Умная платформа для сельского хозяйства повышает урожайность и снижает загрязнение
Исследователи из Техасского университета в Остине разработали новую сельскохозяйственную систему, призванную решить одну из крупнейших проблем современного агропроизводства: чрезмерное использование удобрений для повышения урожайности и последующее химическое загрязнение воздуха и воды.
Умная система использует медно-гидрогелевую плёнку, которая улавливает избыточные нитраты из стоков удобрений и преобразует их в аммиак — ключевой компонент удобрений — для повторного использования. В испытаниях система показала способность обеспечивать такую же или более высокую урожайность по сравнению с традиционными методами, одновременно минимизируя воздействие на окружающую среду.
«Мы спроектировали эту систему и показали, что с её помощью можно выращивать столько же или больше культур без чрезмерного использования азота, который может загрязнять грунтовые воды и приводить к образованию вредных парниковых газов», — сказал Гуйхуа Ю, профессор материаловедения.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрирует, что медно-гидрогелевая плёнка не только производит аммиак из нитратных отходов, но и определяет уровень азота в почве. Эта способность к детекции помогает определить оптимальное время для удаления нитратов из почвы и их конверсии в аммиак, предотвращая их попадание в окружающую среду.
В рамках проекта исследователи совместно с агроэкспертами сравнили свою систему с традиционными методами. Умная система привела к выращиванию растений пшеницы и риса с более высоким стеблем и крупными листьями по сравнению с другими методами, при этом снизив сток азота.
Помимо экологического ущерба, избыточное использование азотных удобрений может также тормозить рост растений, сводя на нет цель повышения производства. Одновременно производя аммиак и контролируя уровень азота, новая технология улучшает рост культур, помогая растениям эффективнее поглощать и использовать азот.
Так называемое умное земледелие — это растущая область исследований. Мировые лидеры ищут способы производства достаточного количества пищи для растущего населения (ожидается увеличение более чем на 2 миллиарда человек к 2050 году) в условиях ограниченности земельных ресурсов и необходимости минимизации вредных выбросов.
Сельское хозяйство — не единственная отрасль, создающая значительное азотное загрязнение. Промышленные и муниципальные сточные воды часто содержат высокий уровень нитратов из-за производства электроники, переработки пищевых продуктов, текстильного производства и других процессов.
«Нам нужно кормить растущее население, но нам также необходимо защищать нашу воду и воздух. Поиск способов улавливания и переработки сточных вод с высоким содержанием нитратов может принести огромную пользу во всех сферах», — отметил Ю.
Данное исследование основано на предыдущих прорывах команды Ю в сельском хозяйстве, включая создание самополивающейся почвы и инновационный способ производства мочевины, ещё одного ключевого компонента удобрений. Следующим шагом исследователей станет внедрение искусственного интеллекта в эту сельскохозяйственную платформу. Это позволит расширить спектр культур и масштабировать операции по удобрению.