Por mais avançada que a agricultura se tenha tornado, continua a existir uma necessidade premente de formas não destrutivas de “ver” o solo. O Departamento de Energia dos EUA Agência de Projetos de Pesquisa Avançada - Energia (ARPA-E) concedeu 4.6 milhões de dólares ao Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) para dois projetos destinados a colmatar esta lacuna, fornecendo aos agricultores informações importantes para aumentar o rendimento das colheitas e, ao mesmo tempo, promover o armazenamento de carbono no solo.
Um projeto visa utilizar corrente elétrica para obter imagens do sistema radicular, o que irá acelerar a criação de culturas com raízes adaptadas a condições específicas (como a seca). O outro projeto desenvolverá uma nova técnica de imagem baseada no espalhamento de nêutrons para medir a distribuição de carbono e outros elementos no solo.
O Berkeley Lab recebeu esses prêmios competitivos da ARPA-E Programa de Observações da Rizosfera Otimizando Sequestro Terrestre (ROOTS), que procura desenvolver culturas que retirem carbono da atmosfera e o armazenem no solo – permitindo um aumento de 50% na profundidade e acumulação de deposição de carbono, ao mesmo tempo que reduz as emissões de óxido nitroso em 50% e aumenta a produtividade da água em 25%.
Os défices de carbono no solo são um fenómeno global resultante de muitas décadas de agricultura industrial. Os solos têm a capacidade de armazenar quantidades significativas de carbono, reduzindo as concentrações atmosféricas de dióxido de carbono e, ao mesmo tempo, melhorando a fertilidade do solo e a retenção de água.
Um EEG para plantas
O desenvolvimento da tecnologia Tomographic Electrical Rhizosphere Imaging (TERI), que recebeu US$ 2.3 milhões da ARPA-E, é liderado pelo geofísico Yuxin Wu do Berkeley Lab, também na Divisão de Ciências Climáticas e de Ecossistemas. “Você pode pensar nisso como imagens cerebrais, ou EEG, onde eletrodos presos à sua cabeça podem registrar padrões de ondas cerebrais”, disse Wu. “A nova tecnologia será como um EEG para as plantas.”
Ao enviar uma pequena corrente elétrica para o caule, que então viajará por todo o sistema radicular, o TERI detectará a resposta elétrica das raízes e do solo e fornecerá informações sobre a massa da raiz, área superficial, profundidade e distribuição no solo, juntamente com dados sobre a textura do solo e o teor de umidade e como essas variáveis mudam ao longo do tempo.
Em contraste, a abordagem comum para estudar as propriedades das raízes, conhecida pelo apelido de “shovelomics”, envolve não muito mais do que uma pá e um balde de água antes da análise das raízes no laboratório. “É um método muito trabalhoso e de baixo rendimento para caracterizar raízes”, disse Wu. “E depois de desenterrar a raiz, estará pronto. Você não pode observar as mudanças ao longo do tempo.”
Wu começou os testes iniciais no laboratório. Mais tarde, ele fará testes de campo com culturas de trigo em colaboração com Fundação Samuel Roberts Noble. Com sede em Ardmore, Oklahoma, a Noble Foundation é o maior instituto independente de pesquisa agrícola dos EUA, com mais de 13,500 acres de terras agrícolas realizando pesquisas para permitir que agricultores e pecuaristas aumentem a produtividade regional e o manejo da terra.
Wu e sua equipe também fizeram parceria com a Subsurface Insights, uma pequena empresa focada no desenvolvimento de software para aplicações geofísicas.
O objetivo do projeto é desenvolver tecnologia de fenotipagem radicular de próxima geração integrada com modelagem de ecossistema para acelerar o melhoramento de cultivares focadas em raízes com determinadas características; por exemplo, melhor resiliência climática e melhor tolerância a condições de escassez de água e de fertilizantes. Em última análise, a ferramenta poderia ajudar a aumentar a produtividade e, ao mesmo tempo, aumentar a entrada de carbono no solo.
Dos nêutrons aos raios gama à detecção de carbono
No segundo projeto, também premiado com US$ 2.3 milhões, os físicos do Berkeley Lab liderados por Arun Persaud do Divisão de Tecnologia de Aceleradores e Física Aplicada (ATAP) construirá um instrumento para analisar a química do solo, sem perturbá-lo, por meio de espalhamento inelástico de nêutrons. “O gerador enviará nêutrons para o solo”, disse Persaud. “Cada nêutron pode reagir com átomos do solo e gerar um raio gama, que podemos detectar na superfície com um detector gama. Depois medimos a energia gama, e a partir disso podemos dizer que tipo de átomo é; carbono, ferro ou alumínio, por exemplo.”
Tecnologia semelhante é usada atualmente em aplicações de segurança interna, como detecção de explosivos e outros materiais em cargas, e é uma área de pesquisa de longa data no Berkeley Lab.
“Esta tecnologia será capaz não apenas de medir a quantidade de carbono existente no solo, mas também de fazê-lo com uma resolução espacial de alguns centímetros”, disse Wim Leemans, diretor da ATAP.
ersaud disse que, diferentemente das tecnologias atuais de análise das propriedades do solo, essa técnica pode ser empregada no campo e pode medir mudanças no espaço e no tempo sem perturbar o solo. Os métodos padrão agora envolvem a perfuração de amostras de solo e a realização de análises químicas no laboratório, o que não permite medições repetidas do mesmo solo e não é prático em grandes áreas.
Juntamente com o físico da ATAP Bernhard Ludewigt, Persaud trabalhará com a Adelphi Technology Inc. O sistema resultante poderia eventualmente assumir a forma de um instrumento móvel que realiza medições in situ no campo de um agricultor.
- Julie Chao, Universidade da Califórnia
Fonte: Universidade da Califórnia