Die Smart-Farming-Plattform verbessert die Ernteerträge und minimiert die Umweltverschmutzung

Ein neues Landwirtschaftssystem, das von Forschern der University of Texas in Austin entwickelt wurde, zielt darauf ab, eines der größten Probleme der modernen Landwirtschaft zu lösen: den übermäßigen Einsatz von Düngemitteln zur Verbesserung der Ernteerträge und den daraus resultierenden chemischen Abfluss, der die Luft und das Wasser der Welt verschmutzt.

Das Smart-Farming-System verwendet ein kupferbasiertes Hydrogel, das überschüssige Nitratabfälle aus dem Düngemittelabfluss auffängt und in Ammoniak – ein wichtiges Element in Düngemitteln – umwandelt, das dann wiederverwendet werden kann. In Tests war das System in der Lage, die Ernteerträge gegenüber herkömmlichen Methoden zu erreichen oder zu steigern und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren.

„Wir haben dieses System entwickelt und gezeigt, dass es die gleichen oder mehr Pflanzen anbauen kann, ohne übermäßig Stickstoff zu verbrauchen, der das Grundwasser verunreinigen und zu schädlichen Treibhausgasen führen kann“, sagte Guihua Yu, Professor für Materialwissenschaften an der Walker-Abteilung der Cockrell School of Engineering Maschinenbau und Texas Materials Institute.

Die Studie, veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenzeigt, dass der kupferbasierte Gelfilm nicht nur Ammoniak aus Nitratabfällen produziert, sondern auch den Stickstoffgehalt im Boden erfasst. Diese Erkennungsfunktion hilft dabei, den optimalen Zeitpunkt zu bestimmen, um Nitrat, eine Stickstoffverbindung, die für das Pflanzenwachstum wichtig ist, aber auch ein Schadstoff sein kann, aus dem Boden abzulassen und in Ammoniak umzuwandeln, wodurch verhindert wird, dass es austritt und die Umgebung kontaminiert.

Im Rahmen des Projekts arbeiteten die Forscher mit Agrarexperten zusammen, um ihre Arbeit mit traditionellen Anbaumethoden zu vergleichen. Das Smart-Farming-System erzeugte im Vergleich zu anderen Methoden höhere Weizen- und Reispflanzen mit größeren Blättern und weniger Stickstoffabfluss.

Zusätzlich zu den Auswirkungen auf die Umwelt kann der übermäßige Einsatz von Stickstoffdüngern auch das Wachstum von Nutzpflanzen bremsen und so deren Zweck, die Produktion zu verbessern, zunichte machen. Durch die gleichzeitige Produktion von Ammoniak und die Überwachung des Stickstoffgehalts verbessert diese neue Technologie das Pflanzenwachstum, indem sie den Pflanzen hilft, Stickstoff effizienter aufzunehmen und zu nutzen.

Das sogenannte Smart Farming ist ein wachsendes Forschungsgebiet. Staats- und Regierungschefs der Welt kämpfen mit der Frage, wie sie bei knapper Landverfügbarkeit und der Notwendigkeit, schädliche Emissionen zu minimieren, genügend Nahrungsmittel für die Weltbevölkerung produzieren können, die bis 2050 voraussichtlich um mehr als 2 Milliarden Menschen anwachsen wird.

Die Landwirtschaft ist nicht der einzige Wirtschaftszweig, der eine erhebliche Stickstoffverschmutzung verursacht. Industrielle und kommunale Abwässer weisen aufgrund der Elektronikproduktion, der Lebensmittelverarbeitung, der Textilherstellung usw. häufig einen hohen Nitratgehalt auf.

„Wir müssen unsere wachsende Bevölkerung ernähren, aber wir müssen auch unser Wasser und unsere Luft schützen“, sagte Yu. „Die Suche nach Möglichkeiten, nitrathaltiges Abwasser aufzufangen und zu recyceln, könnte auf ganzer Linie enorme Vorteile bringen.“

Die Forschung baut auf früheren landwirtschaftlichen Durchbrüchen von Yu und seinem Team auf, einschließlich der Schaffung selbstbewässernder Böden und einer innovativen Methode zur Herstellung von Harnstoff, einem weiteren Schlüsselelement in Düngemitteln. Der nächste Schritt der Forscher wird darin bestehen, künstliche Intelligenz in diese Landwirtschaftsplattform zu integrieren. Auf diese Weise wollen sie die Palette der Nutzpflanzen, mit denen sie arbeiten können, erweitern und die Düngearbeiten weiter ausbauen.