Cho đến nay, 12% diện tích đất canh tác một lần trên toàn thế giới không thể sử dụng được và việc sử dụng phân bón làm từ nitơ đã tăng 600% trong 50 năm qua. Tuy nhiên, người trồng cây rất khó để điều chỉnh chính xác việc sử dụng phân bón của mình: Nếu quá nhiều phân bón, họ có nguy cơ hủy hoại môi trường và lãng phí tiền bạc; quá ít thì họ có nguy cơ chỉ đạt được năng suất cây trồng kém. Các nhà nghiên cứu cho biết công nghệ cảm biến mới này nó có thể mang lại lợi ích cho cả môi trường và người trồng.
Cảm biến, được đặt tên là cảm biến khí điện dựa trên giấy có chức năng hóa học (chemPEGS), đo mức độ amoni trong đất - hợp chất được vi khuẩn đất chuyển thành nitrit và nitrat. Các nhà khoa học sử dụng một loại trí tuệ nhân tạo kết hợp dữ liệu này với dữ liệu thời tiết, thời gian kể từ khi bón phân, độ pH và các phép đo độ dẫn điện của đất. Công nghệ sử dụng những dữ liệu này để dự đoán tổng lượng nitơ mà đất có hiện tại và bao nhiêu sẽ có trong vòng 12 ngày tới trong tương lai, để dự đoán thời gian bón phân tối ưu.
Nghiên cứu xác định làm thế nào giải pháp chi phí thấp mới này có thể giúp người trồng trọt đạt năng suất tối đa với lượng bón phân tối thiểu, đặc biệt là đối với các loại cây trồng vốn cần phân bón như lúa mì. Công nghệ này đồng thời có thể giảm chi phí của người trồng và giảm tác hại đến môi trường do phân bón gốc nitơ - loại phân bón được sử dụng rộng rãi nhất.
Trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Max Grell, người đồng phát triển công nghệ tại Khoa Kỹ thuật Sinh học của Đại học Imperial College London, cho biết: “Thật khó để phóng đại vấn đề của việc lạm dụng hóa chất quá mức cả về môi trường và kinh tế. Năng suất và kết quả là thu nhập giảm theo từng năm, và người trồng trọt hiện không có các công cụ họ cần để chống lại điều này. Công nghệ của chúng tôi có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép người trồng biết được lượng amoniac và nitrat hiện có trong đất và dự đoán lượng amoniac và nitrat sẽ có trong tương lai dựa trên điều kiện thời tiết. Điều này có thể cho phép họ điều chỉnh việc bón phân cho phù hợp nhu cầu cụ thể của đất và cây trồng”.
Phân đạm dư thừa giải phóng oxit nitơ vào không khí, một loại khí nhà kính mạnh gấp 300 lần so với khí cácbonic và góp phần gây ra khủng hoảng khí hậu. Phân bón dư thừa cũng có thể bị mưa cuốn trôi vào các đường nước, nơi nó làm mất oxy của các loài thủy sinh, dẫn đến tảo nở hoa và giảm đa dạng sinh học.
Tuy nhiên, vẫn còn khó khăn trong việc điều chỉnh chính xác mức độ bón phân phù hợp với nhu cầu đất và cây trồng. Thử nghiệm là rất hiếm và các cách hiện tại để đo nitơ trong đất liên quan đến việc gửi các mẫu đất đến phòng thí nghiệm là một quá trình kéo dài và tốn kém mà kết quả chỉ được sử dụng hạn chế vào thời điểm chúng đến tay người trồng.
Cách tiếp cận mới với chi phí thấp này có thể đẩy nhanh quá trình thử nghiệm đất. Trong khi chemPEGS chỉ đo amoni, thiết bị này cho phép dự đoán mức nitrat hiện tại và mức nitrat và amoni trong đất trong tương lai.
Tác giả cao cấp và là nghiên cứu viên chính, Tiến sĩ Firat Guder, từ Cục Kỹ thuật sinh học của Imperial, cho biết: “Phần lớn thực phẩm của chúng ta đến từ đất - một nguồn tài nguyên không thể tái tạo và chúng ta sẽ mất nguồn tài nguyên này nếu chúng ta không chăm sóc nó. Điều này, kết hợp với ô nhiễm nitơ từ nông nghiệp, đặt ra một bài toán hóc búa cho hành tinh - một bài toán mà chúng tôi hy vọng sẽ giúp giải quyết vấn đề nông nghiệp chính xác. Công nghệ cảm biến của chúng tôi có thể đo lường và dự đoán lượng nitơ trong đất với đủ độ chính xác để dự báo tác động của thời tiết đến việc lập kế hoạch bón phân và điều chỉnh thời gian cho các yêu cầu của cây trồng. Chúng tôi hy vọng sẽ giúp giảm tình trạng bón quá mức đồng thời cải thiện năng suất và lợi nhuận của cây trồng cho người trồng”.
Nguyễn Minh Thu (Theo sciencedaily) - mard.gov.vn
