पिकातील नत्राचे अचूक प्रमाण कळणार विमानावरील सेन्सरद्वारे

इल्लिनॉइज विद्यापीठातील संशोधकांनी उच्च दर्जाच्या हायपरस्पेक्ट्रल सेन्सर तंत्र विमानावर बसवून अत्यंत अल्प वेळेमध्ये पिकातील नत्राचे प्रमाण, त्यांची प्रकाश संश्‍लेषण करण्याची क्षमता यांचे ८५ टक्क्यांपर्यंत अचूक प्रमाण मिळवले आहेत. हे तंत्र भविष्यात नत्र वापर, त्याची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी अत्यंत महत्त्वाचे ठरणार आहे. हे संशोधन ‘इंटरनॅशनल जर्नल ऑफ अॅप्लाइड अर्थ ऑब्झर्व्हेशन अॅण्ड जिओइन्फॉर्मेशन’मध्ये प्रकाशित करण्यात आले आहे. हरितक्रांतीनंतर नत्रयुक्त रासायनिक खतांचा वापर वेगाने वाढत गेला. त्यामुळे पिकाचे उत्पादनही काही टप्प्यांपर्यंत वाढत गेले. मात्र शिफारशीपेक्षा अधिक वापरामुळे त्याचा पर्यावरणावर परिणाम होऊ लागला. वातावरणामध्ये नायट्रस ऑक्साइड या हरितगृह वायूमुळे तापमान वाढीचे संकट उद्‍भवू लागले आहे. अतिरिक्त नत्रयुक्त खते जल निचऱ्यासोबत गेल्यामुळे भूजल आणि पाण्याचे स्रोतही खराब होऊ लागले आहेत. एखाद्या वर्षी पिकांसाठी नत्राची नेमकी गरज किती आहे, याचा अंदाज मिळवणेही तितकेच अवघड ठरणारी बाब. एखाद्या प्रक्षेत्रातील मातीचे नमुने घेणे, त्यांचे विश्‍लेषण करणे, त्यावर संपूर्ण प्रक्षेत्राचा व प्रदेशातील नत्राच्या प्रमाणाचा अंदाज बांधणे या साऱ्या गोष्टी दिसतात तितक्या सोप्या नक्कीच नाहीत. कारण थोड्या नमुन्यावरून शेतातील मातीचा अंदाज बांधणे, त्याचा गुणाकार करत शेतातील मातीवरून एकूण प्रदेशातील क्षेत्रातील नत्र प्रमाणाचा अंदाज बांधला तर तो खरा येईलच याची काहीही खात्री असत नाही. पिकांच्या पान किंवा देठाचे परीक्षण करून संपूर्ण हंगामातील नत्र प्रमाण जाणून घेण्यातही अनेक अडथळे आहेत. या समस्या लक्षात घेऊन त्यातून मार्ग काढण्यासाठी इल्लिनॉइज विद्यापीठातील संशोधकांच्या गटाने विमानावर हायपरस्पेक्ट्रल सेन्सर बसवून काही प्रयोग केले. त्यांच्या प्रक्षेत्रातील मका पिकातील नायट्रोजनचे प्रमाण आणि प्रकाश संश्‍लेषण क्षमतेचे निदान करण्याचा प्रयत्न केला. विमानावर सेन्सर बसविल्यामुळे प्रत्यक्ष वेळेवर असलेले नत्र आणि प्रकाश संश्‍लेषण अचूकतेने आणि वेगाने जाणून घेणे शक्य होत असल्याचा दावा त्यांनी केला आहे. आपल्या या प्रयोगाविषयी माहिती देताना नैसर्गिक स्रोत आणि पर्यावरणशास्त्र विभागातील सहायक प्राध्यापक शेंग वांग यांनी सांगितले, की प्रत्यक्ष वेळेवर प्रक्षेत्रातील नत्राचे मापन करण्यासाठी अधिक मजूर लागतात. वेळही अधिक लागतो. त्या तुलनेमध्ये विमानावर उच्च दर्जाचे हायपरस्पेक्ट्रल सेन्सिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केल्यास शेतांचे, एकूण प्रक्षेत्राचे स्कॅनिंग वेगाने होते. प्रति एकर अगदी काही सेकंदामध्ये आपल्याला आवश्यक ती नत्रविषयक माहिती उपलब्ध होऊ शकते. सध्या यासाठी उपग्रहाद्वारे प्रतिमा घेऊन अभ्यास केला जात असला तरी विमानावरून अधिक जवळून माहिती टिपली जात असल्याने अचूकता अधिक मिळू शकते. आमच्या या पद्धतीमुळे प्रत्यक्ष जमिनीवरून घेतलेली निरीक्षणे आणि उपग्रहाची निरीक्षणे या दरम्यानचा फरक मिटण्यास मदत होणार आहे. काटेकोर शेतीसाठी आवश्यक ती अचूकता मिळणार आहे. ...असे आहे हे तंत्र विमानावर दृश्य आणि नीअर इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम (४०० ते २४०० नॅनोमीटर) तरंगलांबींच्या किरणांची नोंद घेण्याची क्षमता असलेले सेन्सर बसवले. हे विमान इल्लिनॉइज विद्यापीठाच्या प्रायोगिक प्रक्षेत्रावर २०१९ च्या मका पीक हंगामामध्ये तीन वेळा फिरवण्यात आले. त्यानुसार मिळालेल्या माहिती साठ्याचे विश्‍लेषण करण्यात आले. त्यानंतर संशोधकांनी प्रत्यक्ष शेतातील पाने आणि कॅनॉपीचे मापन करून त्यांच्या नोंदी घेतल्या. या दोन्ही पद्धतीने घेतलेल्या माहिती साठ्याचा तुलनात्मक अभ्यास करण्यात आला. त्यावरून विमानावर बसवलेल्या सेन्सरद्वारे पाने आणि कॅनॉपीतील नत्राचे मापन, प्रकाश संश्‍लेषणाची क्षमता आणि पिकाची उत्पादकता याविषयी ८५ टक्क्यांपर्यंत अचूक माहिती मिळत असल्याचे स्पष्ट झाले. हे तंत्र कसे काम करते १) जमिनीच्या पृष्ठभागावर परावर्तित झालेल्या ऊर्जा रिमोट सेन्सिंग तंत्राद्वारे शोषली जाते. पर्णसंभार, पानांतील रासायनिक संरचना उदा. त्यातील नत्र, हरितद्रव्यांचे प्रमाण इ. घटकांमुळे परावर्तित होणाऱ्या ऊर्जेच्या प्रमाणात बदल होतात. हे बदल अत्यंत अचूकतेने (अगदी ३ ते ५ नॅनोमीटर इतक्या फरकाने) मोजण्यासाठी नवे हायपरस्पेक्ट्रल सेन्सर उपयोगी ठरतात. अन्य कोणत्याही रिमोट सेन्सिंग तंत्रापेक्षा त्यांची अचूकता अधिक आहे. २) या तंत्राने मिळालेली माहिती सध्या लोकप्रिय असलेल्या Maximum Return To Nitrogen (MRTN) मका नत्र दर कॅलक्युलेटरद्वारे मोजली जाते. या तंत्राने पिकासाठी नत्र खते देण्याचा दर व प्रमाण ठरवता येते. हंगामाच्या किंवा पिकांच्या अंतिम टप्प्यात मातीतील नत्रांचे प्रमाणही त्यातून समजू शकते. त्यामुळे प्रत्यक्ष पिकांचे अन्नद्रव्य व्यवस्थापन करणे सोपे जात असल्याचे वांग सांगतात. सध्याच्या पूर्व हंगामातील नत्र प्रमाण, मातीतील नत्राच्या प्रमाणावर आधारित खतांचे नियोजन करणे व त्यावर आधारित नत्र वापराची कार्यक्षमता ठरवण्याच्या पद्धतीमध्ये सुधारणा होतील. ३) हायपर स्पेक्ट्रल सेन्सरद्वारे मिळालेल्या माहितीचे प्रत्यक्ष नत्र वापरायोग्य माहितीमध्ये रूपांतर करण्यासाठी गणितीय अल्गोरिदम तयार करण्यासाठी शास्त्रज्ञ प्रयत्न करत आहेत. त्यातून नवे तंत्र उपलब्ध होईल. ४) सध्या नासा ही अवकाश संशोधन संस्था नवे उपग्रह हायपरस्पेक्टरल अभियान राबविण्याचे नियोजन करत आहे. तसेच खासगी कंपन्यांच्या उपग्रहांनाही आम्ही तयार केलेले अल्गोरिदम तंत्र उपयोगी ठरेल.

विमानाद्वारे घेतलेली निरीक्षणे ही जमिनीवरील प्रत्यक्ष निरीक्षणाच्या दर्जाबरोबरीची आहेत. अचूकतेमध्ये फारशी तडजोड न करता अत्यंत कमी वेळेमध्ये प्रत्यक्ष माहिती मिळवण्यासाठी हे तंत्र उपयुक्त ठरू शकते. कमी खर्चामध्ये मोठ्या क्षेत्रावर माहिती मिळवणे शक्य होते. - काइयू गुआन, संस्थापक संचालक, अॅग्रो इकोसिस्टिम सस्टेनेबिलिटी सेंटर, इल्लिनॉइज विद्यापीठ.