Leta 2010 so znanstveniki iz kalifornijskega inštituta Pacific, globalnega vodnega raziskovalnega središča, opredelili stanje, s katerim se lahko spopada Zemlja, imenovano "vrhunska voda." Loosely je analogno piku, vendar ne samo, da nam bo zmanjkalo vode. Sladka voda ne bo izginila, vendar bo postala še bolj neenakomerno razporejena, vse dražja in težje dostopna. Številni deli sveta se soočajo z vodnim stresom in 80 odstotkov sveže vode, ki se navadi po vsem svetu, se navadi za namakanje pridelkov, je povedal predsednik pacifiškega inštituta Peter Gleick.
V zadnjih 40 letih ali več se je celotna poraba vode v ZDA začela izravnati. Del tega je posledica močno izboljšanega namakanja, del tega pa zaradi tehnologij daljinskega zaznavanja - satelitov, radarja in brezpilotnih sistemov -, ki ocenjujejo vodni stres na poljih glede na temperaturo ali koliko svetlobe je krošnja odsevala v različnih valovnih dolžinah. Bolje ko lahko sledimo hidraciji rastlin, bolj se lahko izognemo prekomernemu zalivanju pridelkov in premajhnim pridelkom. Medtem ko te metode dobro ustrezajo širokim pogledom in lahko dajo celotno sliko o vodnih poljih, ki jih uporablja, skupina z univerze Penn State raziskuje veliko bolj podrobno metodo merjenja vodnega stresa, ki je odvisna od rastlin.
Sistem, za katerega je Penn State Research Foundation zaprosil za mednarodni patent, vsebuje enoto s pripenjanjem, ki vsebuje senzorje za zaznavanje debeline in električne kapacitivnosti ali zmožnost shranjevanja naboja posameznih listov. Niz senzorjev je povezano z vozliščem WiFi, ki podatke prenaša v centralno enoto, ki spremlja meritve skozi čas in jih uporablja kot indikatorje vodnega stresa. Sčasoma bi lahko aplikacija za pametni telefon zagnala celoten sistem.
"Izvajanje takšne tehnike v resničnih praktičnih aplikacijah je težko, saj mora biti rastlina lahka, zanesljiva, ne uničujoča, " pravi Amin Afzal, glavni avtor študije, ki je bila objavljena v reviji Ameriškega združenja za kmetijstvo in biologijo Inženirji . "To, kar je predstavljeno v tem članku, je nekakšna revolucija za tehniko na rastlinskih napravah in upamo, da bomo to tehniko lahko razvili in jo končno nekega dne uporabili za praktično uporabo."
Penn State Research Foundation je prijavila mednarodni patent za sistem. (Amin Afzal) Trenutni standardi za merjenje vodnega stresa sodijo predvsem na modele evapotranspiracije in zaznavanje vlage tal. Prva vključuje izračunavanje količine izhlapevanja na polju, pozneje pa preizkusi zemljo, vendar v obeh primerih tehnika meri meritve proksida za vodni stres, ne pa stresa, ki ga imajo rastline neposredno.
Senzor Penn State deluje nekoliko drugače. Hallov senzor v posnetku uporablja magnete za prikaz razdalje od ene strani posnetka do druge; Ko se list izsuši, se magneti zbližajo. Medtem kapacitivni senzor meri električni naboj v krilu. Voda vodi elektriko drugače kot listni material in senzor lahko to odčita. Osrednja enota na terenu razlaga kapacitivnost kot vsebnost vode in jo sporoča namakalnemu sistemu. Toda tudi testi so pokazali različno kapacitivnost podnevi (v primerjavi z nočno), ko je bil list fotosintezno aktiven.
V 11 dneh so Afzal in njegovi sodelavci dovolili, da se je zemlja eksperimentalne rastline posušila, vsakih pet minut so merili kapacitivnost in debelino. Opazili so, da sta obe meritvi ohranili dosledno vedenje do 9. dne, ko je bilo opaziti fizično vedenje. Poleg tega je kapacitivnost skakala navzgor in navzdol v 24-urnih svetlobnih ciklih, kar kaže na to, da kapacitivnost lahko zazna tudi fotosintezo.
Opremljen s Hallovimi senzorji učinka in kapacitivnostjo posnetek določa vsebnost vode in jo sporoča namakalnemu sistemu. (Amin Afzal) Na terenu bi monitorje potreboval le izbor rastlin. Večje polje bi potrebovalo več skupnih senzorjev, še posebej, če ima različne višine, tla ali obrobe, vendar potrebujejo manj senzorjev na enoto površine. Po pričakovanih cenah okrog 90 dolarjev enote niso poceni, vendar so v elementih trpežne, tako da lahko trajajo več kot pet let, pravi Afzal.
Cilj je izboljšati donos (ali ga vsaj ne zmanjšati), hkrati pa zmanjšati potrebno količino vode. Očitno je prekomerna voda potratna. Toda podzemna voda lahko zmanjša donos, saj rastline, ki so izpostavljene vodi, proizvedejo manj, s čimer se splošna učinkovitost vode zmanjša. Ne gre samo za to, koliko vode porabite, ampak kako rastline porabijo vodo, ki jim jo dajete, pravi Jose Chavez, izredni profesor za gradbeni in okoljski inženiring na univerzi Colorado State, ki je obsežno študiral evapotranspiracijo, da bi bolje ocenil namakanje v Koloradu.
"Odvisno od pridelka, če ne gre za namakanje s primanjkljajem - če uporabljamo manjše od optimalnega - so lahko nekateri sponki zelo dovzetni za izgubo veliko pridelka, " pravi Chavez. "Tehnologija, ki bi zaznala, kdaj bo dosegla to raven, bi preprečila izgubo donosa s pripravo vodnega upravljavca pred časom."
Ekipa iz države Penn je napravo preizkusila na šestih listih posamezne rastline paradižnikov - ni veliko velikosti vzorca. Afzal, ki je zdaj znanstvenik raziskovalnih podatkov v Monsantu, pravi, da je tehnologija uporabna tudi za druge rastline in v širšem obsegu, vendar bo še vedno potrebnih nadaljnjih študij za testiranje različnih pridelkov in pogojev. Senzor je že postavil na riževe rastline, ki imajo elastične liste, ki se bolj raztezajo in skrčijo z vodo.
"Druge skupine ga bodo morale pobrati in narediti ocene, da bi videle, kako deluje, " pravi Chavez. "Če se pokaže, da je zanesljivo v smislu dela z različnimi rastlinami in tlemi resnično določiti stopnjo stresa, mislim, da bi bilo to lepo. Toda kako razširljiva je to na večja polja in kako dosledno jih lahko ponovite na različnih vrstah površin in okolij? To bi bile zame ključne stvari. "
