Tan avançada com ha arribat l'agricultura, encara hi ha una necessitat imperiosa de maneres no destructives de "veure" el sòl. El Departament d'Energia dels EUA Agència de Projectes de Recerca Avançada-Energia (ARPA-E) ha atorgat 4.6 milions de dòlars al Laboratori Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) per a dos projectes per abordar aquesta bretxa, donant als agricultors informació important per augmentar els rendiments dels cultius alhora que promou l'emmagatzematge de carboni al sòl.
Un projecte té com a objectiu utilitzar el corrent elèctric per imaginar el sistema radicular, la qual cosa accelerarà la reproducció de cultius amb arrels adaptades a condicions específiques (com ara la sequera). L'altre projecte desenvoluparà una nova tècnica d'imatge basada en la dispersió de neutrons per mesurar la distribució del carboni i altres elements al sòl.
Berkeley Lab va rebre aquests premis competitius d'ARPA-E Programa d'Optimització del Segrest Terrestre (ROOTS) d'observacions de la rizosfera, que pretén desenvolupar cultius que treguin el carboni de l'atmosfera i l'emmagatzemen al sòl, permetent un augment del 50 per cent de la profunditat de la deposició i l'acumulació de carboni alhora que redueixen les emissions d'òxid nitrós en un 50 per cent i augmenten la productivitat de l'aigua en un 25 per cent.
El dèficit de carboni del sòl és un fenomen global resultat de moltes dècades d'agricultura industrial. Els sòls tenen la capacitat d'emmagatzemar quantitats importants de carboni, reduint les concentracions de diòxid de carboni atmosfèric alhora que milloren la fertilitat del sòl i la retenció d'aigua.
Un EEG per a plantes
El desenvolupament de la tecnologia Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), que va rebre 2.3 milions de dòlars per ARPA-E, està dirigit pel geofísic de Berkeley Lab Yuxin Wu, també a la Divisió de Ciències del Clima i Ecosistemes. "Podeu pensar-ho com una imatge cerebral o EEG, on els elèctrodes connectats al vostre cap poden registrar patrons d'ones cerebrals", va dir Wu. "La nova tecnologia serà com un EEG per a les plantes".
En enviar un petit corrent elèctric a la tija, que després viatjarà per tot el sistema radicular, TERI detectarà la resposta elèctrica tant de les arrels com del sòl i proporcionarà informació sobre la massa de l'arrel, la superfície, la profunditat i la distribució al sòl, juntament amb dades sobre la textura del sòl i el contingut d'humitat i com aquestes variables canvien amb el temps.
En canvi, l'enfocament comú per estudiar les propietats de les arrels, que es coneix amb el sobrenom de "shovelomics", no implica gaire més que una pala i una galleda d'aigua abans de l'anàlisi de les arrels al laboratori. "És un mètode molt intensiu de mà d'obra i de baix rendiment per caracteritzar les arrels", va dir Wu. “I un cop desenterrades l'arrel, ja heu acabat. No pots mirar els canvis amb el pas del temps".
Wu ha començat les proves inicials al laboratori. Més endavant farà proves de camp amb cultius de blat en col·laboració amb La Fundació Samuel Roberts Noble. Amb seu a Ardmore, Oklahoma, la Fundació Noble és l'institut de recerca agrícola independent més gran dels Estats Units amb més de 13,500 acres de terres de conreu que duen a terme investigacions per permetre als agricultors i ramaders augmentar la productivitat regional i la custòdia de la terra.
Wu i el seu equip també s'associen amb Subsurface Insights, una petita empresa centrada en el desenvolupament de programari per a aplicacions geofísiques.
L'objectiu del projecte és desenvolupar una tecnologia de fenotipat d'arrels de nova generació integrada amb el modelatge d'ecosistemes per accelerar la reproducció de cultivars centrats en les arrels amb determinats trets; per exemple, una millor resistència al clima i una millor tolerància a condicions d'aigua baixa i baixes fertilitzants. En última instància, l'eina podria ajudar a augmentar els rendiments alhora que augmenta l'entrada de carboni al sòl.
Des dels neutrons als raigs gamma fins a la detecció de carboni
En el segon projecte, també atorgat 2.3 milions de dòlars, els físics del Berkeley Lab dirigits per Arun Persaud de la Divisió de tecnologia de l'accelerador i física aplicada (ATAP). construirà un instrument per analitzar la química del sòl, sense pertorbar-la, mitjançant la dispersió inelàstica de neutrons. "El generador enviarà neutrons al sòl", va dir Persaud. "Cada neutró pot reaccionar amb els àtoms del sòl i generar un raig gamma, que podem detectar sobre el sòl amb un detector gamma. Llavors mesurem l'energia de la gamma, i a partir d'això es pot saber quin tipus d'àtom és; carboni, ferro o alumini, per exemple”.
Actualment s'utilitza tecnologia similar en aplicacions de seguretat nacional, com ara la detecció d'explosius i altres materials a la càrrega, i és una àrea d'investigació de llarga durada al Berkeley Lab.
"Aquesta tecnologia no només podrà mesurar la quantitat de carboni que hi ha al sòl, sinó que també ho farà amb una resolució espacial d'uns quants centímetres", va dir Wim Leemans, director d'ATAP.
Ersaud va dir que, a diferència de les tecnologies actuals per analitzar les propietats del sòl, aquesta tècnica es pot utilitzar al camp i pot mesurar els canvis en l'espai i el temps sense pertorbar el sòl. Els mètodes estàndard ara impliquen perforar nuclis de sòl i fer-ne anàlisis químiques al laboratori, cosa que no permet repetir mesures del mateix sòl i no és pràctic en grans àrees.
Juntament amb el físic d'ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud treballarà amb Adelphi Technology Inc. per desenvolupar el generador de neutrons. El sistema resultant podria prendre la forma d'un instrument mòbil que pren mesures in situ al camp d'un agricultor.
- Julie Chao, Universitat de Califòrnia
Font: Universitat de Califòrnia