Nad stworzeniem biologicznego systemu sprzężenia zwrotnego, który pozwala na wczesne rozpoznanie niedoboru składników mineralnych w roślinach, pracują naukowcy Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Ich rozwiązanie może być prawdziwa rewolucją w rolnictwie i ogrodnictwie.
Obecnie nauki biologiczne prowadzone w warunkach laboratoryjnych znajdują praktyczne zastosowanie w uprawach szklarniowych i polowych. Dzięki postępowi w technikach badawczych oraz możliwości prowadzenia bezinwazyjnych pomiarów, takich jak sygnały fluorescencji chlorofilu, możemy uzyskać ogromne ilości danych z roślin. Dostarczają nam one informacji o ich stanie zdrowotnym i fizjologicznym, a także są niezwykle cenne dla narzędzi wykorzystujących sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe. Systemy oparte na tych technologiach potrafią diagnozować kondycję roślin oraz zapobiegać wielu problemom, które dotychczas były trudne do wykrycia w rolnictwie.
W ramach współpracy z sektorem prywatnym i przemysłowym, prof. Hazem M. Kalaji z Instytutu Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego prowadzi intensywne prace badawcze nad opracowaniem systemu diagnostyki niedoboru składników mineralnych w roślinach uprawnych, takich jak pszenica, jęczmień, kukurydza, rzepak, a także roślinach ogrodniczych, jak pomidor, ogórek, bazylia czy sałata. Powstaje prototyp tego systemu, który może być instalowany na stałe, np. w szklarniach, lub montowany na mobilnych urządzeniach i maszynach, takich jak drony, autonomiczne platformy czy maszyny rolnicze.
To innowacyjne rozwiązanie stanowi przełom w dziedzinie diagnozowania niedoborów składników mineralnych w roślinach uprawnych, niezależnie od miejsca ich wzrostu – czy to na polu, w szklarni, czy w laboratorium. Zanim objawy niedoborów staną się zauważalne, urządzenie precyzyjnie określi potrzeby roślin, analizując dane związane z fotosyntezą, a w szczególności sygnały fluorescencji chlorofilu. Kluczową zaletą jest możliwość dokonywania pomiarów w sposób nieinwazyjny i bardzo szybki – od kilku sekund do kilku minut. Zebrane dane są następnie przetwarzane za pomocą technologii opartej na sztucznej inteligencji i uczeniu maszynowym. System będzie także potrafił sugerować w czasie rzeczywistym optymalne nawożenie, wskazując którego z pierwiastków brakuje i w jakiej ilości należy go uzupełniać.
To znaczący postęp w stosunku do tradycyjnych metod opartych na destrukcyjnych i czasochłonnych analizach chemicznych, sygnałach spektralnych, które wynikają głównie ze zmian morfologicznych, bądź obrazach satelitarnych. Stosowane dotychczas rozwiązania są kosztowne, mniej precyzyjne i zależne od warunków pogodowych. Wprowadzenie innowacyjnego urządzenia na rynek niewątpliwie przyczyni się do oszczędności w zakresie nawożenia oraz zwiększenia jakości i ilości zbiorów – uważa prof. Kalaji.
Wdrożenie tego narzędzia w rolnictwie i ogrodnictwie korzystnie wpłynie również na środowisko, redukując zanieczyszczenie gleby i wody wynikające z nadmiernego stosowania nawozów mineralnych w przeszłości.
Przewagą innowacyjnego systemu jest to, że sygnały fluorescencji i chlorofilu wskazują na zapotrzebowanie roślin na składniki mineralne na długo przed tym, jak niedobory te staną się widoczne gołym okiem – nawet o 2-3 tygodnie przed pojawieniem się dostrzegalnych symptomów. Tak wczesna identyfikacja niedoborów (a w przyszłości także innych stresorów, m.in. suszy, zasolenia, ciężkich metali, insektów czy chorób) umożliwia zapobieganie katastrofom w produkcji roślinnej na całym świecie.
MK, źródło: SGGW