Nền tảng canh tác thông minh cải thiện năng suất cây trồng, giảm thiểu ô nhiễm

Nguồn: Trường Đại học Texas tại Austin.

Một hệ thống canh tác mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở Austin nhằm giải quyết một trong những vấn đề lớn nhất của nền nông nghiệp hiện đại: Việc lạm dụng phân bón để cải thiện năng suất cây trồng và hậu quả là dòng hóa chất gây ô nhiễm không khí và nước trên thế giới.

Hệ thống canh tác thông minh sử dụng một loại hydrogel làm từ đồng để thu giữ chất thải nitrat dư thừa từ phân bón chảy tràn và biến nó thành ammoniac, là một thành phần quan trọng trong phân bón, sau đó có thể được tái sử dụng. Trong các thử nghiệm, hệ thống này có khả năng tương thích hoặc gia tăng năng suất cây trồng so với các phương pháp truyền thống đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

Guihua Yu, giáo sư khoa học vật liệu tại Khoa Walker của Trường Kỹ thuật Cockrell, Viện Kỹ thuật Cơ khí và Vật liệu Texas cho biết: “Chúng tôi đã thiết kế hệ thống này và cho thấy rằng nó có thể áp dụng cho cùng loại hoặc nhiều loại cây trồng mà không sử dụng quá nhiều nitơ, vốn có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và dẫn đến khí nhà kính có hại”.

Nghiên cứu được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences, cho thấy màng gel gốc đồng không chỉ tạo ra amoniac từ chất thải nitrat mà còn cảm nhận được hàm lượng đạm trong đất. Khả năng phát hiện này giúp xác định thời điểm tối ưu để chuyển hóa nitrat, một hợp chất nitơ quan trọng cho sự phát triển của cây trồng nhưng có thể là chất gây ô nhiễm, từ đất để chuyển thành amoniac, ngăn không cho nó thoát ra ngoài và gây ô nhiễm môi trường xung quanh.

Như là một phần của dự án, các nhà nghiên cứu đã làm việc với các chuyên gia nông nghiệp để so sánh công việc của họ với các phương pháp canh tác truyền thống. Hệ thống canh tác thông minh đã tạo ra những cây lúa mì và lúa gạo phát triển cao hơn với những chiếc lá to hơn, so với các phương pháp khác, với lượng nitơ thoát ra ít hơn.

Ngoài các tác động đến môi trường, việc sử dụng quá nhiều phân đạm cũng có thể kìm hãm sự phát triển của cây trồng, không đạt được mục đích cải thiện sản xuất. Bằng cách đồng thời sản xuất amoniac và theo dõi mức độ đạm, công nghệ mới này cải thiện sự phát triển của cây trồng bằng cách giúp cây trồng hấp thụ và sử dụng đạm hiệu quả hơn.

Được gọi là nông nghiệp thông minh, một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển. Các nhà lãnh đạo thế giới đang đương đầu với việc làm thế nào để sản xuất đủ lương thực cho dân số toàn cầu dự kiến sẽ tăng thêm hơn 2 tỷ người vào năm 2050 với quỹ đất hạn hẹp và nhu cầu giảm thiểu khí thải độc hại.

Nguồn: Trường Đại học Texas tại Austin.

Nông nghiệp không phải là ngành duy nhất tạo ra ô nhiễm đạm đáng kể. Nước thải công nghiệp và đô thị thường có hàm lượng nitrat cao do sản xuất đồ điện tử, chế biến thực phẩm, sản xuất dệt may, v.v.

Yu cho biết: “Chúng ta cần nuôi sống dân số ngày càng tăng, nhưng chúng ta cũng cần bảo vệ nguồn nước và không khí. Tìm cách thu giữ và tái chế nước thải nhiễm nitrat nặng có thể mang lại lợi ích to lớn trên diện rộng”.

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên những đột phá nông nghiệp trước đây của Yu và nhóm nghiên cứu của ông, bao gồm việc tạo ra đất giữ nước và một cách sáng tạo để sản xuất urê, một loại phân bón quan trọng khác. Bước tiếp theo của các nhà nghiên cứu sẽ là đưa trí tuệ nhân tạo vào nền tảng canh tác này. Bằng cách đó, họ mở rộng phạm vi các loại cây trồng mà họ có thể làm việc và tiếp tục mở rộng quy mô áp dụng bón phân.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org