【2021/12/03 ScienceDaily】
目前有一項新研發的技術，利用氣候及土壤條件等因素，幫助種植者計算出何時對栽種作物給予適合的肥料用量，從自然食品 (NatureFood) 雜誌的內容描述，這項技術可以減少過度施肥所帶來的成本及環境破壞，如釋放溫室氣體一氧化二氮、汙染土染及水源等等。至今為止，過量施肥的問題已經造成12%的可耕地的無法再被利用，過去的50年中氮肥的使用量也增加了600%。然而，要精準地控制肥料的施用量對種植者來說不是容易的事情，施用多可能導致環境的破壞及金錢浪費；施用少則可能造成產量過低。這項新感測技術背後的研究人員表示，它可以為環境和種植者帶來好處。
這項感測技術名為化學功能化紙質電氣體感測器（chemically functionalised paper-based electrical gas sensor, chemPEGS），可以感測到土壤中的氨含量 (土壤中被細菌轉為亞硝酸鹽和硝酸鹽的化合物)，它利用機器學習的人工智慧，綜合天氣數據、施肥後的時間、PH值及土壤導電度等資料，計算出目前土壤中的總氮含量及未來12天將達到多少氮含量，以預測出合理的施肥時間。
這項研究提供新的低成本方案，幫助種植者以最少的施肥產出最大量的作物，特別是對於小麥等需肥量較大的作物。該技術可以同時減少種植者的花費和氮肥料對環境的危害 (氮肥料是最廣泛使用的肥料類型)。倫敦帝國理工學院生物工程學系的Max Grell博士是共同開發該技術的首席研究員，他提到：「目前過度施肥對環境和經濟造成的問題，使得產量和收入逐年下降，而目前種植者仍沒有應對這種情況所需的工具。這項技術可以解決這個問題，使種植者知道土壤中目前有多少氨和硝酸鹽，並根據天氣條件預測未來的情形。這讓種植者可以根據土壤和作物的特定需求微調施肥。」
有關於過量施肥所造成的氮污染，氮肥會在空氣中釋放一氧化二氮，是比二氧化碳強300倍會導致氣候危機的溫室氣體。多餘的肥料也可能隨雨水沖入水道，剝奪水生生物的氧氣，導致藻類大量繁殖和生物多樣性減少。
然而，很難根據土壤和作物需求精確地調整施肥量。目前測量土壤氮的方法是將土壤樣品送到檢測實驗室，是趟漫長且昂貴的過程，而檢測結果回到種植者時能利用的資訊也是有限的。這種新的低成本方法可以加快土壤檢測過程。雖然chemPEGS僅測量氨，但機器學習元件能夠預測土壤中硝酸鹽的當下及未來含量。
英國帝國理工學院生物工程系的資深作者和首席研究員Firat Guder博士說：「我們大部分的食物來自土壤，土壤是不可再生的資源，如果不照顧它，我們將失去它。這與農業產生的氮污染相互關聯，為地球帶來難題，我們希望通過精準農業幫助解決這難題。使用這項感測技術可以足夠準確地測量和預測土壤氮，以預測天氣對施肥計畫的影響，並調整作物對於肥料需求的時間，將有助於減少過度施肥，同時提高作物產量和種植者的利潤。」
研究人員預計，目前處於原型階段的chemPEGS和相關AI技術將在3-5年內通過更多的測試和製造標準化實現商業化。
《產業發展中心 產業分析組陳建良摘譯》
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https://phys.org/news/2021-05-ammonium-soil-decrease-pollution-boost.html