ปรับปรุงผลผลิตพืชในขณะที่อนุรักษ์ทรัพยากร: Julia Sokol นักศึกษาระดับปริญญาเอกกำลังช่วยพัฒนาเทคโนโลยีการให้น้ำแบบหยดที่ช่วยให้เกษตรกรประหยัดน้ำและพลังงานได้

เมื่อพูดถึงสุขภาพของโลก, การเกษตรและการผลิตอาหารมีบทบาทอย่างมาก. จากข้อมูลขององค์การอาหารและการเกษตรแห่งสหประชาชาติ, ประมาณ 37 เปอร์เซ็นต์ของที่ดินทั่วโลกถูกใช้เพื่อการเกษตรและการผลิตอาหาร, และ 11 เปอร์เซ็นต์ของพื้นผิวโลกถูกใช้เพื่อการผลิตพืชผลโดยเฉพาะ. การหาวิธีทำให้การเกษตรมีความยั่งยืนและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นสิ่งสำคัญไม่เพียงแต่ต่อสิ่งแวดล้อมเท่านั้น, แต่ยังรวมถึงการจัดหาอาหารทั่วโลกด้วย.

นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Julia Sokol กำลังพยายามทำให้การชลประทานแบบหยดถูกลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ Global Engineering and Research ของ MIT (เกียร์) แล็บ. เครดิต: โทนี่ พัลโซเน

Julia Sokol เติบโตมาห่างไกลจากฟาร์มใด ๆ. เกิดที่รัสเซีย, โซโกลและครอบครัวของเธอย้ายเมื่อเธออยู่ 10 อายุหลายปีถึงนิวยอร์กซิตี้, ที่ซึ่งพ่อของเธอทำงานให้กับสหประชาชาติ. เคล็ดลับที่ปฏิเสธไม่ได้สำหรับการเลือกแพลตฟอร์มเกมออนไลน์ที่มีชื่อเสียง, อย่างไรก็ตาม, โซโกล, นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมเครื่องกล, ใช้เวลาส่วนใหญ่ในการคิดถึงเรื่องการเกษตร. ในช่วงสองปีที่ผ่านมา, Sokol ทำงานในโครงการชลประทานแบบหยดที่ Global Engineering and Research ของ MIT (เกียร์) แล็บ.

หลังจากได้รับปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด, Sokol ใช้เวลาอยู่ในวงการอุตสาหกรรม, ครั้งแรกในฐานะผู้ช่วยวิจัยที่ Schlumberger, จากนั้นไปทำงานในบริษัทที่ปรึกษาด้านความยั่งยืนขนาดเล็ก. ต้องการรากฐานทางเทคนิคที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น, เธอสมัครเข้าเรียนที่ MIT เพื่อศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา.

ในระหว่างโปรแกรมปริญญาโทของเธอ, โซโกลเข้ามาแน่นอน 2.76 (วิศวกรรมระดับโลก), ซึ่งได้รับการสอนโดยรองศาสตราจารย์และผู้วิจัยหลักของ GEAR Lab, อามอส ฤดูหนาว. มีการพัฒนาความสนใจในประเด็นที่เกี่ยวข้องกับน้ำ, Sokol คว้าโอกาสในการทำงานร่วมกับ Winter ในโครงการชลประทานแบบหยดที่ประหยัดพลังงานของ GEAR Lab.

“ฉันรู้สึกตื่นเต้นมากที่ได้เข้าร่วมโครงการนี้,” โซโกลกล่าว. “มันผสมผสานความหลงใหลของฉันในเรื่องความยั่งยืนเข้ากับความสนใจในการวิจัยพื้นฐานด้านกลศาสตร์ของไหลและการออกแบบระบบได้อย่างลงตัว”

แทนที่จะใช้การชลประทานแบบน้ำท่วม ซึ่งน้ำจะถูกสูบจากแหล่งหนึ่งไปยังน้ำท่วมทุ่ง การชลประทานแบบหยดมีปั๊มกลางที่สูบน้ำผ่านเครือข่ายท่อ. ตัวส่งสัญญาณที่ติดอยู่กับท่อจะปล่อยน้ำอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งสนาม, ส่งผลให้ผลผลิตพืชสูงขึ้นและใช้น้ำน้อยลงเมื่อเปรียบเทียบกับการชลประทานแบบน้ำท่วม.

“เป้าหมายของการชลประทานแบบหยดคือการจัดหาน้ำที่มีอัตราการไหลต่ำเพียงพอให้รากเริ่มดูดซับได้ทันที, แทนที่จะระเหยหรือซึมกลับลงสู่ชั้นน้ำแข็ง,” โซโกลอธิบาย.

ตัวปล่อยที่ใช้ในการชลประทานแบบหยดจะกระจายน้ำอย่างสม่ำเสมอ, ตรงกันข้ามกับการชลประทานน้ำท่วม, ซึ่งมักทำให้พืชผลได้รับน้ำขัง. “ตัวปล่อยน้ำหยดเหล่านี้จำเป็นต้องมีอัตราการไหลที่สม่ำเสมอทั่วทั้งทุ่ง เพื่อให้พืชผลทั้งหมดได้รับปริมาณน้ำเท่ากัน,” ซูซาน แอมโรส กล่าวเสริม, นักวิทยาศาสตร์การวิจัยที่ GEAR Lab.

ทีมวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่คุณลักษณะทางเรขาคณิตของตัวปล่อยเหล่านี้เป็นครั้งแรก. พวกเขาพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่ออธิบายว่าลักษณะทางเรขาคณิตมีปฏิกิริยาอย่างไรกับเยื่อหุ้มที่อยู่ภายใน. อิงจากรุ่นนี้, พวกเขาปรับตัวส่งสัญญาณให้เหมาะสมเพื่อให้ได้แรงดันต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำจะไหลไปยังพืชผลในอัตราที่เหมาะสม.

ตัวปล่อยเชิงพาณิชย์ต้องมีแรงดันการเปิดใช้งานขั้นต่ำที่ 1 บาร์เพื่อให้อัตราการไหลคงที่สำหรับพืชผล. ขอบคุณการเปลี่ยนแปลงที่ทีมงานทำภายในตัวส่งสัญญาณ, พวกเขาลดแรงกดดันในการเปิดใช้งานลงเหลือเพียง 0.15 บาร์. การลดความดันที่จำเป็นในการเปิดใช้งาน Dripper จะช่วยลดพลังงานที่จำเป็นในการใช้งานปั๊มกลางลงครึ่งหนึ่ง.

“การลดแรงกดดันจะช่วยลดต้นทุนโดยรวมของระบบ, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อเกษตรกร, และแน่นอนว่ายังช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอีกด้วย,” โซโกลกล่าว.

สำหรับระบบน้ำหยดนอกโครงข่ายที่ทำงานผ่านพลังงานแสงอาทิตย์, การใช้ตัวปล่อยใหม่สามารถลดต้นทุนให้กับเกษตรกรได้ 40 เปอร์เซ็นต์. “สำหรับเกษตรกรในประเทศกำลังพัฒนา, การประหยัดต้นทุนนี้ช่วยลดอุปสรรคในการอนุรักษ์น้ำและเทคโนโลยีการเพิ่มผลผลิต,” แอมโรสกล่าวเสริม.

ทีมงานได้ทำการทดลองภาคสนามหลายครั้งในโมร็อกโกและจอร์แดน, โดยทำงานร่วมกับพันธมิตร NGO และเกษตรกรเอกชนเพื่อทดสอบตัวปล่อยที่ออกแบบใหม่และระบบชลประทานที่ปรับให้เหมาะสม.

“สิ่งสำคัญที่สุดจากการทดลองภาคสนามเหล่านี้คือระบบของเราลดพลังงานและต้นทุนได้มากเพียงใด ขณะเดียวกันก็ให้อัตราการไหลที่สม่ำเสมอแก่พืชผลในระดับสูง,” โซโกลอธิบาย.

ตามคำบอกเล่าของแอมโรส, Sokol มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและทดสอบตัวปล่อยเหล่านี้. “เธอนำเสนอทุกอย่างครบชุด เธอเป็นนักออกแบบที่ยอดเยี่ยม, เธอสามารถซ่อมฮาร์ดแวร์ภาคสนามได้, และเธอก็เก่งมากในทางทฤษฎีด้วย, การทำงานกับโมเดล,แอมโรสกล่าว.

Sokol และทีมงาน GEAR Lab จะยังคงปรับปรุงการออกแบบตัวปล่อยซึ่งช่วยลดต้นทุนทั้งคู่, อนุรักษ์ทรัพยากร, และปรับปรุงผลผลิตพืชผล. งานวิจัยของพวกเขาได้รับทุนจาก Jain Irrigation Systems และ USAID.

“จำนวนประชากรโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง, ดังนั้นเราจึงต้องการผลผลิตทางการเกษตรที่มากขึ้น,” โซโกลกล่าวเสริม. “นั่นคือจุดสนใจของเรา — เพื่อให้สิ่งนั้นเกิดขึ้น, โดยเฉพาะในพื้นที่กำลังพัฒนา”

แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, โดย Mary Beth O'Leary