У 2010. години, научници Калифорнијског института Пацифик, глобалног истраживачког центра за воду, дефинисали су стање које се Земља може суочити под називом "вршна вода". Лабаво, аналогно је вршној нафти, али није само да ће нам понестати воде. Свјежа вода неће нестати, али ће и даље постати неравномерно распоређена, све скупља и теже приступачна. Многи делови света се суочавају са воденим стресом, а 80 процената свеже воде која се користи широм света користи се за наводњавање усева, изјавио је председник емеритуса Пацифичког института Петер Глеицк.
У последњих 40 година или више, укупна употреба воде у Сједињеним Државама почела је да се смањује. Део за то је због знатно побољшаног наводњавања, а део због технологија даљинског детектовања - сателита, радара и беспилотних летелица - који процењују водни стрес у пољима на основу температуре или колико светлости се надстрешница огледа у различитим таласним дужинама. Што боље можемо пратити хидратацију у биљкама, то више можемо избећи и прекомерно залијевање усјева. Иако су ове методе погодне за широка гледишта и могу дати општу слику водених поља која користе, тим са Пенн Стате Университи истражује много детаљније методе мерења водног стреса, биљка по биљка.
Систем, за који је Пенн Стате Ресеарцх Фоундатион конкурисао за међународни патент, садржи јединицу са клипом која садржи сензоре за детекцију дебљине и електричне капацитете, или могућност складиштења појединачних листова. Низ сензора је повезан са ВиФи чвором, који податке прослеђује у централну јединицу која прати мерења током времена и користи их као показатеље водног стреса. На крају би апликација за паметне телефоне могла покренути читав систем.
„Примена такве технике у стварним практичним применама, то је тешко јер она мора бити лагана, поуздана, неразорна за биљку“, каже Амин Афзал, водећи аутор студије, која је објављена у часопису Трансакције Америчког друштва за пољопривредну и биолошку заједницу Инжињери . „Оно што је представљено у овом чланку, представља својеврсну револуцију за технику засновану на биљкама. Надамо се да ћемо ту технику развити и коначно једног дана искористити за практичне примене.“
Пенн Стате Ресеарцх Фоундатион пријавила је међународни патент за систем. (Амин Афзал) Постојећи стандарди за мерење водног стреса пре свега спадају у моделе евапотранспирације и испитивање влаге тла. Прва подразумева израчунавање количине испаравања на пољу, а касније и испитивање самог тла, али у оба случаја, техника је мерење проксидације због водног стреса, а не стреса под којим су биљке директно изложене.
Пенн Стате сензор дјелује мало другачије. Халлов сензор ефекта у клипу користи магнете за означавање удаљености од једне стране клипа до друге; како се лист суши, магнети се зближавају. У међувремену, сензор за капацитивност мери електрични набој у листу. Вода проводи струју другачије од лисног материјала и сензор то може очитати. Централна јединица на терену интерпретира капацитет као садржај воде и доводи га у систем за наводњавање. Али тестови су такође показали различите капацитете током дана (насупрот ноћу) када је лист био фотосинтетски активан.
Током 11 дана, Афзал и његове колеге су дозволили да се земља експерименталне биљке осуши, мерећи капацитет и дебљину сваких пет минута. Приметили су да обе метрике одржавају доследно понашање све до 9. дана, када је било примећено физичко венење. Поред тога, капацитет је скакао горе-доле током 24-сатног светлосног циклуса, што сугерише да капацитет такође може открити фотосинтезу.
Опремљен сензорима Халлове ефекта и капацитивности, копча одређује садржај воде и доводи је у систем за наводњавање. (Амин Афзал) На терену би само монтирање требало да буде потребан само избор биљака. За веће поље би било потребно више укупних сензора, посебно ако има различите узвисине, тла или границе, али за то је потребно мање сензора по јединици површине. По очекиваној цени од око 90 УСД, јединице нису јефтине, али су издржљиве у елементима, осмишљеним да трају више од пет година, каже Афзал.
Циљ је побољшати принос (или га барем не смањити) уз истовремено смањење потребне количине воде. Очигледно је да је прекомерна вода расипна. Али под водом се могу смањити приноси, јер биљке под стресом које производе воду стварају мање, чиме ће укупна ефикасност воде опадати. Не ради се само о томе колико воде користите, већ и како биљке користе воду коју им дајете, каже Јосе Цхавез, ванредни професор за грађевинско и еколошко инжењерство на Универзитету Цолорадо Стате, који је интензивно проучавао евапотранспирацију, како би боље процијенио наводњавање у Цолораду.
"У зависности од усева, ако није мањак наводњавања - примењивање мање од оптималног - неке спајалице могу бити веома подложне губитку великог приноса", каже Цхавез. „Технологија која би уочила време када достигне тај ниво спречила би губитак приноса припремајући водитеља воде пре времена.“
Тим из државе Пенн тестирао је уређај на шест листова једне биљке парадајза - не велике величине узорка. Афзал, који је сада научник података о истраживању у Монсанту, каже да је технологија примењива и на друге биљке и у већем обиму, али да ће ипак требати додатне студије за тестирање различитих усјева и услова. Већ је ставио сензор на биљке риже, које имају еластичне листове који се више протежу и скупљају водом.
"Остале групе ће требати да га покупе и изврше евалуације да би виделе како то ради", каже Цхавез. „Ако се покаже да је поуздано, у смислу рада за различите биљке и врсте тла, заиста прецизно одредити ниво стреса, мислим да би то било лепо. Али колико је то скалабилно на већим пољима и колико доследно их можете поновити на различитим врстама површина и окружења? То би биле кључне ствари за мене. "
