През 2010 г. учени от Калифорнийския Тихоокеански институт, глобален воден мозъчен тръст, дефинираха състояние, което Земята може да срещне, наречено „върхова вода“. По-слабо, тя е аналогична на пиковата нефт, но не само че ще ни свърши вода. Прясната вода няма да изчезне, но ще стане все по-неравномерно разпределена, все по-скъпа и по-трудна за достъп. Много части на света са изправени пред воден стрес и 80 процента от прясната вода, която се използва по целия свят, се използва за напояване на културите, според президента на Тихия океан Peterit Gleick.
През последните 40 години или повече общото използване на водата в Съединените щати започна да се изравнява. Част от това се дължи на значително подобреното напояване, а част от това се дължи на технологиите за дистанционно наблюдение - спътници, радари и дронове - които оценяват водния стрес в полета въз основа на температурата или на колко светлина балдахинът се отразява в различни дължини на вълната. Колкото по-добре можем да проследим хидратацията в растенията, толкова повече можем да избегнем както прекомерното, така и недостатъчното поливане на нашите култури. Но въпреки че тези методи са подходящи за широки гледни точки и могат да дадат цялостна картина на водните полета, които използват, екип от Пенския държавен университет проучва много по-подробен метод за измерване на воден стрес, растение по растение.
Системата, за която Penn State Research Foundation е кандидатствала за международен патент, разполага с прикрепящо устройство, което съдържа сензори за откриване на дебелината и електрическия капацитет или способността да се съхранява заряд на отделни листа. Масивът от сензори е свързан към WiFi възел, който предава данните в централно устройство, което проследява измерванията във времето и ги използва като индикатори за воден стрес. В крайна сметка приложение за смартфон може да стартира цялата система.
„Прилагането на подобна техника в реални практически приложения, това е трудно, защото тя трябва да бъде лека, надеждна, неразрушителна за растението“, казва Амин Афзал, водещ автор на проучването, публикувано в сделките на Американското дружество за селскостопански и биологични продукти Инженери . „Това, което е представено в тази статия, е един вид революция за техниката на растителна основа и се надяваме, че можем да развием тази техника и най-накрая да я доставим някой ден за практически приложения.“
Държавната фондация за научни изследвания в Пен е подала заявка за международен патент за системата. (Амин Афзал) Настоящите стандарти за измерване на воден стрес попадат предимно в моделите на изпаряване и влагата на почвата. Първият включва изчисляване на количеството изпарение, възникнало на поле, а по-късното тества самата почва, но и в двата случая техниката е измерване на прокси за воден стрес, а не на напрежението, под което са подложени директно растенията.
Сензорът на Penn State работи малко по-различно. Сензор за ефект на Хол в клипа използва магнити, за да посочи разстоянието от едната страна на клипа до другата; като листът изсъхне, магнитите се сближават. Междувременно датчик за капацитет измерва електрическия заряд в крилото. Водата провежда електричество по различен начин от листовия материал и сензорът може да чете това. Централно устройство в полето интерпретира капацитета като съдържание на вода и го съобщава на напоителната система. Но тестовете също показаха различна вместимост през деня (срещу нощта), когато листът беше фотосинтетично активен.
В продължение на 11 дни Афзал и неговите колеги позволяват на почвата на експерименталното растение да изсъхне, измервайки капацитет и дебелина на всеки пет минути. Те забелязаха, че и двете показатели поддържат последователно поведение до около 9-ия ден, когато физическото увяхване се наблюдава. Освен това, капацитетът скочи нагоре и надолу през 24-часовите светлинни цикли, което предполага, че капацитетът може да открие и фотосинтеза.
Снабден с сензори за ефект и капацитет на Хол, клипът определя съдържанието на вода и го съобщава на напоителна система. (Амин Афзал) На полето само селекция от растения ще се нуждае от монитори. По-голямо поле ще се нуждае от повече общи сензори, особено ако има разнообразни възвишения, почви или граници, но изискват по-малко сензори на единица площ. При очаквана цена около 90 долара, агрегатите не са евтини, но са издръжливи в елементите, проектирани да издържат повече от пет години, казва Afzal.
Целта е да се подобри добива (или поне да не се намали), като същевременно се намали необходимото количество вода. Очевидно е прекаляването с вода. Но подводняването може да намали добива, тъй като растенията, които са подложени на вода, произвеждат по-малко, като по този начин намаляват общата ефективност на водата. Не става въпрос само за това колко вода използвате, но и как растенията използват водата, която им давате, казва Хосе Чавес, доцент по гражданско и екологично инженерство в Колорадоския държавен университет, който е изучавал широко евапотранспирацията, за да оцени по-добре напояването в Колорадо.
„В зависимост от реколтата, ако това не е дефицитно напояване - ако се прилага по-малко от оптималното - някои телбодове могат да бъдат много податливи на загуба на голям добив“, казва Чавес. „Технологията, която би открила преди време кога ще достигне това ниво, би предотвратила загубата на добива, като подготви управителя на водата преди време.“
Екипът от Penn State е тествал устройството на шест листа от едно-единствено доматено растение - не голям размер на пробата. Afzal, който сега е учен с данни за изследванията в Monsanto, казва, че технологията е приложима и за други растения и в по-голям мащаб, но все пак ще изисква допълнителни проучвания за тестване на различни култури и условия. Той вече е поставил сензора върху оризови растения, които имат еластични листа, които се разтягат и свиват повече с вода.
„Други групи ще трябва да го вземат и да направят оценки, за да видят как се представя“, казва Чавес. „Ако покаже, че по отношение на работата за различни растения и почвени типове е надеждно да се определи точно нивото на стрес, мисля, че би било хубаво. Но доколко това е мащабируемо на по-големи полета и колко последователни можете да ги възпроизведете на различни типове повърхности и среди? Това биха били ключовите неща за мен. "
