Wrth i amaethyddiaeth ddatblygu, mae angen dybryd o hyd am ffyrdd annistrywiol o “weld” i'r pridd. Adran Ynni'r UD Asiantaeth-Ynni Prosiectau Ymchwil Uwch (ARPA-E) wedi dyfarnu $4.6 miliwn i Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ar gyfer dau brosiect i fynd i'r afael â'r bwlch hwn, gan roi gwybodaeth bwysig i ffermwyr i gynyddu cynnyrch cnydau tra hefyd yn hyrwyddo storio carbon mewn pridd.
Nod un prosiect yw defnyddio cerrynt trydanol i ddelweddu’r system wreiddiau, a fydd yn cyflymu’r broses o fridio cnydau â gwreiddiau sydd wedi’u teilwra i amodau penodol (fel sychder). Bydd y prosiect arall yn datblygu techneg ddelweddu newydd yn seiliedig ar wasgaru niwtronau i fesur dosbarthiad carbon ac elfennau eraill yn y pridd.
Derbyniodd Berkeley Lab y gwobrau cystadleuol hyn gan ARPA-E's Arsylwadau Rhizosffer Rhaglen Optimeiddio Atafaelu Daearol (ROOTS)., sy'n ceisio datblygu cnydau sy'n tynnu carbon allan o'r atmosffer ac yn ei storio yn y pridd - gan alluogi cynnydd o 50 y cant yn nyfnder a chroniad dyddodiad carbon tra hefyd yn lleihau allyriadau ocsid nitraidd 50 y cant a chynyddu cynhyrchiant dŵr 25 y cant.
Mae diffygion carbon pridd yn ffenomen fyd-eang sy'n deillio o ddegawdau lawer o amaethyddiaeth ddiwydiannol. Mae gan briddoedd y gallu i storio symiau sylweddol o garbon, gan leihau crynodiadau carbon deuocsid atmosfferig tra hefyd yn gwella ffrwythlondeb pridd a chadw dŵr.
EEG ar gyfer planhigion
Mae datblygiad technoleg Delweddu Rhisosffer Trydanol Tomograffig (TERI), a gafodd $2.3 miliwn gan ARPA-E, yn cael ei arwain gan geoffisegydd Berkeley Lab, Yuxin Wu, sydd hefyd yn yr Is-adran Gwyddorau Hinsawdd ac Ecosystem. “Gallwch chi feddwl amdano fel delweddu ymennydd, neu EEG, lle gall electrodau sydd ynghlwm wrth eich pen gofnodi patrymau tonnau ymennydd,” meddai Wu. “Bydd y dechnoleg newydd fel EEG ar gyfer planhigion.”
Trwy anfon cerrynt trydanol bach i'r coesyn, a fydd wedyn yn teithio trwy'r system wreiddiau, bydd TERI yn synhwyro ymateb trydanol y gwreiddiau a'r pridd ac yn darparu gwybodaeth am fàs gwraidd, arwynebedd, dyfnder a dosbarthiad yn y pridd, ynghyd â data ar ansawdd pridd a chynnwys lleithder a sut mae'r newidynnau hyn yn newid dros amser.
Mewn cyferbyniad, nid yw'r dull cyffredin o astudio priodweddau gwreiddiau, sy'n mynd gan y moniker “shovelomics,” yn golygu llawer mwy na rhaw a bwced o ddŵr cyn dadansoddi gwreiddiau yn y labordy. “Mae'n ddull llafurddwys a thrwybwn isel iawn i nodweddu gwreiddiau,” meddai Wu. “Ac ar ôl i chi gloddio'r gwraidd, rydych chi wedi gorffen. Allwch chi ddim edrych ar newidiadau dros amser.”
Mae Wu wedi dechrau profion cychwynnol yn y labordy. Yn ddiweddarach bydd yn cynnal profion maes gyda chnydau gwenith mewn cydweithrediad â Sefydliad Samuel Roberts Noble. Wedi'i leoli yn Ardmore, Oklahoma, y Noble Foundation yw'r sefydliad ymchwil amaethyddol annibynnol mwyaf yn yr Unol Daleithiau gyda mwy na 13,500 erw o dir fferm yn cynnal ymchwil i alluogi ffermwyr a cheidwaid i gynyddu cynhyrchiant rhanbarthol a stiwardiaeth tir.
Mae Wu a'i dîm hefyd yn partneru â Subsurface Insights, busnes bach sy'n canolbwyntio ar ddatblygu meddalwedd ar gyfer cymwysiadau geoffisegol.
Nod y prosiect yw datblygu technoleg ffenoteipio gwreiddiau cenhedlaeth nesaf wedi'i hintegreiddio â modelu ecosystemau i gyflymu bridio cyltifarau sy'n canolbwyntio ar wreiddiau â nodweddion penodol; er enghraifft, gwell gwytnwch hinsawdd a gwell goddefgarwch ar gyfer amodau dŵr isel a gwrtaith isel. Yn y pen draw, gallai'r offeryn helpu i gynyddu cynnyrch tra'n cynyddu mewnbwn carbon i'r pridd.
O niwtronau i belydrau gama i ganfod carbon
Yn yr ail brosiect, hefyd wedi dyfarnu $2.3 miliwn, mae ffisegwyr Berkeley Lab dan arweiniad Arun Persaud o'r Is-adran Technoleg Cyflymydd a Ffiseg Gymhwysol (ATAP). adeiladu offeryn i ddadansoddi cemeg pridd, heb darfu arno, trwy wasgaru niwtronau anelastig. “Bydd y generadur yn anfon niwtronau i’r pridd,” meddai Persaud. “Gall pob niwtron adweithio ag atomau yn y pridd a chynhyrchu pelydr gama, y gallwn ei ganfod uwchben y ddaear gyda synhwyrydd gama. Yna rydyn ni'n mesur egni'r gama, ac o hynny gallwch chi ddweud pa fath o atom ydyw; carbon neu haearn neu alwminiwm, er enghraifft.”
Defnyddir technoleg debyg ar hyn o bryd mewn cymwysiadau diogelwch mamwlad, megis canfod ffrwydron a deunyddiau eraill mewn cargo, ac mae'n faes ymchwil hir-amser yn Berkeley Lab.
“Bydd y dechnoleg hon nid yn unig yn gallu mesur faint o garbon sydd yn y pridd ond hefyd yn gallu gwneud hynny gyda chydraniad gofodol o ychydig gentimetrau,” meddai Wim Leemans, cyfarwyddwr ATAP.
Dywedodd ersaud, yn wahanol i dechnolegau cyfredol ar gyfer dadansoddi priodweddau pridd, y gellir defnyddio'r dechneg hon yn y maes a gall fesur newidiadau dros ofod ac amser heb darfu ar y pridd. Mae dulliau safonol bellach yn cynnwys drilio creiddiau pridd a gwneud dadansoddiadau cemegol arnynt yn ôl yn y labordy, nad yw'n caniatáu ar gyfer ail-fesuriadau o'r un pridd ac nad yw'n ymarferol dros ardaloedd mawr.
Ynghyd â ffisegydd ATAP Bernhard Ludewigt, bydd Persaud yn gweithio gydag Adelphi Technology Inc. i ddatblygu'r generadur niwtronau. Yn y pen draw, gallai'r system ddilynol fod ar ffurf offeryn symudol sy'n cymryd mesuriadau in situ mewn cae ffermwr.
- Julie Chao, Prifysgol California
Ffynhonnell: Prifysgol California