Naukowcy z SGGW pracują nad systemem innowacyjnego oznaczania zapotrzebowania roślin na składniki mineralne

Profesor Hazem M. Kalaji pracuje nad stworzeniem biologicznego systemu sprzężenia zwrotnego, który pozwala na wczesne rozpoznanie niedoboru składników mineralnych w roślinach. To prawdziwa rewolucja w rolnictwie i ogrodnictwie. Przewagą tego systemu nad innymi podobnymi jest fakt, że odbierane sygnały wskazują na zapotrzebowanie roślin na składniki mineralne na długo przed tym, jak niedobory te staną się widoczne gołym okiem.

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. Te dane, dostarczające informacji o stanie zdrowotnym i fizjologicznym roślin, 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. dr hab. Hazem M. Kalajiz 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 będzie w stanie precyzyjnie określać 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.

Jest to znaczący postęp w stosunku do tradycyjnych metod opartych na destrukcyjnych i czasochłonnych analizach chemicznych, czy sygnałach spektralnych, które wynikają głównie ze zmian morfologicznych, czy 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.

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 tego innowacyjnego systemu nad innymi podobnymi 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, jak susza, zasolenie, ciężkie metale, insekty czy choroby) umożliwia zapobieganie katastrofom w produkcji roślinnej na całym świecie.