Misurare i macronutrienti del suolo con la lingua

Come misurare i macronutrienti nel terreno?

Fortunatamente, non è necessario leccare il terreno per misurare le sostanze nutritive in esso presenti.

Scienziati come Dott.ssa Maria L. Braunger e Dr. Antonio Riul Jr stanno lavorando a una lingua elettronica per farlo. Entrambi i ricercatori stanno sviluppando nuove strategie e dispositivi per gestire la misurazione dei nutrienti nel terreno.

Ma come funziona questo dispositivo e perché c'è la richiesta di misurare i nutrienti del suolo?

Come hanno detto il Dr. Braunger e il Dr. Riul in il loro lavoro: "La crescente domanda mondiale di cibo senza aumentare la superficie produttiva richiede un uso migliore delle risorse agricole e naturali, il che implica che lo sviluppo di strumenti migliori per l'agricoltura di precisione dovrebbe evitare l'uso eccessivo di pesticidi e fertilizzanti. In questo contesto, informazioni altamente dettagliate per la caratterizzazione del suolo sono importanti per la gestione del suolo e la produttività delle colture quando si tratta di agricoltura di precisione".

Cosa c'è da sapere

Nella coltivazione degli ortaggi, i nutrienti minerali sono necessari per garantire lo sviluppo delle colture.

Esistono due tipi di nutrienti minerali, i micronutrienti e i macronutrienti; questa suddivisione non è correlata alla maggiore o minore essenzialità, ma alla quantità necessaria alla coltura.

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illustrazioni relative al suolo da Mind the Graph

Una spiegazione del fabbisogno di macronutrienti in quantità elevate è il fatto che essi svolgono un ruolo strutturale, sono presenti nelle piccole parti del DNA (acido desossiribonucleico) e dell'RNA (acido ribonucleico), nell'attivazione enzimatica e nella fotosintesi.

Sei elementi chimici sono considerati minerali macronutrienti: Azoto (N), Fosforo (P), Potassio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg) e Zolfo (S).

L'agricoltura di precisione si basa sulla presenza nel suolo delle giuste quantità di macronutrienti e micronutrienti e gli autori sottolineano l'importanza di mantenere il suolo sano.

Questo approccio all'agricoltura prenderà in considerazione tutti i dati disponibili per migliorare l'efficienza, la produttività e la sostenibilità della produzione rurale. Gli ortaggi hanno esigenze diverse e il terreno deve fornire loro tutti i nutrienti necessari per consentire una crescita sana. Ma la quantità di nutrienti non è visibile all'occhio umano sul terreno e, pertanto, deve essere misurata.

La tecnologia odierna misura i nutrienti del suolo inviando i campioni a un laboratorio specializzato per analisi chimiche lente e costose. La lingua elettronica (e-tongue) dell'autore è un dispositivo all'avanguardia che promette a breve un'analisi locale, veloce ed economica.

Ma che cos'è una lingua elettronica e che sapore ha il suolo?

La percezione del gusto umano coinvolge le papille gustative che rilevano i sapori salato, acido, amaro, dolce e umami. Le cellule recettrici del gusto nelle papille gustative sono responsabili della reazione con gli ioni presenti negli alimenti disciolti nella saliva.

Le cellule inviano al cervello informazioni elettriche immense sul gusto.

La lingua elettronica è un dispositivo che imita la controparte umana ed è generalmente composta da una serie di unità di rilevamento che simulano le papille gustative. In breve, quando sono immerse in un liquido, le unità sensoriali possono percepire le variazioni dell'ambiente esterno attraverso i cambiamenti delle loro caratteristiche elettriche.

Il dispositivo

Per misurare un campione di terreno, questo deve essere solubilizzato in acqua e fatto passare attraverso un array di quattro sensori.

Il campione agisce come un mezzo dielettrico e il sensore come un condensatore a piastre parallele. Gli ioni presenti nel campione che attraversano l'array di sensori modificano l'impedenza in modo diverso, a seconda della natura elettrica dei materiali che costituiscono ciascuna unità di rilevamento.

La differenza nella risposta elettrica genera un'impronta digitale del campione analizzato. I dati relativi all'impedenza capacitiva di un sensore vengono acquisiti mediante uno sweep di frequenza compreso tra 1 Hz e 1 MHz di un segnale sinusoidale con 25 mV di ampiezza.

Considerando la variazione di tutte le unità di rilevamento insieme e applicando un trattamento matematico, è possibile avere un punto di misura per un campione in un grafico piano 2D.

La prossima sfida

Finora l'e-tongue potrebbe avere una risposta qualitativa, e la sfida attuale è una misurazione quantitativa della quantità di potassio (ad esempio) presente in un campione di terreno.

Un'alternativa è quella di avere un terreno standard (ricco di potassio, per esempio) e il metodo dirà quanto il campione è lontano da quello standard, stimando la quantità di potassio nel campione di terreno. Avere uno standard per ogni macronutriente permette di verificare se un campione è troppo vicino o troppo lontano (povero o ricco, rispettivamente) da ciascuno di essi.

figura scientifica realizzata in Mind the Graph

Avere la risposta della lingua elettronica e quindi conoscere l'equilibrio dei nutrienti nel terreno permette all'agricoltore di gestire la correzione del terreno scegliendo il fertilizzante giusto in una regione specifica, riducendo così gli sprechi di una scelta alla cieca.

Ridurre gli sprechi e migliorare la produttività è l'obiettivo dell'agricoltura di precisione e, con questo dispositivo, il Dr. Braunger e il Dr. Raul vogliono aiutare l'agricoltura di precisione con un dispositivo a basso costo, semplice, rapido e utilizzabile in loco. Speriamo che presto le lingue elettroniche aiutino gli agricoltori nell'agricoltura del futuro.

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Come il Dr. Braunger e il Dr. Raul stanno aiutando gli agricoltori, Mind the Graph può aiutarvi a preparare un documento o una presentazione con molte categorie di illustrazioni in cui potete trovare tutto ciò che vi serve.

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