkét mutató a 9. nap körül, egészen addig, amíg a fizikai hervadás megfigyelhető volt, folyamatos viselkedést tartott fenn. Ezenkívül a kapacitás fel-le ugrott a 24 órás fényciklusok során, ami arra utal, hogy a kapacitás képes a fotoszintézist is kimutatni.
A Hall-effektus és a kapacitásérzékelőkkel felszerelt klip meghatározza a víztartalmat és továbbítja azt egy öntözőrendszerhez. (Amin Afzal) A szántóföldön csak egy növény kiválasztására lenne szükség monitorra. Egy nagyobb mezőnek több teljes érzékelőre lenne szüksége, különösen, ha különféle magasságokkal, talajokkal vagy határokkal rendelkezik, de egységenként kevesebb érzékelő szükséges. A várt 90 dollár körüli áron az egységek nem olcsók, de tartósak az elemekben, úgy tervezték, hogy több mint öt éve tartsanak, mondja Afzal.
A cél a hozam javítása (vagy legalábbis annak csökkentése), miközben csökken a szükséges vízmennyiség. Nyilvánvaló, hogy a túlvíz pazarlás. A víz alatti öntözés azonban csökkentheti a hozamot, mivel a vízhiányos növények kevesebbet termelnek, és ezzel csökkentik az általános vízhatékonyságot. Nem csak arról szól, hogy mennyi vizet használ, hanem az is, hogy a növények hogyan használják a nekik adott vizet - mondja Jose Chavez, a Colorado Állami Egyetem polgári és környezetvédelmi mérnökének egyetemi docensének, aki alaposan tanulmányozta az evapotranszpirációt a Colorado öntözésének jobb értékelése érdekében.
"A terméstől függően, ha ez nem hiányos öntözés - az optimálisnál kevesebbet alkalmazva -, néhány kapocs nagyon érzékeny lehet a sok termés elvesztésére" - mondja Chavez. "Az a technológia, amely időben észlelheti, amikor eléri ezt a szintet, megakadályozza a hozam elvesztését azáltal, hogy a vízgazdálkodót időben előkészíti."
A Penn State-i csapat egy paradicsomnövény hat levélén tesztelte az eszközt - nem nagy mintát. Afzal, aki jelenleg a Monsanto kutatási adattudósa, azt állítja, hogy a technológia más növényekre is alkalmazható, és nagyobb léptékben, de további vizsgálatokra lesz szükség a különféle növények és körülmények tesztelésére. Már rátette az érzékelőt a rizsnövényekre, amelyek elasztikus levelei meghosszabbodnak és zsugorodnak vízzel.
"Más csoportoknak ki kell venniük és értékeléseket kell végezniük, hogy megnézhessék, hogyan teljesít" - mondja Chavez. „Ha ez megmutatja, hogy megbízható-ea különféle növényekre és talajtípusokra történő munkavégzés szempontjából, hogy valóban meghatározzuk a stressz szintjét, azt hiszem, ez jó lenne. De mennyire méretezhető ez a nagyobb mezőkhöz, és mennyire következetesen replikálhatja ezeket a különféle felületeken és környezeteken? Ezek lennének a legfontosabb dolgok számomra. "
