دانشجوی ایرانی در دانشگاه پنسیلوانیا به فکر نجات کشاورزی و زاینده رود/ حسگرهای برگ می توانند به کشاورزان بگویند چه زمانی محصولات نیاز به آبیاری دارند

به گفته پژوهشگران دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه پنسیلوانیا حسگرهای منصوب بر گیاهان که ضخامت و ظرفیت الکترونیک برگ ها را اندازه گیری می کنند خبر مهمی به کشاورزان می دهد؛ به آن ها می گوید که چه زمانی سیستم های آبیاری خود را فعال کنند، که هم از هدر رفتن آب و هم تشنه ماندن گیاهان جلوگیری شود.

به گزارش ایانا از سایت "ساینس دیلی" نظارت مداوم بر "استرس آب" در گیاه به ویژه در مناطق کم باران بسیار مهم است و این کار به طور سنتی با اندازه گیری میزان رطوبت خاک یا توسعه مدل های تبخیر و تعرق انجام شده است که در مجموع تبخیر سطح زمین و تعرق گیاه را محاسبه می کند. اما پتانسیل برای افزایش بهره وری مصرف آب با تکنولوژی جدید که بسیار دقیق تر پی می برد که چه زمانی گیاه نیاز دارد تا آبیاری شود وجود دارد.

برای این مطالعه که اخیرا در مجله رسالات انجمن امریکایی مهندسان کشاورزی و زیست شناسی به سرپرستی امین افضل، نامزد درجه دکتری در علوم گیاهی منتشر شده است، به حسگر گیاه ظرفیت اندازه گیری همزمان ضخامت برگ و ظرفیت الکترونیکی برگ را اضافه کرده است، چیزی که تا پیش از این انجام نشده بود.

این کار بر روی یک گیاه گوجه فرنگی در یک اتاق پرورش گیاه با دمایی ثابت و دوازده ساعت خاموش - روشن کردن دوره نوری برای ۱۱ روز انجام شد. محیط رشد ترکیبی از کود گیاهی به همراه میزانی آب بود که با حسگر رطوبت خاک اندازه گیری می شد. میزان آب موجود در خاک برای سه روز نخست در سطح نسبتا بالا نگه داشته شد و پس از آن در طول دوره ی هشت روزه میزان آن کم شد.

این پژوهشگران به طور تصادفی شش برگ را که در معرض منابع نوری مستقیم قرار داشتند انتخاب کردند و حسگرهای برگ را با اجتناب از قرار دادن آنها بر آوندهای اصلی و کرانه ها بر آن ها نصب کردند. آنها اندازه گیری ها را بافواصل پنج دقیقه ای ثبت کردند.

تغییر روزانه ضخامت برگ بسیار اندک بود و زمانی که میزان رطوبت خاک از طیف بالا تا نقطه پژمرده شدن بود تغییرات روز به روز مهمی اتفاق نیوفتاد. با این حال، تغییر ضخامت برگ ها در سطوح زیر نقطه پژمرده شدن رطوبت خاک، قابل توجه تر بود، تا این که ضخامت برگ در طول دو روز پایانی این آزمایش، زمانی که میزان رطوبت به ۵ درصد رسید دارای ثبات شد.

ظرفیت الکتریکی که توانایی یک گیاه برای ذخیره انرژی، حفظ کردن سفت و سخت ثبات خود در طول دوره های تاریکی که میزان مواد غذایی حداقل است و به سرعت افزایش یافتن آن در دوره های روشنایی را نشان می دهد، حاکی از این است که ظرفیت الکتریکی بازتابی از فعالیت فتوسنتز است. تغییرات روزانه ظرفیت الکتریکی زمانی که رطوبت خاک زیر نقطه پژمرده شدن است کاهش یافت و زیر حجم ۱۱ درصد آب موجود در خاک به طور کامل بازایستاد، و این نشان می دهد که تاثیر استرس آب بر ظرفیت الکتریکی از طریق تاثیر آن بر فتوسنتز مشاهده شد.

افضل می گوید: "ضخامت برگ شبیه یک بالون است، با آب رسانی باد می کند و در اثر استرس آب یا کم آبی کوچک می شود". "مکانیزم پشت رابطه بین ظرفیت الکتریکی برگ و موقعیت آب پیچیده است. به طور ساده، ظرفیت الکتریکی برگ در پاسخ به تغییرات در وضعیت آب گیاه و نور محیط تغییر می کند. بنابراین تحلیل ضخامت برگ و تغییرات ظرفیتی، وضعیت آب گیاه را نشان می دهد، آبرسانی خوب در مقابل استرس آب".

این مطالعه جزو جدیدترین تحقیقات است. افضل امیدوار است که این پژوهش به توسعه یک سیستمی منتهی شود که در آن حسگرهای برگ اطلاعات دقیقی در مورد رطوبت گیاه در یک بخش مرکزی در زمین کشاورزی ارسال می کند که در نتیجه در زمان واقعی با سیستم های آبیاری برای آب دادن به محصولات تعامل می کند. او آرایشی را تصور می کند که در آن حسگرها، بخش های مرکزی و سیستم آبیاری، همه بدون وجود سیم با هم ارتباط برقرار می کنند و حسگرها می توانند به طور بی سیم با باتری ها یا سلول های خورشیدی شارژ شوند.

افضل که در دانشگاه فنی اصفهان در ایران برنامه ریزی الکترونیک و کامپیوتر خوانده و لیسانس خود را در مهندسی کشاورزی در همین دانشگاه گرفته است می گوید: "در نهایت تمام جزئیات می توانند توسط یک برنامه در گوشی های هوشمند مدیریت شوند". او مفهومی که در حال کار بر روی آن است را در مزرعه ای در ایالت پنسیلوانیا آزمایش می کند.

دو سال پیش او تیمی را که برنده جایگاه اول در کالج علوم کشاورزی مسابقه کشاورزی اسپرینگ بورد ( که یک رقابت تجاری- کارآفرینی است) شد و جایزه ای هفت هزارو ۵۰۰ دلاری برای کمک به توسعه این مفهوم به آن تعلق می گرفت، سرپرستی کرد.

افضل به دلیل این که در ایران بزرگ شده است می داند که دسترسی به آب سرنوشت کشاورزی را تعیین می کند. در دهه های اخیر رود زاینده رود در شهر مادری او، اصفهان خشک شده است و بسیاری از کشاورزان دیگر نمی توانند محصولات معمول را کشت کنند. افضل می گوید: "آب در کشور ما یک مشکل بزرگ است". "این مسئله یک انگیزه بزرگ برای پژوهش من بود".

اسجورد دویکر، استادیار مدیریت خاک، استاد راهنمای او و عضوی از تیم پژوهش می گوید تکنولوژی افضل بسیار نوید بخش است. روش فعلی برای تعیین آبیاری ناپخته است، در حالی که حسگرهای افضل مستقیما با بافت گیاه کار می کنند.

دویکر اضافه می کند: "من معتقدم که این حسگرها بهره وری استفاده از آب را به طور قابل توجهی بهبود خواهند بخشید". "کمبود آب در حال حاضر یک مشکل مهم وابسته به جغرافیای سیاسی است و کشاورزی مسئول استفاده از تقریبا ۷۰ درصد آب شیرین جهان است. بهبود در بهره وری استفاده از آب حیاتی خواهد بود".

در مطالعات بعدی، افضل به تازگی ارزیابی حسگرهای برگ را بر گیاهان گوجه فرنگی در یک گلخانه به پایان رسانده است. این نتایج، پیامدهای مطالعه ای که به تازگی منتشر شده است را تایید می کند. در پژوهش جدید، او در حال توسعه الگوریتمی برای ترجمه ضخامت برگ و تغییرات ظرفیتی به اطلاعات معنادار در مورد وضعیت آب گیاه است.

مترجم: بهاران پدرام