Dụng cụ cảm biến ánh sáng giúp người trồng hiểu biết thêm về nitơ

Một sinh viên sử dụng cảm biến tán hoạt động GreenSeeker trong một cánh đồng lúa mì vụ đông. Dữ liệu thu thập được sẽ giúp xác định trạng thái nitơ của cây trồng. Nguồn: Yuxin Miao.

Không có đủ nitơ, cây trồng không phát triển tốt, sản lượng giảm đáng kể. Mặt khác, bón phân quá nhiều, có thể gây hại cho môi trường. Nitơ có thể xâm nhập vào lưu vực sông, gây ô nhiễm hệ sinh thái dưới nước. Vi khuẩn cũng có thể chuyển đổi nitơ dư thừa thành nitơ oxit, một loại khí nhà kính có liên quan đến biến đổi khí hậu.

Yuxin Miao làm việc tại Đại học Minnesota cho rằng "Quản lý nitơ rất quan trọng đối với an ninh lương thực toàn cầu và cũng rất quan trọng để giảm ô nhiễm và biến đổi khí hậu".

Miao và các đồng nghiệp đã nghiên cứu cách để quản lý hiệu quả nitơ trong nông nghiệp thông qua việc so sánh một số cách tiếp cận. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng một phương pháp quản lý nitơ dựa trên cảm biến tán hoạt động là hiệu quả nhất.

Quản lý nitơ dựa trên cảm biến sử dụng các cảm biến ánh sáng để chủ động theo dõi sức khỏe và sức sống của cây trồng. Các cảm biến đo bước sóng ánh sáng khác nhau đến từ lá. Các phép đo này đại diện cho sức khỏe cây trồng.

Dựa trên các phép đo tại đồng ruộng, phần mềm cảm biến có thể tính toán lượng nitơ cần thiết. Nông dân có thể sử dụng những dữ liệu này để áp dụng tối ưu lượng nitơ cho cây trồng.

Với mục tiêu "cân đối nguồn cung cấp nitơ và nhu cầu nitơ của cây trồng". Điều đó cho phép cây trồng tiếp cận với phân bón nitơ đúng thời điểm. Đổi lại, điều đó có thể làm tăng năng suất.

Cách tiếp cận này có một số lợi ích so với các chiến lược quản lý nitơ khác. "Nó làm giảm ứng dụng phân bón nitơ tổng thể", Miao nói. "Nó cũng làm giảm thất thoát nitơ vào môi trường và giảm lượng khí thải nitơ oxit".

Hệ thống dựa trên cảm biến tán cũng có một số lợi thế khác: sử dụng các cảm biến nhanh chóng và không phá hủy, không có chi phí bổ sung ngoài việc mua các cảm biến. Ngoài ra, các mẫu cảm biến mới nhất không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường. Điều đó có nghĩa là người trồng có thể có được một phép đo chính xác mà không phụ thuộc vào thời tiết.

Theo Miao, "Công nghệ này có thể làm giảm việc sử dụng phân bón nitơ", "Nông dân có thể giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận kinh tế".

Để thử nghiệm các chiến lược quản lý nitơ khác nhau, Miao và các đồng nghiệp đã thực hiện các thí nghiệm thực địa từ năm 2008 đến 2012. Địa điểm nghiên cứu ở tỉnh Hà Bắc miền bắc Trung Quốc. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các chiến lược khác nhau trên hệ thống luân canh lúa mì mùa đông và ngô mùa hè.

Một số chiến lược quản lý nitơ khác được thử nghiệm làm giảm việc sử dụng phân bón. Nhưng tất cả đều có nhược điểm, ví dụ, có những hạn chế về công lao động, thời gian và chi phí.

Miao hy vọng các hệ thống cảm biến này sẽ vươn xa với phạm vi toàn cầu. "Chiến lược quản lý nitơ này sẽ có tác dụng với các loại cây trồng chủ lực ở nhiều quốc gia".

Nhưng Miao nghĩ rằng nông dân không thể làm điều đó một mình. Nông dân, nhà nghiên cứu và nhà cung cấp dịch vụ sẽ cần phải làm việc cùng nhau. "Điều đó có thể tạo điều kiện cho việc áp dụng rộng rãi hệ thống này, đặc biệt là ở các nước đang phát triển".