Phân đạm tổng hợp đã biến đổi nền nông nghiệp trong cuộc Cách mạng Xanh, tăng năng suất cây trồng và an ninh lương thực lên một tầm cao mới. Tuy nhiên, bất chấp những cải thiện về hiệu quả sử dụng nitơ của cây trồng, những lo ngại về hiệu quả kém đã thúc đẩy sự phổ biến của phân bón cho đến ngày nay. Nitơ dư thừa sẽ xâm nhập vào các đường nước, bao gồm cả nước ngầm và trong khí quyển dưới dạng khí nhà kính mạnh.
Dự đoán lượng nitơ cần thiết cho một loại cây trồng cụ thể trong một năm cụ thể là một việc khó khăn. Bước đầu tiên là hiểu tình trạng nitơ của cây trồng trong thời gian thực, nhưng việc đo lượng nitơ lá bằng tay không thực tế và không thể thực hiện trong suốt một mùa vụ.
Trong một nghiên cứu đầu tiên, một nhóm nghiên cứu của Đại học Illinois đã đặt các cảm biến siêu kính trên máy bay để phát hiện nhanh chóng và chính xác tình trạng nitơ và khả năng quang hợp ở cây ngô.
Sheng Wang, tại Trung tâm Bền vững Hệ thống Nông nghiệp (ASC) và Sở Khoa học Tài nguyên và Môi trường (NRES) tại Đại học Illinois, là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: Các phép đo nitơ tại hiện trường rất tốn thời gian và công sức, nhưng kỹ thuật cảm biến siêu kính trên máy bay cho phép chúng tôi quét các trường rất nhanh, với tốc độ vài giây trên một mẫu Anh. Nó cũng cung cấp độ phân giải và không gian cao hơn nhiều so với các nghiên cứu tương tự sử dụng hình ảnh vệ tinh.
Ông cho biết thêm: “Cách tiếp cận của chúng tôi lấp đầy khoảng cách giữa các phép đo thực địa và vệ tinh, đồng thời cung cấp một cách tiếp cận hiệu quả về chi phí và độ chính xác cao để quản lý nitơ cây trồng trong nông nghiệp chính xác bền vững”.
Máy bay, được trang bị cảm biến hàng đầu có khả năng phát hiện bước sóng trong quang phổ hồng ngoại nhìn thấy và gần (400-2400 nanomet), đã bay qua cánh đồng thử nghiệm ở Illinois ba lần trong mùa trồng trọt năm 2019. Các nhà nghiên cứu cũng lấy các phép đo lá và tán cây tại hiện trường làm dữ liệu chân thực để so sánh với dữ liệu cảm biến.
Các chuyến bay đã phát hiện ra các đặc điểm nitơ của lá và tán cây, bao gồm một số đặc điểm liên quan đến khả năng quang hợp và năng suất hạt, với độ chính xác lên đến 85%.
Kaiyu Guan, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi thậm chí có thể dựa vào các cảm biến siêu kính âm thanh trong không khí để thay thế việc thu thập dữ liệu trên mặt đất mà không ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác. Trong khi đó, các cảm biến trên không cho phép chúng tôi bao phủ các khu vực rộng lớn hơn nhiều với chi phí thấp”.
Viễn thám thu nhận năng lượng phản xạ từ các bề mặt trên mặt đất. Thành phần hóa học của lá, bao gồm hàm lượng nitơ và chất diệp lục, thay đổi mức độ phản ánh năng lượng. Cảm biến siêu âm phát hiện sự khác biệt chỉ từ 3 đến 5 nanomet trên toàn bộ phạm vi của chúng, một độ nhạy chưa từng có trong các công nghệ viễn thám khác.
Wang giải thích: “Theo cách tiếp cận của chúng tôi, chúng tôi có thể phát hiện tình trạng nitơ của cây trồng và thực hiện một số điều chỉnh theo thời gian thực trong lĩnh vực nông nghiệp. Công nghệ này đưa ra tỷ lệ bón phân nitơ được khuyến nghị dựa trên sự cân bằng kinh tế giữa tỷ lệ phân bón nitơ trong đất và sản lượng mùa vụ. Phương pháp viễn thám của chúng tôi có thể cung cấp tình trạng dinh dưỡng của cây trồng, cho phép quản lý nitơ cây trồng theo thời gian thực, nâng cao hiệu quả sử dụng nitơ trong hệ thống nông nghiệp”.
Ông Guan cho biết việc đưa công nghệ này lên vệ tinh là mục tiêu cuối cùng, cho phép quan sát tình trạng nitơ của mọi cánh đồng vào đầu mùa trồng trọt. Công nghệ này sẽ cho phép nông dân đưa ra quyết định sáng suốt hơn về việc bón bổ sung nitơ. Tất nhiên, mục tiêu cuối cùng là cải thiện tính bền vững về môi trường của phân đạm trong các hệ thống nông học.
Lê Hồng Vân (Theo sciencedaily)
