Napjainkban már a különböző országokban termesztett zöldségek, gyümölcsök a bolygó bármely területeire eljuthatnak. A mexikói paradicsomot Európába, az öreg kontinensen termelt gabonát Afrikába szállítják. A Popular Science magazin előrejelzései szerint a feladat nem kisebb, mint a jelenleg elérhető élelmiszermennyiség dupláját előállítani 2050-ig, ugyanis eddigre a Föld lakossága elérheti a kilencmilliárdot. A helyzetet nehezíti, hogy a termőföld mennyisége folyamatosan csökken. A kutatók és tudósok a tudomány eszközeivel valóságos forradalom előidézésére készülnek a mezőgazdaságban.

Farmok a sivatagban

Charlie Paton világításra szakosodott brit építészszakértő, aki gyakran utazik Marokkóba üzleti útjai során, a Popular Science-nek nyilatkozva elmondta: megdöbbentette a tenger és a hatalmas sivatagos területek találkozásának ellentéte. Ez adta az ötletet egy speciális üvegházrendszer kidolgozásához, amely napkollektorként funkcionál, ihatóvá varázsolja a tengervizet, ráadásul a növénytermesztéshez is ideális környezetet biztosít.

A többfunkciós üvegházak számítógépes modellje - energiát termel és vizet tisztít © AP

A Seawater Greenhouse ötlete abból a szempontból lehet kulcsfontosságú, hogy a világon felhasznált édesvíz 70 százalékát mezőgazdasági célokra fordítjuk. A tengervizet eddig nagyrészt csak meglehetősen drága sótalanító telepek építésével lehetett felhasználhatóvá tenni, Paton találmánya azonban költséghatékonyan teszi lehetővé ugyanezt, ráadásul egyszerre használható napkollektorként és termőterületként is. A napelemekkel működtetett épületben párolgó sós víz ideális környezetet teremt a növények növekedéséhez a kíméletlen sivatagi régiókban is. A pára végül egy kondenzációs kamrába kerül, ahonnan édesvíz formájában vezetik el egy föld alatti tartályba, ezzel pedig megoldhatóvá válik a termények öntözése is. A rendszer ráadásul igen gazdaságos, négyzetméterenként mintegy 50 dollárba kerül a kiépítése. A Kanári-szigeteken, az Egyesült Arab Emirátusokban és Ománban már tesztelik az önellátó üvegházakat.

Precíziós gazdálkodás

Egy amerikai felmérés szerint az átlagos farmerek hektáronként megközelítőleg 150-250 kilogramm műtrágyát használnak fel, kilónként csaknem egy dolláros áron, ám a gazdálkodók nem tudják pontosan megállapítani, milyen állapotban van a termőföld. Erre kínál megoldást az Iowa State University egyik oktatójának, a mezőgazdasági biorendszerekkel foglalkozó Stuart Birrellnek és kollégájának, Ratnesh Kumarnak a találmánya: olyan, talajba ültethető, hálózatba kapcsolható szenzorok, amelyek folyamatosan figyelik a termőföld állapotát és akár évekig is a földben maradhatnak.

A Kumar-féle szenzorok prototípusa © AP

Az érzékelők folyamatosan mérik a talaj nedvesség- és tápanyagtartalmát, valamint hőmérsékletét, s az adatokat vezeték nélküli kapcsolaton egy központi számítógéphez továbbítják.

„Léteznek már hasonló, vezeték nélküli rendszerek, de a legtöbbnek antennára van szüksége, amit könnyen megsérthetnek a különböző munkagépek” – magyarázta Birrell. Az egy láb mélyre (kb. 30 cm) ültetett érzékelők alacsony frekvenciájú rádiójeleket használnak, így a talajrétegen keresztül is képesek kommunikálni a központi géppel. A hőmérséklet és a nedvességtartalom arányaiból a farmerek felmérhetik a talja minőségét és állapotát. Egy hektáron 8-10 szenzorra van szükség, ez körülbelül 40-50 dollárba kerül, s összesen mintegy 150 dollárnyi megtakarítást tesz lehetővé, ami a víz- és műtrágyahasználatot, valamint az egyéb erőforrásokat illeti.

Támad a szuperrizs

A Popular Science adatai szerint a világ lakosságának fele függ a rizstermesztéstől. A hozamot azonban komolyan befolyásolhatják az időjárási tényezők és a talaj minősége. Ennek kiküszöbölésére a manilai Nemzetközi Rizskutató Intézet tudósai olyan fejlesztésbe fogtak, amely a rizs fotoszintézisét úgy módosítja, hogy szinte bármilyen körülmények között stabil hozamot garantáljon. A génmódosításnak köszönhetően a szuperrizs hatékonyabban hasznosítja a napfényt, így gyorsabban nő. Ezt úgy érik el, hogy a növény levelein a pórusok nagyobbra nyílnak, több szén-dioxidot tudnak felszívni, s ez a fotoszintézis során, vízzel egyesülve glükózra és oxigénre bomlik szét. A kutatások egyelőre még kezdeti fázisban vannak, azonban a tudósok reményei szerint egy évtizeden belül „bevetésre” kész lehet a megnövelt hozamú termény.

Felejtsük el a műtrágyát!

A klímaváltozást okozó gázok emissziójának 1,2 százalékát teszik ki a műtrágyagyártás során kibocsátott káros anyagok. Ennek kivédésére C.A. Reddy, a Michigan State University mikrobiológiával és molekuláris genetikával foglalkozó professzora olyan megoldást talált ki, melynek lényege, hogy a termőföldeket olyan mikroorganizmusokkal népesítik be, amelyek a levegőből vonják ki a nitrogént. Ez azt eredményezné, hogy javul a talaj minősége, s így nagyobb terményhozam érhető el.

Vegyszerek helyett a természet adta lehetőségeket használhatnánk © sxc.hu

A kutató 300, a természetben előforduló talajbaktériumot vizsgált meg, s olyan elegyet hozott létre, amely csökkenti a foszfor- és nitrogéntartalmú műtrágyák iránti igényt, emellett védi a növényeket a különböző méreganyagoktól és gyakorlatilag mindenfajta termény hozamát megnöveli. A kísérletek során a megfelelően kezelt paradicsomföldeken csaknem 90 százalékkal több termett a zöldségből, ráadásul az így létrejövő termények nagyobbak voltak, mint a hagyományos műtrágyával kezelt területen termő társaik. Reddy számtalan növényfélén tesztelte a módszert a padlizsántól a kölesig. A Bio-Soil Enhancer nevet viselő folyékony adalék baktériumai mindemellett önfenntartóak, így nincs szükség arra, hogy évente újra beszórják a földeket. A professzor jelenleg az ipari léptékű felhasználási lehetőségeket teszteli.

Nyílt forráskóddal a termelésért

Afrikában a Szaharától délre eső, úgynevezett szubszaharai területeken az elmúlt négy évtizedben nem nőtt kimutathatóan az egy főre eső terményhozam. A Bill és Melinda Gates alapítvány ennek megoldására 4,7 millió dollárt adományozott egy HarvestChoice nevű projektnek, melynek célja, hogy átfogó adatbázist állítson össze a fekete kontinens mezőgazdasági rendszereiről. A nyílt forráskódú rendszerbe ömlő adatokat térkép-adatbázisokká dolgozzák össze, amelyek segítségével könnyebb lesz meghatározni, hogy mely területeken melyik módszerek lehetnek a leghatékonyabbak.

„A HarvestChoice segít a mezőgazdasági szakembereknek és a befektetőknek egyaránt” – hangsúlyozta Stan Wood, a szervezet egyik vezetője. „Nem érdemes például tejgazdaságba beruházni olyan területen, ahol hatórányi autóútra van a legközelebbi piac.”

Ezzel párhuzamosan az amerikai Mezőgazdasági Minisztérium (USDA) és a NASA közös program keretében térképezik fel a bolygó talajának nedvességtartalmát az Aqua műhold segítségével. Ez nagyban hozzájárulhat a várható terményhozamok meghatározásához. A programhoz 2013-ban csatlakozik a hasonló funkciójú Soil Moisture Active and Passive műhold, amely az Aquánál jóval részletesebb adatokat szolgáltat majd.

Jöhetnek a robotok!

Bizonyos termények – alma, szőlő, körte és hasonló gyümölcsök – esetében szükség van az emberi munkaerőre a szüretkor. A mezőgazdaságnak ez a szelete évi 55 milliárd dolláros forgalmat bonyolít le világszerte. A megfelelő robotok segítségével pedig lehetségessé válik az olcsó, mégis minőségi gyümölcsök és zöldségek termesztése.

A gazdasági válság következtében beomló bankokat és autóipari szereplőket a világ minden táján igyekeznek kisegíteni a kormányok, míg a mezőgazdasági vállalkozóknak sok esetben saját erőből kell kigazdálkodniuk a túlélésükhöz szükséges erőforrásokat. Ha egy gazda nem tudja megfizetni az idénymunkásokat, komoly érték maradhat a fákon.

A Carnegie Mellon egyetem kutatói nemrég 28 milliós támogatást kaptak az USDA-tól, automatizált mezőgazdasági rendszerek kifejlesztésére. A koncepció szerint négykerekű robotok járják folyamatosan a gyümölcsöskerteket, figyelik a fákon a gombásodás nyomait, illetve a termények állapotát. További szenzorok segítségével a talaj és a levegő nedvességtartalmát is szemmel tartják.

„A nagy kiterjedésű gazdaságokban az emberek egyszerűen nem tudják mindezt folyamatosan ellenőrizni” – fejtette ki Singh. A jövő mezőgazdászai viszont egy központi számítógép segítségével akár egyesével is gondozhatják növényeiket, s speciális robotok segítségével védhetik ki a kártevő rovarok, illetve a talajban felgyűlt anyagok okozta problémákat. A gépesítés miatt a képzett munkaerő hiánya sem lehet gond, az eredmény pedig stabil, jó minőségű termést hozó gyümölcsösök formájában jelentkezik.

A szüretelőrobot fantáziarajza - alaposabban dolgozik, mint az ember © Vision Robotics

A Vision Robotics nevű cég által kifejlesztett rendszerben az úgynevezett „fürkészrobotok” sztereokamerával végignézik a termést, hogy megtalálják a megfelelő minőségű gyümölcsöket az ágakon. Ezután jelentenek a szüretelőrobotoknak, amelyek hosszú, több irányba mozgatható karjaikkal lánctalpas polipokra emlékeztetnek. A beérkező információ alapján felkeresik a már szüretre kész fákat, és a karokkal finoman betakarítják a gyümölcsöket. A fejlesztéseknek mostantól arra kell koncentrálnia, hogy az így csatasorba álló robotflotta kellően hatékony és megfizethető legyen.

Bár az első rendszerek akár már jövőre üzembe állhatnak, amíg a megfizethető árú gépezetek meg nem érkeznek, olyan robotokat vetnének be, amelyek az idénymunkások feladatait teszik könnyebbé: például targoncára emlékeztető emelőszerkezetek, amelyekkel könnyebben el lehet érni a magasabb ágakat, illetve a ládákat szállító és megfelelően elrendező szerkezeteket, amelyeket egy központi hálózaton keresztül lehet vezérelni.

Feltámad a termőföld

Az Amazonas környékén élő törzseknél figyelték meg először azt a módszert, amelynek segítségével tápanyagban gazdag, fekete termőföldhöz jutottak azáltal, hogy a felégetett bozótos után megmaradó faszenet bedolgozták a talajba. A Popular Science adatai szerint mára a bolygó termőterületeinek legalább negyede vált használhatatlanná az emberi működés miatt, az őslakosok módszerével azonban ezen könnyen és olcsón lehetne változtatni.

A coloradói székhelyű Biochar Engineering által kifejlesztett speciális faszénelegy ugyanis kiváló táptalajt biztosít az olyan baktériumoknak, amelyek hozzásegítik a növényeket a földből kinyerhető tápanyagokhoz. A faszén emellett több nedvességet képes megkötni, ráadásul a szén-dioxidot is hatékonyan magába zárja. A bio-faszén gyártásának lényege, hogy a növényi hulladékot magas hőmérsékleten, alacsony oxigéntartalom mellett felhevítik; a különböző típusú nyersanyagokból különböző adottságú faszén nyerhető ki.

A speciális faszenet ilyen égetőkamrákban hozzák létre © Biochar Engineering

A Biochar Engineering olyan gépeket is kifejlesztett, amelyek mérete megegyezik a szabványos teherszállító konténerekével, így azok egyszerűen elszállíthatóak azokra a területekre, ahol szükség van rájuk. Speciális modulok segítségével a faszén mellett ráadásul akár folyékony bioüzemanyagot, metanolt is elő lehet velük állítani.

Jöhetnek a szupertermények!

Afrikában minden harmadik ember éhezik, s az alultápláltság nem csak a fekete kontinens sajátja. A St. Louisban működő Donald Danforth Növénytudományi Központ kutatói ennek a problémának a megoldására olyan kísérletekbe kezdtek, melyek célja, hogy a meglehetősen igénytelen, szinte bármilyen környezetben megélő maniókából valóságos szuperterményt hozzanak létre. A 12 millió dolláros háttérrel zajló BioCassava Plus nevű projekt várhatóan 2015-ben fejeződik be, s ha minden jól megy, olyan növény jelenhet meg a termőföldeken, amelynek tízszer akkora a tápanyagtartalma, mint a keményítőben gazdag maniókának. A kutatók célkitűzése egy olyan termény, amelyből egyetlen falat képes lehet fedezni egy felnőtt napi szükségleteit.

A probléma csupán annyi, hogy a manióka meglehetősen keveset tartalmaz vasból, cinkből, A- és E-vitaminból. Ráadásul a gyökereinél ciántartalmú vegyületek rakódnak le. A kísérletek eredményeként eddig olyan terményt sikerült létrehozni, amely négyszer annyi fehérjét, nyolcszor annyi cinket és tízszer annyi E-vitamint tartalmaz, mint a „hagyományos” manióka. A következő lépés, hogy az így megalkotott génkoktél felhasználásával elkészítsék azt a változatot, amelyet a nigériai és kenyai farmerek könnyen termeszthetnek. A program keretében nemsokára elkezdődhetnek az első helyi próbák Afrikában.

A kietlen területek termővé tételére egyébként dél-koreai tervezők is bedobták a maguk ötletét: a Seedbomb koncepció szerint biológiailag lebomló műanyag kapszulákba csomagolt vetőmagokat szórnának le bombázórepülőkről a sivatagos területek felett, így lehelve életet a kietlen régiókba.