Το 2010, οι επιστήμονες στο Ινστιτούτο Ειρηνικού της Καλιφόρνιας, μια παγκόσμια ομάδα σκέψης για το νερό, όρισαν μια κατάσταση που μπορεί να αντιμετωπίσει η Γη με την ονομασία "αιχμή του νερού". Χαλαρά, είναι ανάλογη με το πετρέλαιο αιχμής, αλλά δεν είναι μόνο ότι θα εξαντληθούμε από το νερό. Το γλυκό νερό δεν θα εξαφανιστεί, αλλά θα καταστεί ακόμη πιο άνισα κατανεμημένο, όλο και πιο ακριβό και πιο δύσκολο να αποκτήσει πρόσβαση. Πολλά μέρη του κόσμου αντιμετωπίζουν το στρες από το νερό και το 80% του γλυκού νερού που χρησιμοποιείται σε όλο τον κόσμο χρησιμοποιείται για την καλλιέργεια αρδευτικών καλλιεργειών, σύμφωνα με τον επίτροπο του Ινστιτούτου Ειρηνικού, Peter Gleick.
Τα τελευταία 40 χρόνια περίπου, η συνολική χρήση νερού στις Ηνωμένες Πολιτείες άρχισε να εξαντλείται. Μέρος αυτού οφείλεται σε πολύ βελτιωμένη άρδευση και μέρος αυτών οφείλεται σε τεχνολογίες τηλεπισκόπησης-δορυφόροι, ραντάρ και drones-που αξιολογούν το στρες του νερού σε πεδία με βάση τη θερμοκρασία ή το πόσο φως το θόλο αντανακλάται σε διαφορετικά μήκη κύματος. Όσο καλύτερο μπορούμε να παρακολουθήσουμε την ενυδάτωση στα φυτά, τόσο περισσότερο μπορούμε να αποφύγουμε τόσο την υπερβολική όσο και την υποδαφιστική καλλιέργειά μας. Αλλά ενώ αυτές οι μέθοδοι είναι κατάλληλες για ευρείες απόψεις και μπορούν να δώσουν μια συνολική εικόνα των πεδίων των υδάτων που χρησιμοποιούν, μια ομάδα από το Penn State University έχει διερευνήσει μια πολύ πιο λεπτομερή μέθοδο μέτρησης του στρες του νερού, φυτών ανά φυτό.
Το σύστημα, για το οποίο το ίδρυμα Penn State Research έχει υποβάλει αίτηση για διεθνές δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, διαθέτει μια μονάδα κλιπ που περιέχει αισθητήρες για την ανίχνευση του πάχους και της ηλεκτρικής χωρητικότητας ή της δυνατότητας αποθήκευσης ενός φορτίου από μεμονωμένα φύλλα. Η συστοιχία αισθητήρων συνδέεται με έναν κόμβο WiFi, ο οποίος μεταδίδει τα δεδομένα σε μια κεντρική μονάδα που παρακολουθεί τις μετρήσεις με την πάροδο του χρόνου και τα χρησιμοποιεί ως δείκτες της πίεσης του νερού. Τελικά, μια εφαρμογή smartphone θα μπορούσε να τρέξει όλο το σύστημα.
"Εφαρμόζοντας μια τέτοια τεχνική σε πραγματικές πρακτικές εφαρμογές, αυτό είναι δύσκολο γιατί πρέπει να είναι ελαφρύ, αξιόπιστο, μη καταστρεπτικό για το φυτό", λέει ο Amin Afzal, κύριος συγγραφέας της μελέτης, ο οποίος δημοσιεύθηκε στις Συναλλαγές της Αμερικανικής Εταιρείας Γεωργικών και Βιολογικών Μηχανικοί . "Αυτό που παρουσιάζεται σε αυτό το άρθρο είναι ένα είδος επανάστασης για την τεχνική των φυτών και ελπίζουμε ότι μπορούμε να αναπτύξουμε αυτήν την τεχνική και τελικά να την παραδώσουμε κάποια μέρα για πρακτικές εφαρμογές".
Το ίδρυμα έρευνας του κράτους Penn έχει υποβάλει αίτηση για διεθνές δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το σύστημα. (Amin Afzal) Τα σημερινά πρότυπα για τη μέτρηση της πίεσης του νερού μειώνονται κυρίως στα μοντέλα εξατμισοδιαπνοής και στην ανίχνευση της υγρασίας του εδάφους. Ο πρώτος περιλαμβάνει τον υπολογισμό της ποσότητας της εξάτμισης που εμφανίζεται σε ένα πεδίο, και οι μεταγενέστερες δοκιμές του ίδιου του εδάφους, αλλά και στις δύο περιπτώσεις, η τεχνική μετρά τα πληρεξούσια για το υδατικό στρες και όχι το άγχος που τα φυτά βρίσκονται κάτω απ 'ευθείας.
Ο αισθητήρας Penn State λειτουργεί λίγο διαφορετικά. Ένας αισθητήρας Hall Effect στο κλιπ χρησιμοποιεί μαγνήτες για να πει την απόσταση από τη μια πλευρά του κλιπ στην άλλη. καθώς το φύλλο στεγνώνει, οι μαγνήτες πλησιάζουν. Εν τω μεταξύ, ένας αισθητήρας χωρητικότητας μετρά το ηλεκτρικό φορτίο στο φύλλο. Το νερό παράγει ηλεκτρισμό διαφορετικά από το φύλλο και ο αισθητήρας μπορεί να το διαβάσει. Μια κεντρική μονάδα στο πεδίο ερμηνεύει την χωρητικότητα ως περιεχόμενο νερού και την μεταδίδει στο σύστημα άρδευσης. Αλλά οι δοκιμές έδειξαν επίσης διαφορετική χωρητικότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας (έναντι της νύχτας) όταν το φύλλο ήταν φωτοσυνθετικά ενεργό.
Κατά τη διάρκεια των 11 ημερών, ο Afzal και οι συνάδελφοί του επέτρεψαν στο έδαφος της πειραματικής μονάδας να στεγνώσει, μετρώντας χωρητικότητα και πάχος κάθε πέντε λεπτά. Παρατήρησαν ότι και οι δύο μετρήσεις διατηρούσαν σταθερή συμπεριφορά μέχρι την ημέρα 9, όταν παρατηρήθηκε φυσική μαρασμό. Επιπλέον, η χωρητικότητα πήδηξε πάνω και κάτω κατά τους 24ωρους κύκλους φωτός, υποδηλώνοντας ότι η χωρητικότητα μπορεί επίσης να ανιχνεύσει τη φωτοσύνθεση.
Εξοπλισμένο με αισθητήρες Hall Effect και χωρητικότητας, το κλιπ καθορίζει το περιεχόμενο νερού και το μεταφέρει σε ένα σύστημα άρδευσης. (Amin Afzal) Στο πεδίο, μόνο μια επιλογή φυτών θα χρειαζόταν μόνιτορ. Ένα μεγαλύτερο πεδίο θα χρειαζόταν περισσότερους αισθητήρες, ειδικά εάν έχει μια ποικιλία ανυψώσεων, εδάφη ή σύνορα, αλλά απαιτούν λιγότερους αισθητήρες ανά μονάδα επιφάνειας. Σε μια αναμενόμενη τιμή περίπου 90 δολαρίων οι μονάδες δεν είναι φθηνές, αλλά είναι ανθεκτικές στα στοιχεία, σχεδιασμένα να διαρκούν περισσότερο από πέντε χρόνια, λέει ο Afzal.
Ο στόχος είναι να βελτιωθεί η απόδοση (ή τουλάχιστον να μην μειωθεί) μειώνοντας παράλληλα την απαραίτητη ποσότητα νερού. Προφανώς, η υπερχείλιση είναι σπατάλη. Αλλά η υποβρύχια μείωση μπορεί να μειώσει την απόδοση, καθώς τα υδρόφιλα φυτά παράγουν λιγότερα, καθιστώντας έτσι τη συνολική απόδοση του νερού κάτω. Δεν είναι μόνο για το πόσο νερό χρησιμοποιείτε αλλά πώς τα φυτά χρησιμοποιούν το νερό που τους δίνετε, λέει ο Jose Chavez, αναπληρωτής καθηγητής αστικής και περιβαλλοντικής μηχανικής στο State University του Κολοράντο, ο οποίος έχει μελετήσει ευρέως την εξατμισοδιαπνοή, για να αξιολογήσει καλύτερα την άρδευση στο Κολοράντο.
"Ανάλογα με την καλλιέργεια, αν δεν είναι έλλειψη άρδευσης-εφαρμόζοντας λιγότερο από το βέλτιστο-μερικοί συνδετήρες μπορεί να είναι πολύ επιρρεπείς στην απώλεια πολλών αποδόσεων", λέει ο Τσάβες. "Η τεχνολογία που θα ανιχνεύει μπροστά από το χρόνο που θα φτάσει σε αυτό το επίπεδο θα αποτρέψει την απώλεια της απόδοσης προετοιμάζοντας τον διαχειριστή νερού μπροστά από το χρόνο".
Η ομάδα της Penn State εξέτασε τη συσκευή σε έξι φύλλα ενός μοναδικού φυτού τομάτας, όχι σε μέγεθος δείγματος. Η Afzal, η οποία είναι πλέον επιστήμονας έρευνας δεδομένων της Monsanto, λέει ότι η τεχνολογία εφαρμόζεται σε άλλες εγκαταστάσεις και σε μεγαλύτερη κλίμακα, αλλά θα απαιτήσει περαιτέρω μελέτες για να δοκιμάσουν διαφορετικές καλλιέργειες και συνθήκες. Έχει ήδη τοποθετήσει τον αισθητήρα σε φυτά ρυζιού, τα οποία έχουν ελαστικά φύλλα που τεντώνονται και συρρικνώνονται περισσότερο με νερό.
"Άλλες ομάδες θα πρέπει να το πάρουν και να κάνουν αξιολογήσεις, για να δουν πώς εκτελεί", λέει ο Τσάβες. "Αν δείχνει ότι είναι αξιόπιστο, από την άποψη της εργασίας για διαφορετικά φυτά και τύπους εδάφους, για να εντοπίσει πραγματικά το επίπεδο του στρες, νομίζω ότι θα ήταν ωραίο. Αλλά πόσο κλιμακωτή είναι αυτή σε μεγαλύτερα πεδία και πόσο συνεπής μπορείτε να τα αντιγράψετε σε διαφορετικούς τύπους επιφανειών και περιβαλλόντων; Αυτά θα ήταν τα βασικά πράγματα για μένα. "
