Умная фермерская платформа повышает урожайность и минимизирует загрязнение
Новая система земледелия, разработанная исследователями Техасского университета в Остине, направлена на решение одной из самых больших проблем современного сельского хозяйства — чрезмерного использования удобрений для повышения урожайности и возникающих, в результате, химических стоков, загрязняющих воздух и воду в мире.
В системе умного земледелия используется гидрогель на основе меди, который улавливает избыточные отходы нитратов из стоков удобрений и превращает их в аммиак — критический элемент в удобрениях — который затем можно использовать повторно. В ходе испытаний система показала возможность соответствовать или увеличивать урожайность по сравнению с традиционными методами, а также минимизировать воздействие на окружающую среду.
«Мы разработали эту систему и показали, что она может выращивать такие же или большее количество культур без чрезмерного использования азота , который может загрязнять грунтовые воды и приводить к вредным парниковым газам», — сказал Гуйхуа Ю, профессор материаловедения на кафедре Уокера Инженерной школы Кокрелла. Машиностроение и Техасский институт материалов.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что гелевая пленка на основе меди не только производит аммиак из нитратных отходов, но также определяет уровень азота в почве. Эта способность обнаружения помогает определить оптимальное время для удаления нитрата, соединения азота, которое важно для роста растений, но может быть загрязнителем, из почвы для преобразования в аммиак, предотвращая его утечку и загрязнение окружающей среды.
В рамках проекта исследователи работали с экспертами в области сельского хозяйства, чтобы сравнить их работу с традиционными методами ведения сельского хозяйства. Система «умного земледелия» позволила вырастить растения пшеницы и риса, которые выросли выше с более крупными листьями по сравнению с другими методами и с меньшим стоком азота.
Помимо воздействия на окружающую среду, избыточное использование азотных удобрений может также замедлить рост сельскохозяйственных культур, лишив их цели улучшения производства. Благодаря одновременному производству аммиака и отслеживанию уровня азота эта новая технология улучшает рост сельскохозяйственных культур, помогая растениям поглощать и использовать азот более эффективно.
Так называемое умное земледелие является растущей областью исследований. Мировые лидеры пытаются решить, как производить достаточно продовольствия для населения мира, которое, как ожидается, увеличится более чем на 2 миллиарда человек к 2050 году, в условиях нехватки земли и необходимости минимизировать вредные выбросы.
Исследование основано на предыдущих достижениях Ю и его команды в сельском хозяйстве, включая создание самоувлажняющейся почвы и инновационный способ производства мочевины, еще одного ключевого элемента удобрений. Следующим шагом исследователей будет внедрение искусственного интеллекта в эту сельскохозяйственную платформу. Делая это, они стремятся расширить спектр культур, с которыми они могут работать, и еще больше увеличить масштабы операций по внесению удобрений.
Исследование «Многофункциональный электрокатализатор с одним атомом меди, аэрогель для интеллектуального обнаружения и производства аммиака из нитрата», Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2305489120
Источник и фото: Техасский университет в Остине
