Los sensores basados en plantas que miden el grosor y la capacidad eléctrica de las hojas son muy prometedores para decirles a los agricultores cuándo activar sus sistemas de riego, evitando el desperdicio de agua y las plantas resecas, según los investigadores de la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State.
El monitoreo continuo del "estrés hídrico" de la planta es particularmente crítico en regiones áridas y tradicionalmente se ha hecho midiendo el contenido de humedad del suelo o desarrollando modelos de evapotranspiración que calculan la suma de la evaporación de la superficie del suelo y la transpiración de la planta. Pero existe el potencial para aumentar la eficiencia del uso del aguacon nueva tecnología que detecta con mayor precisión cuándo las plantas necesitan ser regadas.
Para este estudio, publicado recientemente en Transacciones de la Sociedad Americana de Ingenieros Agrónomos y Biológicos , el investigador principal Amin Afzal, candidato a doctorado en ciencias de las plantas, integró en un sensor de hojas la capacidad de medir simultáneamente el grosor de las hojas y la capacidad eléctrica de las hojas, lo que nunca antes se había hecho.
El trabajo se realizó en una planta de tomate en una cámara de crecimiento con una temperatura constante y un fotoperíodo de encendido / apagado de 12 horas durante 11 días. El medio de crecimiento fue una mezcla de turba, con contenido de agua medido por un sensor de humedad del suelo.El contenido de agua del suelo se mantuvo a un nivel relativamente alto durante los primeros tres días y luego se dejó deshidratar, durante un período de ocho días.
Los investigadores eligieron al azar seis hojas que fueron expuestas directamente a las fuentes de luz y montaron sensores de hojas en ellas, evitando las venas principales y los bordes. Registraron mediciones a intervalos de cinco minutos.
Las variaciones diarias del grosor de la hoja fueron menores, sin cambios significativos en el día a día cuando el contenido de humedad del suelo varió de alto a punto de marchitez. Sin embargo, los cambios en el grosor de la hoja fueron más notables a niveles de humedad del suelo por debajo del punto de marchitamiento, hasta que el grosor de la hoja se estabilizó durante los últimos dos días del experimento, cuando el contenido de humedad alcanzó el 5 por ciento.
La capacitancia eléctrica, que muestra la capacidad de una hoja para almacenar una carga, se mantuvo aproximadamente constante a un valor mínimo durante los períodos oscuros y aumentó rápidamente durante los períodos de luz, lo que implica que la capacitancia eléctrica era un reflejo de la actividad fotosintética.Las variaciones de capacitancia disminuyeron cuando la humedad del suelo estaba por debajo del punto de marchitez y cesó por completo por debajo del contenido volumétrico de agua del suelo del 11 por ciento, lo que sugiere que el efecto del estrés hídrico sobre la capacitancia eléctrica se observó a través de su impacto en la fotosíntesis.
"El grosor de la hoja es como un globo: se hincha por la hidratación y se contrae por el estrés hídrico o la deshidratación", dijo Afzal. "El mecanismo detrás de la relación entre la capacidad eléctrica de la hoja y el estado del agua es complejo. En pocas palabras, la hoja eléctricala capacitancia cambia en respuesta a la variación en el estado del agua de la planta y la luz ambiental. Por lo tanto, el análisis del grosor de la hoja y las variaciones de capacitancia indican el estado del agua de la planta: bien regado versus estresado ".
El estudio es el último en una línea de investigación que Afzal espera que termine en el desarrollo de un sistema en el que los sensores de clip de hoja envíen información precisa sobre la humedad de la planta a una unidad central en un campo, que luego se comunica en tiempo real con unsistema de riego para regar el cultivo. Él imagina una disposición en la que los sensores, la unidad central y el sistema de riego se comuniquen sin cables, y los sensores se puedan alimentar de forma inalámbrica con baterías o células solares.
"En última instancia, todos los detalles pueden ser manejados por una aplicación de teléfono inteligente", dijo Afzal, quien estudió electrónica y programación de computadoras en la Universidad Tecnológica de Isfahan en Irán, donde obtuvo una licenciatura en ingeniería de maquinaria agrícola. Está probandosu concepto de trabajo en el campo en Penn State.
Hace dos años, dirigió un equipo que ganó el primer lugar en el concurso Ag Springboard de la Facultad de Ciencias Agrícolas, una competencia empresarial de planes de negocios, y recibió $ 7,500 para ayudar a desarrollar el concepto.
Afzal, al crecer en Irán, sabe que la disponibilidad de agua determina el destino de la agricultura. En la última década, el río Zayandeh en su ciudad natal de Isfahani se secó y muchos agricultores ya no pueden plantar sus cultivos habituales ".gran problema en nuestro país ", dijo Afzal." Esa es una gran motivación para mi investigación ".
La tecnología de Afzal es muy prometedora, señaló Sjoerd Duiker, profesor asociado de gestión de suelos, asesor de Afzal y miembro del equipo de investigación. Los métodos actuales para determinar el riego son crudos, mientras que los sensores de Afzal trabajan directamente con el tejido vegetal.
"Creo que estos sensores podrían mejorar considerablemente la eficiencia del uso del agua", agregó Duiker. "La escasez de agua ya es un gran problema geopolítico, con la agricultura responsable de aproximadamente el 70 por ciento del uso mundial de agua dulce. Las mejoras en la eficiencia del uso del agua serán esenciales."
En un estudio de seguimiento, Afzal acaba de terminar de evaluar sensores de hojas en plantas de tomate en un invernadero. Los resultados confirmaron los resultados del estudio recién publicado. En su nueva investigación, está desarrollando un algoritmo para traducir el grosor de las hojasy variaciones de capacitancia para obtener información significativa sobre el estado del agua de la planta.
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Materiales proporcionados por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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