เซ็นเซอร์วิเคราะห์ช่วยให้เกษตรกรจัดการการใช้ปุ๋ยได้

เทคโนโลยีเซ็นเซอร์อัจฉริยะที่จะช่วยให้เกษตรกรใช้ปุ๋ยได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม
เทคโนโลยีที่อธิบายไว้ในนิตยสาร Natural Foods ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถกำหนดเวลาที่เหมาะสมที่สุดในการใส่ปุ๋ยให้กับพืชผลและปริมาณปุ๋ยที่ต้องการ โดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น สภาพอากาศและสภาพดิน ซึ่งจะช่วยลดการใช้ปุ๋ยมากเกินไปในดินซึ่งก่อให้เกิดต้นทุนสูงและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะปล่อยก๊าซเรือนกระจกไนตรัสออกไซด์และก่อให้เกิดมลพิษต่อดินและทางน้ำ
ปัจจุบัน การใส่ปุ๋ยมากเกินไปทำให้พื้นที่เพาะปลูกของโลก 12% ไม่สามารถใช้ประโยชน์ได้ และการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนก็เพิ่มขึ้นถึง 600% ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา
อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากสำหรับผู้ผลิตพืชผลที่จะควบคุมการใช้ปุ๋ยอย่างแม่นยำ หากใช้มากเกินไปก็เสี่ยงต่อการทำลายสิ่งแวดล้อม และหากใช้น้อยเกินไปก็เสี่ยงต่อผลผลิตที่ลดลง
นักวิจัยด้านเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ใหม่กล่าวว่าเทคโนโลยีดังกล่าวอาจเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและผู้ผลิต
เซ็นเซอร์นี้เรียกว่าเซ็นเซอร์ก๊าซไฟฟ้าเคมีแบบกระดาษ (chemPEGS) วัดปริมาณแอมโมเนียมในดิน ซึ่งเป็นสารประกอบที่แบคทีเรียในดินจะเปลี่ยนเป็นไนไตรต์และไนเตรต เซ็นเซอร์นี้ใช้ปัญญาประดิษฐ์ที่เรียกว่าการเรียนรู้ของเครื่องจักร (machine learning) ผสมผสานกับข้อมูลสภาพอากาศ เวลาตั้งแต่การใส่ปุ๋ย การวัดค่า pH และค่าการนำไฟฟ้าของดิน เซ็นเซอร์นี้ใช้ข้อมูลเหล่านี้เพื่อคาดการณ์ปริมาณไนโตรเจนทั้งหมดในดินในปัจจุบัน และปริมาณไนโตรเจนทั้งหมดใน 12 วันข้างหน้า เพื่อคาดการณ์ช่วงเวลาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใส่ปุ๋ย
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าโซลูชันต้นทุนต่ำแบบใหม่นี้สามารถช่วยให้ผู้ผลิตได้รับประโยชน์สูงสุดจากการใช้ปุ๋ยในปริมาณน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับพืชที่ใช้ปุ๋ยอย่างเข้มข้น เช่น ข้าวสาลี เทคโนโลยีนี้สามารถลดต้นทุนของผู้ผลิตและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากปุ๋ยไนโตรเจน ซึ่งเป็นปุ๋ยที่นิยมใช้มากที่สุดได้ในเวลาเดียวกัน
ดร. แม็กซ์ เกรียร์ หัวหน้าคณะนักวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพ อิมพีเรียลคอลเลจลอนดอน กล่าวว่า “ปัญหาการใช้ปุ๋ยมากเกินไป ทั้งจากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ ถือเป็นสิ่งที่มองข้ามไม่ได้ ผลผลิตและรายได้ที่เกี่ยวข้องลดลงทุกปีในปีนี้ และปัจจุบันผู้ผลิตยังไม่มีเครื่องมือที่จำเป็นในการแก้ไขปัญหานี้”
เทคโนโลยีของเราสามารถช่วยแก้ปัญหานี้ได้ โดยช่วยให้เกษตรกรเข้าใจระดับแอมโมเนียและไนเตรตในดินในปัจจุบัน และคาดการณ์ระดับในอนาคตโดยอิงจากสภาพอากาศ ซึ่งช่วยให้เกษตรกรสามารถปรับการใช้ปุ๋ยให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของดินและพืชผลได้
ปุ๋ยไนโตรเจนส่วนเกินจะปล่อยไนตรัสออกไซด์สู่อากาศ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่รุนแรงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 300 เท่า และก่อให้เกิดวิกฤตสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ ปุ๋ยส่วนเกินยังถูกน้ำฝนชะล้างลงสู่แหล่งน้ำ ทำให้สิ่งมีชีวิตในน้ำขาดออกซิเจน ก่อให้เกิดการบานของสาหร่าย และลดความหลากหลายทางชีวภาพ
อย่างไรก็ตาม การปรับระดับปุ๋ยให้เหมาะสมกับความต้องการของดินและพืชผลอย่างแม่นยำยังคงเป็นความท้าทาย การทดสอบยังหาได้ยาก และวิธีการวัดไนโตรเจนในดินในปัจจุบันเกี่ยวข้องกับการส่งตัวอย่างดินไปยังห้องปฏิบัติการ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง และเมื่อถึงมือเกษตรกรแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้จะมีประโยชน์จำกัด
ดร. ฟิรัต กูเดอร์ ผู้เขียนอาวุโสและหัวหน้านักวิจัยภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพ มหาวิทยาลัยอิมพีเรียล กล่าวว่า “อาหารส่วนใหญ่ของเรามาจากดิน ซึ่งเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และหากเราไม่ปกป้องมัน เราก็จะสูญเสียมันไป ประกอบกับมลพิษไนโตรเจนจากภาคเกษตรกรรม ก่อให้เกิดปริศนาที่ยากจะเข้าใจสำหรับโลก ซึ่งเราหวังว่าจะช่วยแก้ไขได้ด้วยการเกษตรแม่นยำ ซึ่งเราหวังว่าจะช่วยลดการใช้ปุ๋ยมากเกินไป พร้อมกับเพิ่มผลผลิตและผลกำไรให้กับเกษตรกร”