Các nhà khoa học trồng củ cải trên loại đất mới có khả năng tự tưới nước cho cây trồng. Ảnh: UT Austin
Sáng kiến này mang đến tiềm năng mở rộng quy mô đất có thể canh tác trên toàn cầu tới những nơi trước đây không có điều kiện khí hậu phù hợp, hay có thể giúp giảm sử dụng lượng nước trong nông nghiệp trong bối cảnh tình trạng hạn hán ngày càng gia tăng.
Theo bài viết đăng trên tạp chí ACS Materials Letters, hệ thống tưới nước tự động của nhóm khoa học sử dụng một loại gel siêu hút ẩm để lấy nước từ không khí vào ban đêm. Đến ban ngày, ánh nắng Mặt trời và nhiệt độ cao sẽ kích hoạt các gel giải phóng nước vào trong đất, từ đó tạo ra dòng chảy cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng. Khi đất phân phối lượng nước cần đủ cho cây, một phần nước sẽ được đưa trở lại không khí, khiến độ ẩm tăng và giúp dễ dàng thực hiện chu kỳ tiếp theo.
Phó giáo sư chuyên về khoa học vật chất Guihua Yu làm việc tại Viện Walker cho biết: “Mở ra cơ hội canh tác tại những nơi khó xây dựng hệ thống thủy lợi và điện năng là rất quan trọng trong bối cảnh tài nguyên nước ngày càng trở nên khan hiếm”.
Mỗi gram đất loại mới có thể chiết xuất khoảng 3-4 gram nước. Tùy thuộc vào loại cây trồng, khoảng 0,1 đến 1 kg đất có thể cung cấp đủ nước để tưới cho khoảng một mét vuông đất nông nghiệp.
Các nhà khoa học đã thử nghiệm loại đất mới trong 4 tuần trên mái của tòa nhà Trung tâm Giảng dạy Kỹ thuật Đại học Austin. Họ phát hiện ra đất có chứa gel hydro có khả năng giữ nước tốt hơn đất cát ở những vùng khô hạn cũng như cần ít nước hơn để phát triển cây trồng. Đất gel hydro có thể giữ lại khoảng 40% lượng nước ban đầu trong khi đất cát chỉ giữ được 20% lượng nước sau một tuần tưới.
Cũng trong thí nhiệm, nhóm nghiên cứu đã trồng củ cải trên cả hai loại đất. Phần củ cải được trồng trên đất gel hydro có khả năng sống sót sau khoảng thời gian 14 ngày mà không cần tưới. Trong khi đó, phần củ cải trồng trên đất cát cần được tưới 4 lần một ngày và chết ngay sau 2 ngày khô hạn.
Fei Zhao, một thành viên trong nhóm nghiên cứu, chỉ ra: “Phần lớn các loại đất đủ điều kiện để hỗ trợ sự phát triển của cây trồng, nhưng nước là nguồn hạn chế lớn nhất. Đó là lý do tại sao chúng tôi muốn chế tạo một loại đất có thể hấp thu nước từ không khí xung quanh”.
Đất tự tưới nước cho cây là ứng dụng công nghệ lớn đầu tiên mà nhóm của Phó Giáo sư Yu thực hiện trong hơn hai năm qua. Năm ngoái, nhóm nghiên cứu đã chế tạo ra một hợp chất gel-polymer hoạt động giống như “bọt biển siêu thấm”. Loại gel này có khả năng hấp thu một lượng lớn nước từ không khí, lọc sạch nước và nhanh chóng phân phối nước cho cây trồng.
Bên cạnh ứng dụng nông nghiệp, công nghệ này cũng có thể được triển khai để làm mát các tấm pin Mặt trời. Nó cũng có thể hỗ trợ cung cấp nguồn nước uống thông qua việc lắp đặt các hệ thống cho các gia đình nhỏ lẻ hoặc nhóm lớn như binh sĩ.