能让农民精确浇水时间的干旱预警技术

文章作者:bianji3 | 2017-11-10
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干旱是指淡水总量少,不足以满足人的生存和经济发展的气候现象,一般是长期的现象。干旱从古至今都是人类面临的主要自然灾害,即使在科技发达的今天,它造成的灾难性后果仍然比比皆是。

值得注意的是,随着人类的经济发展和人口膨胀,水资源短缺现象日趋严重,这也直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重,干旱化趋势已成为全球关注的问题。

麻省理工学院(MIT)的工程师宣称,他们已经打造出应用于农业工程学的干旱早期预警技术。该学院化学工程学教授Michael Strano称:“你能够将传感器放入土壤中或者借助卫星图像来确定干旱情况,但是你永远都无法真正了解一种特定植物对水的感知状态。”

MIT研究干旱预警技术,能让农民精确浇水时间

MIT打造的传感器能够利用植物的气孔进行工作,叶子表面这些微小的气孔是水蒸发的通道。当水从叶子中蒸发时,植物体内的水压就会降低,这就能够让它从土壤中吸收水分。据MIT研究人员称,植物生物学家都清楚气孔在阳光下打开、在黑暗中关闭,但是气孔的开关动力学很少有人探索,因为没有好的方法对它们进行实时的直接测量。

论文的首席作者,MIT博士后Volodymyr Koman称:“人们已经清楚气孔会对光线、二氧化碳浓度和干旱做出反应,但是现在我们已经能够对它进行连续监测。之前的方法都无法让我们获得这些信息。”

为了制造这种传感器,MIT的研究人员使用了碳纳米管打造的一种墨水,并且将其融入到不会对气孔产生破坏的十二烷基硫酸钠中。这种墨水能够沿着气孔打印形成一种电回路。当气孔关闭时,这些回路保持完整,而且借助万用表就能够测量电路。当气孔打开时,电回路就会断开,这样研究人员就能够精准探测气孔的打开或者关闭状态。

研究人员在正常和干旱条件下连续几天对气孔的开关状态进行了测量,他们发现两天内就能够探测到植物是否缺水。在光照情况下,气孔需要大约7分钟时间打开,当黑暗降临时气孔需要53分钟关闭。但是在干旱条件下,这些反应会有所变化。研究人员发现,当植物缺水时,气孔平均需要25分钟打开,而关闭时间缩短到45分钟。

为了进行研究,研究人员在百合花上进行了传感器测试,这是因为百合花拥有的气孔较大。为了将墨水打印到叶子上,研究人员打造出一种具有微流通道的印刷模具。当模具放在叶子上时,在模具中流动的墨水就能够留在叶子表面。MIT团队现在也在测试一种新的方法,通过在叶子表面放置一种贴纸来形成电回路。

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