Smart sensorteknik som ska hjälpa jordbrukare att använda gödselmedel mer effektivt och minska miljöskador.
Tekniken, som beskrivs i tidskriften Natural Foods, kan hjälpa producenter att avgöra den bästa tiden att applicera gödselmedel på grödor och hur mycket gödselmedel som behövs, med hänsyn till faktorer som väder- och jordförhållanden. Detta kommer att minska kostsam och miljöskadlig övergödsling av jordar, vilket släpper ut växthusgasen lustgas och förorenar jord och vattendrag.
Idag har övergödsling gjort 12 % av världens tidigare åkermark obrukbar, och användningen av kvävegödselmedel har ökat med 600 % under de senaste 50 åren.
Det är dock svårt för grödoproducenter att exakt reglera sin gödselanvändning: för mycket och de riskerar att skada miljön och för lite spendera och de riskerar lägre avkastning;
Forskare vid den nya sensortekniken säger att den kan gynna miljön och producenterna.
Sensorn, kallad en pappersbaserad kemiskt funktionaliserad elektrisk gassensor (chemPEGS), mäter mängden ammonium i jorden, en förening som omvandlas till nitrit och nitrat av jordbakterier. Den använder en typ av artificiell intelligens som kallas maskininlärning och kombinerar den med data om väder, tid sedan gödseltillförsel, mätningar av jordens pH-värde och konduktivitet. Den använder dessa data för att förutsäga jordens totala kvävehalt nu och den totala kvävehalten om 12 dagar för att förutsäga den bästa tiden att applicera gödsel.
Studien visar hur denna nya lågkostnadslösning kan hjälpa producenter att få ut mesta möjliga nytta av minsta möjliga mängd gödselmedel, särskilt för gödselintensiva grödor som vete. Denna teknik skulle samtidigt kunna minska producentkostnader och miljöskador från kvävegödselmedel, den mest använda typen av gödselmedel.
Huvudforskaren Dr Max Greer, från institutionen för bioteknik vid Imperial College London, sa: ”Problemet med övergödsling, både ur ett miljömässigt och ekonomiskt perspektiv, kan inte nog betonas. Produktiviteten och relaterade inkomster minskar år efter år i år, och tillverkarna har för närvarande inte de verktyg som behövs för att ta itu med problemet.”
”Vår teknik kan hjälpa till att lösa detta problem genom att hjälpa odlare att förstå aktuella ammoniak- och nitratnivåer i jorden och förutsäga framtida nivåer baserat på väderförhållanden. Detta gör att de kan finjustera sin gödselanvändning till de specifika behoven hos sin jord och gröda.”
Överskott av kvävegödselmedel släpper ut lustgas i luften, en växthusgas som är 300 gånger kraftigare än koldioxid och bidrar till klimatkrisen. Överskott av gödselmedel kan också spolas bort av regnvatten till vattendrag, vilket berövar vattenlevande organismer syre, orsakar algblomning och minskar den biologiska mångfalden.
Att exakt justera gödselnivåerna efter jordens och grödans behov är dock fortfarande en utmaning. Testning är sällsynt, och nuvarande metoder för att mäta kväve i marken innebär att jordprover skickas till ett laboratorium – en långdragen och dyr process vars resultat är av begränsad nytta när de når odlarna.
Dr Firat Guder, seniorförfattare och huvudforskare vid Imperials institution för bioteknik, sa: ”Det mesta av vår mat kommer från jorden – det är en icke-förnybar resurs och om vi inte skyddar den kommer vi att förlora den. Återigen, i kombination med kväveföroreningar från jordbruket skapar detta ett dilemma för planeten som vi hoppas kunna hjälpa till att lösa genom precisionsjordbruk, vilket vi hoppas kommer att bidra till att minska övergödsling samtidigt som det ökar skördarna och odlarnas vinster.”
Publiceringstid: 20 maj 2024