Medición de los macronutrientes del suelo con la lengua

¿Cómo medir los macronutrientes en el suelo?

Afortunadamente, nadie necesita lamer la tierra para medir los nutrientes presentes en ella.

Los científicos como Dra. Maria L. Braunger y Dr. Antonio Riul Jr. están trabajando en una lengua electrónica para ello. Ambos investigadores están desarrollando nuevas estrategias y dispositivos para tratar la medición de nutrientes en el suelo.

Pero, ¿cómo funciona este aparato y por qué hay una demanda para medir los nutrientes del suelo?

Como dijeron el Dr. Braunger y el Dr. Riul en su trabajo: "La creciente demanda mundial de alimentos sin aumentar la superficie productiva requiere un mejor uso de los recursos agrícolas y naturales, lo que implica que el desarrollo de mejores herramientas para la agricultura de precisión debe evitar el uso excesivo de pesticidas y fertilizantes. En este contexto, la información de alto detalle para la caracterización del suelo es importante para la gestión del suelo y la productividad de los cultivos cuando se trata de agricultura de precisión."

Lo que hay que saber

En el cultivo de hortalizas, los nutrientes minerales son necesarios para garantizar el desarrollo de los cultivos.

Existen dos tipos de nutrientes minerales, los micronutrientes, y los macronutrientes, esta división no se correlaciona con la mayor o menor esencialidad, sino con la cantidad que necesita el cultivo.

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Una de las explicaciones de que los macronutrientes sean necesarios en grandes cantidades es el hecho de que desempeñan un papel estructural, están presentes en las pequeñas partes del ADN (ácido desoxirribonucleico) y del ARN (ácido ribonucleico), en la activación enzimática y en la fotosíntesis.

Seis elementos químicos se consideran minerales macronutrientes: Nitrógeno (N), Fósforo (P), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Azufre (S).

La agricultura de precisión significa tener las cantidades adecuadas de macronutrientes y micronutrientes en el suelo, y los autores afirman la importancia de mantener un suelo sano.

Este enfoque de la agricultura tendrá en cuenta todos los datos disponibles para mejorar la eficiencia, la productividad y la sostenibilidad de la producción rural. Las hortalizas tienen diferentes necesidades y el suelo debe proporcionarles todos los nutrientes necesarios para permitir un crecimiento saludable. Pero la cantidad de nutrientes no es visible para el ojo humano en el suelo y, por tanto, es necesario medirla.

La tecnología actual mide los nutrientes del suelo enviando muestras a un laboratorio especializado para realizar un lento y costoso análisis químico. La lengua electrónica del autor (e-tongue) es un dispositivo de última generación que promete en breve un análisis local, rápido y barato.

Pero, ¿qué es una lengua electrónica y cómo sabe el suelo?

La percepción del gusto humano implica que las papilas gustativas detecten los sabores salado, ácido, amargo, dulce y umami. Las células receptoras del gusto en las papilas gustativas son responsables de reaccionar con los iones presentes en los alimentos disueltos en la saliva.

Las células envían al cerebro información eléctrica inmensa sobre el sabor.

La e-lengua es un dispositivo que imita al humano y que suele estar compuesto por un conjunto de unidades sensoras que simulan las papilas gustativas. En pocas palabras, cuando se sumergen en un líquido, las unidades sensoras pueden sentir las variaciones del entorno externo mediante cambios en sus características eléctricas.

El dispositivo

Para medir una muestra de suelo, éste debe solubilizarse en agua y pasar por un conjunto de cuatro sensores.

La muestra actúa como un medio dieléctrico y el sensor como un condensador de placas paralelas. Los iones presentes en la muestra que pasan por el conjunto de sensores cambian la impedancia de forma diferente, según la naturaleza eléctrica de los materiales que forman cada unidad de detección.

La diferencia en la respuesta eléctrica genera una huella digital de la muestra analizada. Los datos de impedancia capacitiva de un sensor se adquieren mediante un barrido de frecuencia entre 1 Hz y 1 MHz de una señal sinusoidal con 25 mV de amplitud.

Considerando la variación de todas las unidades sensoras en conjunto y aplicando un tratamiento matemático, es posible tener un punto de medición para una muestra en un gráfico plano 2D.

El próximo reto

Hasta ahora, la lengua electrónica podría tener una respuesta cualitativa, y el reto actual es una medición cuantitativa de la cantidad de potasio (por ejemplo) presente en una muestra de suelo.

Una alternativa es tener un suelo estándar (rico en potasio, por ejemplo) y el método dirá a qué distancia está la muestra de ese estándar, estimando la cantidad de potasio en la muestra de suelo. Tener un estándar para cada macronutriente permite comprobar si una muestra está demasiado cerca o demasiado lejos (pobre o rica, respectivamente) de cada uno.

figura científica hecha en Mind the Graph

Disponer de la respuesta de la lengua electrónica y, por tanto, conocer el equilibrio de nutrientes en el suelo, permite al agricultor gestionar la corrección del suelo eligiendo el abono adecuado en una región concreta, reduciendo así el desperdicio de una elección a ciegas.

Reducir los residuos y mejorar la productividad es el objetivo de la agricultura de precisión, y con este dispositivo, el Dr. Braunger y el Dr. Raúl quieren ayudar a la agricultura de precisión con un dispositivo de bajo coste, sencillo, rápido y que se utiliza in situ. Esperamos tener pronto e-tongues que ayuden a los agricultores en la agricultura del futuro.

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