Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab), трудящейся с Фермами и Арканзасским университетом Glennoe, сохраняют надежду данный проект, что объединяет молекулярную биологию, биогеохимию, экологические разработки ощущения, и машинное обучение, коренным образом поменяет сельское хозяйство и создаст стабильные способы ведения сельского хозяйства, каковые приносят пользу и фермам и окружающей среде. В случае если успешный, они предполагают свойство уменьшить потребность в химических удобрениях и расширить углеродное поглощение земли, так улучшая долговременную жизнеспособность почвы, одновременно с этим увеличивая урожайность.
Центральная часть изучения осознаёт роль микробов в здоровье земли.«Микробы – производительности и здоровья критический компонент почвы», сообщил ученый Бен Браун. «Осознавая, как изменение и работа микробов внешней среды, где они функционируют, мы можем в конечном итоге спроектировать микробные сообщества, дабы расширить производительность земли.
Помимо этого, изучение Berkeley Lab говорит о том, что здоровые земли более эластичны к системным шокам, таким как изменение климата, насекомые и засуха».Главная неприятность для продвижения этих целей есть признанием большой пространственной изменчивости особенностей земли в единственной области и между областями. «AR1K Умная Ферма» проект объединил диапазон экспертных знаний, дабы сосредоточиться на 1 000-акровой ферме под Штутгартом, Арканзас, как испытательный стенд.
Проект – co-led Хэруко Уэйнрайтом, специалистом в методиках оценки и экологического мониторинга в области наук о Земле и Наук об окружающей среде Berkeley Lab, и Беном Брауном, специалистом в машинном обучении и микробным анализом в области Биологических наук.Земля: самая сложная экосистема на планетеНаселение в мире, как предвещает Организация Объединенных Наций, растет до 9,8 миллиардов к 2050; кормление, что многие люди потребуют подъема производства продуктов питания больше чем на 70 процентов.
Все же индустрализированные способы ведения сельского хозяйства исчерпали большая часть пахотной почвы страны активного углерода и уравновешенной микробной экосистемы. Это отражено в измерениях органического вещества что средние лишь 1 – 2 процента в большинстве сельхозугодий, если сравнивать с историческими уровнями примерно 10 процентов.«Отечественные фермеры зависят от тяжелого предписания генетически модифицированных семян, удобрения, пестицидов и химических гербицидов, дабы дать прибыльный урожай», сообщил Джей Макентайр, менеджер Ферм Glennoe. «Для фермера эта зависимость поднимает их производственные затраты и увеличивает их экономический риск.
Потому, что землевладелец исчерпал земли, и химические режимы воображают риски и для экономической и для экологической устойчивости».Основываясь на ТАЙНОЙ Berkeley Lab и Микробах к инициативам Биомов, координаторы проекта сохраняют надежду разрабатывать и оценивать микробные поправки, каковые смогут принимать во внимание «пробиотиками для земли», дабы заменить углерод, фосфор и другие питательные вещества, каковые были утрачены. Повторное применение оптовых химикатов и удобрений за эти годы исчерпало земли и нанесло второй ущерб окружающей среде, создав порочный круг, что делает текущую модель промышленного сельского хозяйства возможно нестабильной – и все более и более дорогой, потому, что все больше химических и основанных на рассыпной соли добавок удобрения требуется ежегодно.Помимо этого, поставка в мире фосфора ограничена.
Но Berkeley Lab преследует микробное ответ. «Хорошие новости, имеется партии и большое количество микробов, у которых имеется ферменты, названные phytases, каковые способны к повторно деланию растворимым неорганического фосфора», что есть по существу «остатками» в почве по окончании того, как фабрики поднимают то, в чем они нуждаются от горного фосфора, по словам Брауна.Тогда как понятие микробных поправок не новое – вправду, коммерческие продукты находятся на рынке – прогнозирующее познание того, как микробиом земли взаимодействует с и затрагивает рост завода, недостает.«Имеется миллионы видов микробов за кубический сантиметр земли», сообщил Браун. «Потому, что Вы приближаетесь к корню растения и его внутренним тканям, Вы идете от миллионов до десятков. Так, фабрики делают необыкновенную работу по сельскому хозяйству их микробиомов.
Они производят материалы, включая бактерицидные комплексы, дабы выборочно убить нежелательные микробы, и они производят еду, дабы простимулировать удачные микробы. Это – весьма симбиотическое и очень сложное сотрудничество, и мы практически ничего не понимаем об этом».Соединение 18 порядков величиныПроблема будет в выяснении причинно-следственных взаимоотношений между ростом завода и микробными поправками. «Вы пробуете соединить события во временных рамках, относящихся к молекулам к событиям, каковые происходят в течение шестимесячного сельскохозяйственного сезона», сообщил Браун. «Вы пробуете соединить что-то как 18 порядков величины через пространственно-временные весы.
Это без шуток нетривиально».Это – то, где беспилотники входят.Гиперспектральные датчики на беспилотниках будут в состоянии найти легкий коэффициент отражения от фабрик и видеть много каналов спектров от видимого до инфракрасной близости. «У людской глаза имеется лишь три канала – красный, зеленый, и светло синий», сообщил Уэйнрайт. «Вы видите, выглядит ли лист желтым либо зеленым. Но с сотнями каналов Вы имеете возможность измерить содержание азота и углерода, и Вы имеете возможность сообщить большое количество о здоровье растений, болезни растений либо химии страницы, все из которых затрагивают урожайность».
Помимо этого, поверхностные геофизические способы употребляются, дабы нанести на карту землю электрические особенности в 3D, что существенно руководит землёй микробные действия.Машинное обучение – инструмент, что свяжет все сведенья. «Научный подход команды, введенный в первый раз в Berkeley Lab, помещается, дабы применять, дабы объединить все данные в контексте машинного обучения», сообщил Уэйнрайт. «Отечественная конечная цель обязана дать преступную разведку сельскохозяйственному обществу».На данный момент у фермеров нет таковой информации, кроме того при том, что услуги и продукты появились, предоставив разные «громадные эти» ответа. «У всех частных компаний имеется громадный стимул захватить их личные комплекты данных, так, они не смогут употребляться вместе с другими комплектами данных», сообщил Уэйнрайт. «Это – то, где госсектор, как Berkeley Lab, может вступить. Мы не простимулированы прибылью».
Научная неприятность огромна, но очень преодолима. «Мы считаем, что это – послушная неприятность, и мы сохраняем надежду доказать его в следующем году», сообщил Браун.Команда Berkeley Lab включает Николу Фалько, Крэйга Ульриха, Батиста Даффлона, Луизу Гласс и Сьюзен Хаббард.
Они сотрудничают с Арканзасским университетом при помощи Лабораторного финансирования развития и Целенаправленного исследования и сотрудничества с Фермами Glennoe, землевладельцами и M2Capital Partners LLC.