Nông nghiệp 4.0: Thời đại có thể “coi bói” năng suất cây trồng

Từ phân tích di truyền, phát triển các giống lai tạo mới, tạo ra các cảm biến cây trồng di động, và thiết lập các công cụ mới, các giáo sư TQ  hy vọng sẽ có đột phá dành cho nông dân trong dự báo năng suất tốt hơn trước khi thu hoạch.

Bức tranh lớn

Pat Schnable, một giáo sư nông học của ISU và là giám đốc viện Khoa học cây trồng, cho biết các công nghệ đổi mới về di truyền học cây trồng và quản lý đất canh tác đang làm cho sinh học dễ tiên đoán hơn. “Ý tưởng là nếu chúng ta có thể hiểu thấu đáo các hệ thống canh tác, chúng ta sẽ có thể dự báo được năng suất của một giống nhất định trên một cánh đồng nhất định qua thực hành chăm sóc nhất định”, Schnable nói. “Nếu chúng ta thành công, có thể tăng tỷ lệ di truyền, chăm sóc cây trồng chịu được các biến đổi thời tiết và cải thiện việc tiếp cận đối với nông dân bằng các khuyến cáo”.

Theo ông, điều đó sẽ nâng cao năng suất và tăng sự ổn định năng suất trên các cánh đồng từ năm này sang năm khác.

GS Liang Dong, đại học bang lowa, đang phát triển một dụng cụ cho phép các nhà nông học cùng lúc nghiên cứu hàng ngàn cây trồng tăng trưởng trong các điều kiện được kiểm soát chính xác. Ảnh: lowa State University.

Dữ liệu thu thập từ nghiên cứu của Schnable sẽ có lợi cho nông gia. Nhờ am hiểu di truyền học, các nhà nghiên cứu có thể áp dụng vào các giống lai tạo thương mại, thiết lập năng suất tốt hơn.

Nghiên cứu cải thiện dự báo năng suất cây trồng gồm khảo sát môi trường của cây trồng và vũ lượng. “Nếu thực sự muốn dự đoán sự mất năng suất hoặc xác định các thực hành quản lý trong việc tăng năng suất, phải bắt đầu từ nước”, Sotirios Archontoulis, giáo sư nông học ở ISU, nói. Archontoulis cho rằng khoá học có một hiểu biết tốt về vũ lượng, nhưng thiếu hiểu biết về nước bên dưới mặt đất.

Bộ cảm biến và “hình xăm” cây trồng

Các thiết bị công nghệ vừa được phát triển để đo độ dung nạp nitrogen và độ ẩm, đang giúp các nhà khoa học và sinh học thực vật trong dự báo năng suất. Một bộ cảm biến nitrate có thể cấy ghép, được GS Liang Dong, chuyên gia kỹ thuật máy tính và điện ở ISU phát triển, “chuyên” về nitrate và có thể ghép vào thân cây. Dong cho rằng, mục tiêu của bộ cảm biến nitrate là lấy dữ liệu theo thời gian thực, giúp chuyên gia đưa ra khuyến nghị cho nông dân biết bón bao nhiêu đạm.

“Điều này trước đây chưa từng được thực hiện”, Schnable nói. “Không chỉ bộ cảm biến sử dụng cho cây trồng, mà nó còn có thể đo hàm lượng nitrate trong nước dưới mặt đất, hàm lượng nitrate trong đất, cũng như đạm trong phân, tiện lợi cho nông dân biết nồng độ thực sự mà cây đang cần”. Ông sử dụng thiết bị để phát triển các giống cây lai “chịu” đạm hơn.

Một bộ cảm biến thứ hai mà Dong phát triển giống như để tạo hình xăm cho cây trồng, là một cảm biến graphene dạng keo dán đo hơi nước của cây trồng thoát. Schnable cho rằng chúng có thể đo nước di chuyển nhanh như thế nào từ rễ đến những lá thấp và từ lá thấp lên lá cao của cây trồng. Có những sự khác biệt về di truyền giữa các giống, cho chúng ta hy vọng rằng có thể phát triển các giống chịu hạn. Bộ cảm biến rất quan trọng đối với các nhà khoa học, giúp họ đo mức chịu hạn của các giống cây trồng và các giống lai. Tuy nhiên, Schnable cho rằng tác động lớn nhất sẽ là đất canh tác.

“Nông dân sắp có thể sử dụng các thiết bị này để đưa ra các quyết định trong quản lý nước”, ông nói. “Họ có thể đặt các cảm biến trên một số cây trồng ở trục một vòng tròn. Dữ liệu nhận từ cây trồng sẽ truyền đạt đến trục và báo cho trục biết cần bao nhiêu nước để đưa đến nơi cần.