Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Geliştirilen yeni toprak sensörleri tarım sektöründe hava durumu ve toprağın durumu gibi faktörleri göz önünde bulundurarak en doğru zamanda en doğru miktarda gübre kullanımını sağlıyor. Bu sayede nitröz oksit sera gazı salınımı ve toprağın su yollarını kirletebilen aşırı gübrelemenin yüksek maliyetlerini ve doğaya zarar veren etkilerini azaltılabilir.

Aşırı gübreleme şimdiye kadar dünya çapında bir zamanlar ekilebilir arazilerin yüzde 12'sini kullanılamaz hale getirdi ve son 50 yılda nitrojen bazlı gübre kullanımı yüzde 600 arttı. Bununla birlikte, mahsul yetiştiricilerinin kendi gübre kullanımlarını tam olarak uyarlamaları oldukça zor. Geleneksel gübrelemede çevreye zarar verme ve yüksek maliyetin yanında düşük mahsul verimi riski mevcut. Bu yeni algılama teknolojisinin araştırmacıları sistemin hem çevre hem de yetiştiriciler için fayda sağlayabileceğini söylüyor. Kimyasal olarak işlevselleştirilmiş kâğıt bazlı elektriksel gaz sensörü (chemPEGS) olarak adlandırılan sensör, topraktaki amonyum seviyelerini ölçer.

Makine öğrenimi adı verilen bir tür yapay zekâ kullanarak bunu hava durumu verileri, gübrelemeden bu yana geçen süre, pH ve toprak iletkenlik ölçümleriyle birleştirir. Bu verileri, toprağın şu anda ne kadar toplam nitrojene sahip olduğunu ve gelecekte 12 güne kadar ne kadar olacağını tahmin ederek gübreleme için en uygun zamanı belirlemede kullanır. Araştırma bu yeni düşük maliyetli çözümün, yetiştiricilerin özellikle buğday gibi gübreye susamış ürünler için, minimum gübreleme ile maksimum ürün vermesine nasıl yardımcı olabileceğini tanımlıyor. Bu teknoloji, en yaygın kullanılan gübre türü olan azot bazlı gübrelerin yetiştiricilerin masraflarını ve çevreye verdiği zararı aynı anda azaltabilir.

Imperial College London Biyomühendislik Departmanında teknolojiyi birlikte geliştiren baş araştırmacı Dr. Max Grell şunları söyledi: "Aşırı gübreleme sorununu hem çevresel hem de ekonomik olarak düşürmek zor. Verimler ve bunun sonucunda elde edilen gelir yıldan yıla düşüyor ve yetiştiriciler bunu yapmıyor. Şu anda bununla mücadele etmek için ihtiyaç duydukları araçlara sahip değiller. Teknolojimiz, yetiştiricilerin şu anda toprakta ne kadar amonyak ve nitrat bulunduğunu bilmelerini ve hava koşullarına bağlı olarak gelecekte ne kadar olacağını tahmin etmelerini sağlayarak bu sorunun üstesinden gelmeye yardımcı olabilir." dedi.

Azot kirliliği

Fazla azotlu gübre havaya azot oksit salar. Bu karbondioksitten 300 kat daha güçlü ve iklim krizine katkıda bulunan bir sera gazı . Fazla gübre ayrıca yağmurla su yollarına karışabilir ve sudaki oksijeni yok eder, bu da alg patlamalarına ve biyolojik çeşitliliğin azalmasına neden olur. Bununla birlikte, gübreleme seviyelerini toprak ve mahsul ihtiyaçlarına tam olarak uyarlamak zor olmaya devam etmektedir. Yapılan testler ve toprak azotunu ölçmenin mevcut yolları, laboratuvarlara toprak numuneleri göndermeyi ve alınan sonuçları yetiştiriciye ulaştığında sınırlı kullanım sağlayan uzun ve pahalı bir süreçtir.

Bu yeni düşük maliyetli yaklaşım, toprağı test etme sürecini hızlandırabilir. Kâğıt bazlı elektriksel gaz sensörü (chemPEGS) yalnızca amonyumu ölçerken, makine öğrenimi bileşeni, topraktaki mevcut nitrat seviyelerini ve gelecekteki nitrat ve amonyum seviyelerini tahmin etmesine olanak tanır.

Imperial'in Biyomühendislik Bölümü'nden kıdemli yazar ve baş araştırmacı Dr. Fırat Güder şunları söyledi: "Gıdamızın çoğu topraktan geliyor ve yenilenemez bir kaynak, ona bakmazsak kaybedeceğiz. Tarımdan kaynaklanan nitrojen kirliliği, gezegen için hassas tarımla mücadeleye yardımcı olmayı umduğumuz bir muamma sunuyor. Algılama teknolojimiz, havanın gübreleme planlaması üzerindeki etkisini tahmin etmek için toprak azotunu yeterli doğrulukla ölçebilir ve tahmin edebilir ve mahsulün verimini ve yetiştiriciler için karları artırırken aşırı gübrelemeyi azaltmaya yardımcı olacağını umduğumuz mahsul gereksinimleri için zamanlamayı ayarlayabilir." dedi.

Araştırmacılar, şu anda prototip aşamasında olan chemPEGS ve ilgili AI teknolojisinin, daha fazla test ve üretim standardizasyonu ile üç ila beş yıl içinde ticarileştirmeye hazır olmasını bekliyor.

Kaynak:phys.org