Теплица с «конвейерной лентой» может ускорить производство пищи и решить глобальный продовольственный кризис

Исследователи из Университета Пердью создали на кампусе теплицу с новой автоматизированной конвейерной системой, которая постоянно перемещает растения. Эта инновация призвана помочь найти способы избежать надвигающегося продовольственного кризиса, учитывая, что к 2050 году население мира превысит 9 миллиардов.

Доцент кафедры сельскохозяйственного и биологического инженерии Ян Цзинь сообщил, что теплица площадью около 1000 квадратных футов (начавшая работу в мае) позволит точнее определять лучшие семена для получения максимального урожая, устойчивого к засухе и изменению климата. Реконструкция теплицы обошлась примерно в 400 000 долларов. Она позволяет тестировать большее разнообразие семян в единообразных условиях, используя передовую систему визуализации для мониторинга роста и характеристик растений.

Проблема микроклиматов в традиционных теплицах

В обычных теплицах из-за непостоянных условий существуют микроклиматы: температура прямо под лампой может быть намного выше, чем в метре от неё, а возле панели охлаждения — значительно ниже. Циркуляция воздуха и освещённость также различаются в зависимости от расположения вентиляторов и источников света.

«Иногда мы думаем, что два растения получают одинаковые условия, но на самом деле они испытывают очень разное воздействие среды. Множество факторов создают крайне неоднородные условия», — пояснил Цзинь.

Решение: постоянное перемещение растений

Постоянно перемещая растения через эти микроклиматы, исследователи обеспечивают, чтобы каждое растение подвергалось сходным условиям.

«Мы используем конвейерную систему, чтобы круглосуточно менять местоположение растений, тем самым сглаживая эту неоднородность среды. Микроклиматы — враг исследователей растений в теплице, потому что они создают огромное количество "шума" в данных», — сказал Цзинь.

Результаты тестирования системы

Тест, сравнивающий автоматизированную теплицу с традиционной, показал, что при использовании идентичных семян, одинакового полива и питания новая система устраняет до 90% вариативности, вызванной микроклиматами. Более стабильные условия означают, что для исследований требуется меньше растений, так как снижается разброс данных.

«Если этот вид вариативности исчезает — если "шум" уходит — то мы сможем измерять множество новых признаков на гораздо более тонком уровне, который раньше был недоступен», — отметил Цзинь.

Сбор данных и цифровое сельское хозяйство

Роботизированная система фенотипирования использует гиперспектральные камеры, предоставляя до 10 терабайт данных о растениях в день. Сканер измеряет здоровье, рост, признаки и другие характеристики растений, а также содержание воды, азота и хлорофилла. Это даёт исследователям важную информацию о генетической основе адаптации растений к условиям и факторах, влияющих на урожайность.

Исследователи строят прогностические модели на основе этих данных. «Мы надеемся предоставить достаточно данных, чтобы помочь нашим учёным-растениеводам и селекционерам принимать наиболее обоснованные решения», — сказал Цзинь.

Будущее — за цифровым сельским хозяйством

Многие исследователи считают, что цифровое сельское хозяйство — следующий шаг для удовлетворения растущих мировых потребностей в продовольствии. Оно позволяет эффективно анализировать данные о влиянии разного количества воды и удобрений на семена в различных типах почв, ускоряя отбор лучших семян с помощью систем высокопроизводительного фенотипирования.

«Мы верим, что будущая эра сельского хозяйства — это эра цифрового сельского хозяйства», — заявил Цзинь.

Использование собранных данных для сложного статистического анализа позволит делать более точные прогнозы роста растений и ускорит процесс создания новых сельскохозяйственных продуктов и семян.

«Мы надеемся, что это поможет нам продвинуть и ускорить наши селекционные процессы, чтобы раньше создавать семена и продукты нового поколения и производить больше пищи для всего мира», — заключил Цзинь.