Микроорганизмы, дроны и искусственный интеллект сыграют ключевую роль в фермах будущего - «Технологии»

Удобрения, пестициды и генетически модифицированные семена танцуют танец смерти на почве, истощая её природные запасы, что не даёт фермерам выращивать культуры без использования ещё большего количества удобрений, пестицидов и модифицированных семян. Замкнутый кгруг. Принцип «Лучше жить, используя химию» превращает фермы в бесплодные места, не способные поддерживать естественный рост фруктов и овощей.

Больше пропитания для людей

ООН прогнозирует, что к середине нынешнего века население мира увеличится почти до 10 миллиардов человек. Если это так, фермерскому сообществу нужно будет производить на 70% больше пищи, чем сегодня. Это довольно сложная задача, учитывая растущую стоимость удобрений, пестицидов, семян и снижающуюся продуктивность почвы. Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса города Беркли, которая входит в состав Министерства энергетики США, объединили усилия со специалистами из Университета Арканзаса и компанией Glennoe Farms для решения этой проблемы. Они применяют молекулярную биологию, биогеохимию, экологию и роботизацию. Потенциально, эта комбинация может привести к революции в сельском хозяйстве.

Меньше удобрений и пестицидов

Исследователи настаивают на минимизации использования химических удобрений и пестицидов, что даст возможность вести возобновляемое сельское хозяйство, которое принесёт пользу окружающей среде и фермерским хозяйствам. В конечном итоге усилится поглощение углерода почвой, что повысит её продуктивность как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Главной частью исследования является понимание роли микроорганизмов в оздоровлении почвы. «Микроорганизмы – один из важнейших компонентов здоровья и производительности почвы, - отмечает учёный Бен Браун. - Поняв, как они живут и изменяют среду, в которой обитают, мы сможем создать колонии микроорганизмов для повышения продуктивности почвы. Кроме того, наблюдения лаборатории Беркли показывают, что здоровые почвы более устойчивы к систематическим потрясениям, таким как изменение климата, засуха и деятельность насекомых».

Читайте также: Измельченные скальные породы в почве улучшат урожайность и снизят содержание CO2 в атмосфере

На испытательной ферме площадью 1000 акров в окрестностях Штутгарта (штат Арканзас) Glennoe Farms пытается детальнее изучить процесс роста и развития сои, кукурузы и риса. Дроны летают над полями, делая гиперспектральные изображения сельскохозяйственных культур, а суперкомпьютеры выполняют секвенирование ДНК почвенных микроорганизмов, обнаруженных в разных точках фермы. Проблема состоит в том, что промышленные методы ведения сельского хозяйства истощили запасы активного углерода на большинстве сельскохозяйственных угодий страны. Исторически, активный углерод в почвах сельскохозяйственных угодий составлял около 10%. Сегодня его содержание снизилось до 1-2%.

«Наши фермеры попадают в зависимость от генетически модифицированных семян, удобрений, химических гербицидов и пестицидов, беспокоясь только об урожайности, - говорит Джей МакЭнтаер, менеджер Glennoe Farms. - Для фермера и землевладельца эта зависимость повышает затраты и увеличивает вероятность экономического краха. А для окружающей среды, возникает опасность опустынивания почв».

Микроорганизмы спасут почву

Учёные из лаборатории Беркли, видят решение проблемы в микроорганизмах. «Хорошая новость заключается в том, что есть множество микроорганизмов, которые имеют ферменты группы фитаза, способные превратить неорганический фосфор, в усваиваемые растениями формы. Соединения фосфора жизненно необходимы для нормального роста растения. Один кубический сантиметр почвы содержит миллионы видов микроорганизмов, но ближе к корню растения, их количество сокращается от миллионов к десяткам. Растения продуцируют бактерицидные вещества для выборочного уничтожения нежелательных микробов, а их полезные виды получают питательные от них вещества. Таким образом, растения "культивируют" колонии. Это чрезвычайно сложное симбиотическое взаимодействие, и нам мало что известно об этом», - говорит Браун.

Читайте также: Симбиоз солнечной энергетики и сельского хозяйства или Агрофотоэлектрика по-немецки

Применение технологий

Наблюдение за изменениями состава почвы заключается в том, что дроны делают снимки, а суперкомпьютеры анализируют их. Гиперспектральные датчики на беспилотниках способны обнаруживать крайне малые изменения в свете, отражающемся от полей. «Человеческий глаз имеет только три канала восприятия цвета: красный, зелёный и синий, - говорит Харуко Уэйнрайт, эксперт по методологии экологического мониторинга и оценки в лаборатории Беркли. - С такими ограниченными возможностями, вы только сможете отличить жёлтый лист от зелёного. Но с сотнями каналов вы сможете измерять содержание углерода и азота в растении, получите больше информации о здоровье и болезнях растений, химическом составе листа. Таким образом, можно влиять на урожайность сельскохозяйственных культур».

Применение технологий свяжет все данные вместе. «Коллектив лаборатории Беркли, является пионером в машинном обучении с помощью экспериментально полученной информации, - говорит Уэйнрайт. - Наша конечная цель – предоставить достоверную информацию фермерскому сообществу. Мы считаем, что эту проблему можно решить и надеемся доказать это в следующем году».

Почему исследования открыты для общественности?

Доступность информации, подчёркивает преимущество общественного финансирования и исследования над государственным, при котором вся информация тщательно скрывается. Правительство тратит слишком много ресурсов для проведения действительно больших военных кампаний и строительства стен, чтобы оградить государство от "альпинистов" с килограммами наркотиков за спиной. Информация, необходимая для понимания того, что происходит в почве ферм, просто недоступна для большинства фермеров. «У всех частных компаний есть большой денежный стимул, чтобы скрывать свои собственные исследования, поэтому они не могут использовать свои результаты в сочетании с другими исследованиями, - говорит Уэйнрайт. - Именно из-за этого лаборатория Беркли вмешалась в это. Мы не стимулируем прибыль».

Читайте также: Инкубатор Square Roots сделает вертикальные фермы массовыми

Источник: cleantechnica.com