Los sensores basados ​​en plantas que miden el grosor y la capacitancia eléctrica de las hojas son muy prometedores para decirles a los agricultores cuándo activar sus sistemas de riego. Previniendo tanto el desperdicio de agua como las plantas resecas, según investigadores de la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State.

El monitoreo continuo del "estrés hídrico" de las plantas es particularmente crítico en las 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 la posibilidad de aumentar la eficiencia del uso del agua con una nueva tecnología que detecta con mayor precisión cuándo es necesario regar las plantas.

Para este estudio, publicado recientemente en Transacciones de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Agrícolas y Biológicos , investigador principal Amin Afzal, un candidato a doctorado en ciencias de las plantas, integrado en un sensor de hoja la capacidad de medir simultáneamente el grosor de la hoja y la capacitancia eléctrica de la hoja, que nunca se ha hecho antes.

El trabajo se realizó en una planta de tomate en una cámara de crecimiento a temperatura constante y fotoperiodo on / off de 12 horas durante 11 días. El medio de crecimiento fue una mezcla de turba para macetas, 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 se dejó deshidratar a partir de entonces. durante un período de ocho días.

Los investigadores eligieron al azar seis hojas que estaban expuestas directamente a fuentes de luz y les colocaron sensores de hojas. evitando las venas principales y los bordes. Registraron mediciones a intervalos de cinco minutos.

Las variaciones diarias del espesor de la hoja fueron menores, sin cambios significativos en el día a día cuando el contenido de humedad del suelo varió desde el punto alto hasta el punto de marchitez. Los cambios en el grosor de las hojas fueron, sin embargo, más notable a niveles de humedad del suelo por debajo del punto de marchitez, hasta que el grosor de la hoja se estabilice durante los dos últimos 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 en un valor mínimo durante los períodos de oscuridad y aumentó rápidamente durante los períodos de luz, lo que implica que la capacitancia eléctrica era un reflejo de la actividad fotosintética. Las variaciones diarias de capacitancia eléctrica disminuyeron cuando la humedad del suelo estaba por debajo del punto de marchitez y cesó completamente por debajo del contenido volumétrico de agua del suelo del 11 por ciento. sugiriendo que el efecto del estrés hídrico sobre la capacitancia eléctrica se observó a través de su impacto en la fotosíntesis.

"El grosor de las hojas es como un globo:se hincha con la hidratación y se encoge con el estrés hídrico, o deshidratación, Afzal dijo. El mecanismo detrás de la relación entre la capacitancia eléctrica de la hoja y el estado del agua es complejo. Simplemente pon, la capacitancia eléctrica de la hoja cambia en respuesta a la variación en el estado del agua de la planta y la luz ambiental. Entonces, el análisis del grosor de las hojas y las variaciones de capacitancia indican el estado hídrico de la planta:bien regado versus estresado ".

El estudio es el último de una línea de investigación que Afzal espera que termine en el desarrollo de un sistema en el que los sensores de clip de hojas enviarán información precisa sobre la humedad de las plantas a una unidad central en un campo. que luego se comunica en tiempo real con un sistema de riego para regar el cultivo. Él prevé una disposición en la que los sensores, la unidad central y el sistema de riego se comunicarán sin cables, y los sensores se pueden alimentar de forma inalámbrica con baterías o células solares.

"Por último, todos los detalles se pueden administrar mediante 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 probando su concepto de trabajo sobre el terreno en Penn State.

Hace dos años, dirigió un equipo que ganó el primer lugar en el concurso de trampolín agrícola de la Facultad de Ciencias Agrícolas, una competencia de planes de negocios emprendedores, y recibió $ 7, 500 para ayudar a desarrollar el concepto.

Creciendo en Irán, Afzal sabe que la disponibilidad de agua determina el destino de la agricultura. En la ultima década, el río Zayandeh en su ciudad natal de Isfahani se ha secado, y muchos agricultores ya no pueden sembrar sus cultivos habituales. "El agua es un 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 manejo de suelos, Asesor de Afzal y miembro del equipo de investigación. Los métodos actuales para determinar el riego son toscos, 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 alrededor del 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 los sensores de hojas en plantas de tomate en invernadero. Los resultados confirmaron los resultados del estudio recién publicado. En su nueva investigación, Está desarrollando un algoritmo para traducir el grosor de la hoja y las variaciones de capacitancia en información significativa sobre el estado hídrico de la planta.