Công nghệ cảm biến thông minh sẽ giúp nông dân sử dụng phân bón hiệu quả hơn và giảm thiểu tác động đến môi trường.
Công nghệ này, được mô tả trong tạp chí Natural Foods, có thể giúp người sản xuất xác định thời điểm tốt nhất để bón phân cho cây trồng và lượng phân bón cần thiết, có tính đến các yếu tố như thời tiết và điều kiện đất đai. Điều này sẽ giảm thiểu việc bón phân quá mức tốn kém và gây hại cho môi trường, vốn giải phóng khí nhà kính nitơ oxit và gây ô nhiễm đất và nguồn nước.
Hiện nay, việc bón phân quá mức đã khiến 12% diện tích đất canh tác trên thế giới trở nên không thể sử dụng được, và việc sử dụng phân bón nitơ đã tăng 600% trong 50 năm qua.
Tuy nhiên, người sản xuất cây trồng khó có thể điều chỉnh chính xác việc sử dụng phân bón: sử dụng quá nhiều sẽ gây hại cho môi trường, còn sử dụng quá ít sẽ dẫn đến năng suất thấp hơn;
Các nhà nghiên cứu về công nghệ cảm biến mới cho biết nó có thể mang lại lợi ích cho môi trường và người sản xuất.
Cảm biến này, được gọi là cảm biến khí điện hóa chức năng dựa trên giấy (chemPEGS), đo lượng amoni trong đất, một hợp chất được chuyển hóa thành nitrit và nitrat bởi vi khuẩn trong đất. Nó sử dụng một loại trí tuệ nhân tạo gọi là học máy, kết hợp với dữ liệu về thời tiết, thời gian kể từ khi bón phân, các phép đo độ pH và độ dẫn điện của đất. Nó sử dụng dữ liệu này để dự đoán tổng hàm lượng nitơ trong đất hiện tại và tổng hàm lượng nitơ trong 12 ngày tới để dự đoán thời điểm tốt nhất để bón phân.
Nghiên cứu này cho thấy giải pháp chi phí thấp mới này có thể giúp người sản xuất thu được lợi ích tối đa với lượng phân bón tối thiểu, đặc biệt là đối với các loại cây trồng cần nhiều phân bón như lúa mì. Công nghệ này có thể đồng thời giảm chi phí cho người sản xuất và giảm tác hại đến môi trường do phân bón nitơ, loại phân bón được sử dụng rộng rãi nhất.
Tiến sĩ Max Greer, trưởng nhóm nghiên cứu đến từ Khoa Kỹ thuật Sinh học tại Đại học Imperial College London, cho biết: “Vấn đề bón phân quá mức, xét từ cả khía cạnh môi trường và kinh tế, là vô cùng nghiêm trọng. Năng suất và thu nhập liên quan đang giảm dần qua từng năm. Năm nay, các nhà sản xuất hiện chưa có những công cụ cần thiết để giải quyết vấn đề này.”
“Công nghệ của chúng tôi có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách giúp người trồng hiểu được nồng độ amoni và nitrat hiện tại trong đất và dự đoán nồng độ trong tương lai dựa trên điều kiện thời tiết. Điều này cho phép họ điều chỉnh lượng phân bón bón cho phù hợp với nhu cầu cụ thể của đất và cây trồng.”
Phân bón chứa nitơ dư thừa sẽ thải ra khí nitơ oxit vào không khí, một loại khí nhà kính mạnh gấp 300 lần so với carbon dioxide và góp phần vào khủng hoảng khí hậu. Phân bón dư thừa cũng có thể bị nước mưa cuốn trôi vào các nguồn nước, làm thiếu oxy cho sinh vật thủy sinh, gây ra hiện tượng tảo nở hoa và làm giảm đa dạng sinh học.
Tuy nhiên, việc điều chỉnh chính xác lượng phân bón phù hợp với nhu cầu của đất và cây trồng vẫn là một thách thức. Việc kiểm tra rất hiếm, và các phương pháp hiện tại để đo lượng nitơ trong đất đều liên quan đến việc gửi mẫu đất đến phòng thí nghiệm - một quá trình tốn kém và mất thời gian, mà kết quả lại không có nhiều giá trị sử dụng khi đến tay người nông dân.
Tiến sĩ Firat Guder, tác giả chính và nhà nghiên cứu hàng đầu tại Khoa Kỹ thuật Sinh học của Đại học Imperial, cho biết: “Hầu hết thực phẩm của chúng ta đến từ đất – đó là một nguồn tài nguyên không thể tái tạo và nếu chúng ta không bảo vệ nó, chúng ta sẽ mất nó. Một lần nữa, sự kết hợp với ô nhiễm nitơ từ nông nghiệp tạo ra một vấn đề nan giải cho hành tinh mà chúng tôi hy vọng sẽ giúp giải quyết thông qua nông nghiệp chính xác, điều mà chúng tôi hy vọng sẽ giúp giảm thiểu việc bón phân quá mức đồng thời tăng năng suất cây trồng và lợi nhuận cho người trồng.”
Thời gian đăng bài: 20 tháng 5 năm 2024