Macronutriënten in de bodem meten met een tong

Hoe meet je macronutriënten in de bodem?

Gelukkig hoeft niemand aan de grond te likken om de aanwezige voedingsstoffen te meten.

Wetenschappers zoals Dr. Maria L. Braunger en Dr. Antonio Riul Jr werken aan een elektronische tong om dat te doen. Beide onderzoekers ontwikkelen nieuwe strategieën en apparaten voor het meten van voedingsstoffen op de bodem.

Maar hoe werkt dit apparaat en waarom is er vraag naar het meten van bodemvoedingsstoffen?

Zoals Dr. Braunger en Dr. Riul zeiden in hun werk: "De groeiende wereldvraag naar voedsel zonder verhoging van het produktiegebied vereist een beter gebruik van landbouw- en natuurlijke hulpbronnen, hetgeen impliceert dat de ontwikkeling van betere instrumenten voor precisielandbouw overmatig gebruik van pesticiden en meststoffen moet voorkomen. Binnen deze context is zeer gedetailleerde informatie voor bodemkarakterisering belangrijk voor bodembeheer en gewasproductiviteit bij precisielandbouw."

Wat u moet weten

Bij de teelt van groenten zijn minerale voedingsstoffen nodig voor de ontwikkeling van het gewas.

Er zijn twee soorten minerale voedingsstoffen, micronutriënten en macronutriënten; deze indeling houdt geen verband met een grotere of kleinere noodzaak, maar met de hoeveelheid die het gewas nodig heeft.

Kijk maar. Mind the Graph Galerij voor illustraties met betrekking tot de bodem. Klik op de onderstaande afbeelding!

afbeeldingen met betrekking tot de bodem uit Mind the Graph

Een verklaring voor de grote behoefte aan macronutriënten is het feit dat zij een structurele rol spelen, aanwezig zijn in de kleine delen van DNA (desoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur), bij enzymatische activering en fotosynthese.

Zes chemische elementen worden beschouwd als macronutriënten: Stikstof (N), fosfor (P), kalium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg) en zwavel (S).

Precisielandbouw staat voor de juiste hoeveelheden macronutriënten en micronutriënten in de bodem, en de auteurs wijzen op het belang van een gezonde bodem.

Deze benadering van de landbouw houdt rekening met alle beschikbare gegevens om de efficiëntie, de productiviteit en de duurzaamheid van de landbouwproductie te verbeteren. De groenten hebben verschillende behoeften en de bodem moet ze voorzien van alle voedingsstoffen die nodig zijn voor een gezonde groei. Maar de hoeveelheid voedingsstoffen is voor het menselijk oog niet zichtbaar op de bodem en moet dus worden gemeten.

De huidige technologie meet de voedingsstoffen in de bodem door monsters naar een gespecialiseerd laboratorium te sturen voor een trage en dure chemische analyse. De elektronische tong (e-tong) van de auteur is een geavanceerd apparaat dat binnenkort een lokale, snelle en goedkope analyse belooft.

Maar wat is een e-tong en hoe smaakt de grond?

De menselijke smaakwaarneming omvat smaakpapillen die zoute, zure, bittere, zoete en umami smaken waarnemen. Smaakreceptorcellen in de smaakpapillen reageren met ionen die aanwezig zijn in voedsel dat is opgelost in speeksel.

De cellen sturen elektrische informatie over de smaak naar de hersenen.

De e-tong is een apparaat dat de menselijke tegenhanger nabootst, en in het algemeen bestaat uit een reeks sensoren die de smaakpapillen nabootsen. Kort gezegd kunnen de sensoren, wanneer zij in een vloeistof zijn ondergedompeld, variaties in de externe omgeving voelen door veranderingen in hun elektrische kenmerken.

Het apparaat

Om een bodemmonster te meten, moet de bodem worden opgelost in water en door een vier-sensor-array worden geleid.

Het monster fungeert als diëlektrisch medium en de sensor als parallelle plaatcondensator. De in het monster aanwezige ionen die door de sensorreeks gaan, veranderen de impedantie op verschillende wijze, afhankelijk van de elektrische aard van de materialen die elke sensor vormen.

Het verschil in de elektrische respons genereert een vingerafdruk van het geanalyseerde monster. De capacitieve impedantiegegevens van een sensor worden verkregen door een frequency sweep tussen 1 Hz en 1 MHz van een sinusoïdaal signaal met een amplitude van 25 mV.

Door de variatie van alle sensorische eenheden samen te beschouwen en een wiskundige behandeling toe te passen, is het mogelijk een meetpunt voor een monster in een 2D-vlakke plot te krijgen.

De volgende uitdaging

Tot dusver heeft de e-tong een kwalitatieve respons, en de uitdaging is nu een kwantitatieve meting van hoeveel kalium (bijvoorbeeld) aanwezig is in een bodemmonster.

Een alternatief is een standaardbodem (bijvoorbeeld rijk aan kalium) en de methode geeft aan hoe ver het monster van die standaard verwijderd is, waarbij de hoeveelheid kalium in het bodemmonster wordt geschat. Met een standaard voor elke macronutriënt kan worden nagegaan of een monster te dicht of te ver (respectievelijk arm of rijk) van elke macronutriënt verwijderd is.

wetenschapsfiguur gemaakt in Mind the Graph

Met de e-tongreactie en dus de kennis van het evenwicht van de voedingsstoffen in de bodem kan een landbouwer de bodemcorrectie beheren door de juiste meststof te kiezen in een specifieke regio, waardoor de verspilling van een blinde keuze wordt beperkt.

Vermindering van verspilling en verbetering van de productiviteit is het doel van precisielandbouw, en met dit apparaat willen Dr. Braunger en Dr. Raul de precisielandbouw bijstaan met een goedkoop, eenvoudig, snel en ter plaatse te gebruiken apparaat. Wij hopen dat binnenkort e-tongues de landbouwers helpen in de landbouw van de toekomst.

____________

Zoals Dr. Braunger en Dr. Raul de boeren helpen, Mind the Graph kan u helpen om een werkstuk of presentatie voor te bereiden met veel illustratiecategorieën waar u alles kunt vinden wat u nodig hebt.

En we zijn hier om je te helpen als je iets anders nodig hebt, gewoon inloggen op uw account en stuur ons een bericht in de REQUEST AN ICON.