2010. aastal määratlesid ülemaailmse veemõõtmiskeskuse California Vaikse ookeani instituudi teadlased olukorra, mida Maa võib silmitsi pidada "tipptaseme veeks". Lõdvalt on see analoogne tipptasemel naftaga, kuid see ei tähenda ainult seda, et meil saaks vesi otsa. Mage vesi ei kao kuhugi, kuid see jaotub veelgi ebaühtlasemalt, muutub üha kallimaks ja raskemini ligipääsetavaks. Vaikse ookeani instituudi presidendi emeriit Peter Gleicki sõnul kasutatakse paljudes maailma osades veetressi ja 80 protsenti kogu maailmas kasutatavast mageveest kasutatakse põllukultuuride kastmiseks.
Umbes viimase 40 aasta jooksul on USA veetarbimine hakanud tasanduma. Osaliselt on see tingitud märgatavalt paranenud niisutamisest ja osa sellest kaugseiretehnoloogiate - satelliitide, radarite ja droonide - abil, mis hindavad vee stressi väljadel vastavalt temperatuurile või sellele, kui palju valguse varikatus peegeldub erinevatel lainepikkustel. Mida paremini suudame taimede hüdratsiooni jälgida, seda enam suudame vältida nii põllukultuuride üle- kui ka alajahtumist. Kuid kuigi need meetodid sobivad hästi laiale vaatele ja annavad üldise pildi kasutatavatest veteväljadest, on Penni osariigi ülikooli meeskond uurinud palju üksikasjalikumat meetodit veestressi mõõtmiseks taimede kaupa.
Süsteem, mille jaoks Penn State Research Foundation on taotlenud rahvusvahelist patenti, sisaldab kinnitatavat üksust, mis sisaldab andureid üksikute lehtede paksuse ja elektrilise mahtuvuse või laengu säilitamise võimaluse tuvastamiseks. Andurite massiiv on ühendatud WiFi-sõlmega, mis edastab andmed kesküksusesse, mis jälgib mõõtmisi aja jooksul ja kasutab neid veepinge indikaatoritena. Lõpuks võiks nutitelefoni rakendus käivitada kogu süsteemi.
"Sellise tehnika rakendamine reaalsetes praktilistes rakendustes on keeruline, kuna see peab olema taime jaoks kerge, usaldusväärne, mitte hävitav, " ütleb Ameerika Põllumajanduse ja Bioloogia Seltsi tehingutes avaldatud uuringu juhtiv autor Amin Afzal. Insenerid . "See, mida selles artiklis tutvustatakse, on see omamoodi taimepõhise tehnika revolutsioon ja loodetavasti suudame seda tehnikat edasi arendada ja lõpuks selle praktilisteks rakendusteks tarnida."
Penn State Research Fund on taotlenud süsteemi rahvusvahelist patenti. (Amin Afzal) Kehtivad veestressi mõõtmise standardid langevad peamiselt aurustumise ja mulla niiskuse tuvastamise mudelitesse. Esimene hõlmab põllul tekkiva aurustumise hulga arvutamist ja hilisem katsetab mulda ise, kuid mõlemal juhul mõõdetakse meetodiga vee stressi, mitte taimede otse all oleva stressi, puhverseisusid.
Penn State'i sensor töötab natuke teistmoodi. Klambri Halli efekti andur kasutab magneteid, et öelda vahemaa klambri ühelt küljelt teisele; kui leht kuivab, lähevad magnetid üksteisele lähemale. Vahepeal mõõdab mahtuvussensor lehes olevat elektrilaengut. Vesi juhib elektrit erinevalt lehtmaterjalist ja andur suudab seda lugeda. Välja keskseade tõlgendab mahtuvust veesisaldusena ja edastab selle niisutussüsteemile. Kuid testid näitasid ka erinevat mahtuvust päeval (versus öösel), kui leht oli fotosünteetiliselt aktiivne.
Afzal ja ta kolleegid lasid 11 päeva jooksul katseseadme pinnasel kuivada, mõõtes iga viie minuti järel mahtuvust ja paksust. Nad märkasid, et mõlemad mõõdikud säilitasid ühtlase käitumise kuni 9. päevani, mil oli täheldatav füüsiline närbumine. Lisaks hüppas mahtuvus 24-tunniste valgustsüklite ajal üles ja alla, mis viitab sellele, et mahtuvus suudab tuvastada ka fotosünteesi.
Halli efekti ja mahtuvussensoritega varustatud klamber määrab veesisalduse ja edastab selle niisutussüsteemile. (Amin Afzal) Põllul oleks monitoride järele vaja ainult valikut taimi. Suurem väli vajab rohkem andureid, eriti kui sellel on mitmesuguseid kõrgusi, muldasid või piire, kuid ühe ala pindala kohta on vaja vähem andureid. Eeldatava hinnaga, mis on umbes 90 dollarit, ei ole ühikud odavad, kuid need on elementides vastupidavad, kavandatud kestma rohkem kui viis aastat, ütleb Afzal.
Eesmärk on saagi parandamine (või vähemalt mitte vähendamine), vähendades samal ajal vajalikku veekogust. Ilmselt on ülevett joomine raiskav. Kuid veealune kastmine võib saaki vähendada, kuna veestressiga taimed toodavad vähem, vähendades sellega üldist veetõhusust. See ei tähenda ainult seda, kui palju vett te kasutate, vaid ka seda, kuidas taimed neile antud vett kasutavad, ütleb Colorado osariigi ülikooli tsiviil- ja keskkonnatehnika dotsent Jose Chavez, kes on põhjalikult uurinud evapotranspiratsiooni, et Colorados niisutamist paremini hinnata.
"Sõltuvalt põllukultuurist, kui see ei ole puudujääv niisutamine - kasutades optimaalsest väiksemat -, võivad mõned klambrid olla väga vastuvõtlikud, et kaotada palju saaki, " ütleb Chavez. "Tehnoloogia, mis tuvastaks selle taseme saavutamise enne tähtaega, hoiab ära saagikuse kaotamise, kui veehaldurit ette valmistada."
Penn State'i meeskond testis seadet ühe tomatitaime kuuel lehel - mitte suure proovi suurusel. Afzal, kes on nüüd Monsanto uurimisandmete teadlane, ütleb, et tehnoloogia on rakendatav ka teiste taimede jaoks ja seda ka laiemalt, kuid see nõuab siiski täiendavaid uuringuid erinevate põllukultuuride ja tingimuste testimiseks. Anduri pani ta juba riisitaimedele, millel on elastsed lehed, mis venivad ja kahanevad veega rohkem.
"Teised rühmad peavad selle üles võtma ja hindama, et näha, kuidas see toimib, " ütleb Chavez. „Kui see näitab, et erinevate taimede ja mullatüüpide tööpõhimõtete järgi on stressitaseme täpselt kindlaksmääramine usaldusväärne, oleks see minu arvates tore. Kuid kui skaleeritav on see suuremate väljade jaoks ja kui järjepidevalt saate neid replitseerida erinevat tüüpi pindadel ja keskkondades? Need oleksid minu jaoks peamised asjad. ”
