La sequía se está convirtiendo en un problema cada año más grave, que afecta a 55 millones de personas en todo el mundo y supone una gran amenaza para los animales y las plantas.
por la Universidad Tecnológica de Kaunas
El estrés por sequía provoca cambios bioquímicos y fisiológicos en las plantas, lo que reduce los niveles de nutrientes y daña el ecosistema, lo que afecta a la salud humana y crea vulnerabilidad en los medios de subsistencia.
Para evaluar la respuesta de las plantas a la sequía, los científicos de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), Lituania, han desarrollado un dispositivo especial .
Linas Svilainis, profesor de la KTU y uno de los autores de la invención, explica que la idea de crear el dispositivo surgió de la colaboración entre investigadores de la KTU y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
El control del estado fisiológico de las plantas es un paso importante para protegerlas de los efectos nocivos y lograr mejores rendimientos. Sin embargo, los métodos existentes para evaluar el estado de las plantas son perjudiciales para ellas y, en muchos casos, requieren una larga espera para obtener los resultados. El nuevo dispositivo no es invasivo y utiliza ultrasonidos sin contacto en una hoja sin cortar para realizar la medición.
Científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón (CITA) han descubierto cómo utilizar los ultrasonidos para evaluar el impacto de la sequía en las plantas.
La aplicación inicial fue para vides pero luego resultó ser aplicable a otras plantas.
Los viñedos europeos sufren la sequía
Los árboles de vid son especialmente vulnerables a la sequía debido a su sistema radicular poco profundo y a su limitada capacidad para extraer agua del suelo. Los árboles de vid que sufren escasez de agua tienen rendimientos más bajos. Además, la sequía cambia la composición de las uvas producidas: puede afectar los niveles de azúcar y acidez, que determinan la calidad y el sabor del vino. Por estas razones, y para evitar el otro extremo del riego excesivo de los árboles de vid, es necesario controlar estas plantas y regular el riego.
Los viñedos europeos, que producen más del 50% del vino mundial, ya sufrieron en 2022 condiciones más cálidas y secas de lo normal, lo que puso en riesgo de sequía a hasta el 18% de los viñedos europeos. Este año, el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Pesca español también se muestra preocupado, ya que prevé que la producción de vino español caiga más del 20% en comparación con el año pasado, debido a la prolongada sequía que azota a los productores de todo el país.
«El dispositivo desarrollado por nuestro equipo puede extraer propiedades mecánicas a partir de mediciones de ultrasonidos, lo que permite a los científicos analizar el estado fisiológico de las plantas», explica el profesor Svilainis.
El dispositivo desarrollado por los científicos de la KTU consta de dos transductores, uno de los cuales actúa como altavoz y transmite la señal, y el otro la recibe como micrófono. Todo lo que se interpone entre ellos modifica la señal.
«A partir de los cambios producidos podemos determinar las propiedades mecánicas de un objeto, en este caso una hoja de una planta», explica Svilainis, profesor de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la KTU.
El dispositivo electrónico del tamaño de la palma de la mano genera ultrasonidos, recibe señales y transmite datos a un teléfono inteligente. Las coordenadas geográficas y las fotografías se adjuntan a los datos del sensor y se envían al almacenamiento en la nube. Los mapas de distribución y los gráficos temporales de las características de las plantas se generan mediante tecnologías de computación en la nube.
La frecuencia de resonancia , el grosor, la densidad y la atenuación de la planta se pueden medir mediante ultrasonidos utilizando el instrumento. «Los investigadores españoles han demostrado que estas mediciones se correlacionan con parámetros que indican el estado fisiológico de la planta, es decir, el potencial hídrico y el contenido relativo de agua, que se utilizan para evaluar el estrés por sequía «, añade el profesor.
Una solución no invasiva para el análisis de plantas directamente en el campo
«Fue necesario mucho trabajo para implementar esta idea y hacer posibles las mediciones de campo», afirma Svilainis.
Añade que, aunque el dispositivo es único, no es el único que mide características similares de las plantas. “La diferencia es que en lugar de, por ejemplo, enhebrar un sensor de presión en el tronco de una planta, utilizamos una tecnología no invasiva, sin contacto. Además, es ligera, cómoda y los resultados se obtienen de forma inmediata. Con otros dispositivos hay que cortar las hojas y llevarlas al laboratorio, lo que lleva tiempo, pero aquí podemos obtener los resultados directamente en el campo”.
Svilainis no tarda en recordar que una planta es un organismo vivo, por lo que averiguar cómo medir sus características en condiciones de campo no fue un proceso fácil. El nivel de sustancias que contiene varía en función de la temperatura del aire, la luz solar y la humedad. «Por ejemplo, ignorar los cambios de temperatura puede dar lugar a errores de medición de hasta un 30%».
En lugar de utilizar termómetros tradicionales, que son demasiado lentos para detectar cambios instantáneos de temperatura, explica, el estado del aire se mide utilizando el tiempo de retardo de las señales ultrasónicas que viajan entre transductores. «Este retraso se utiliza para estimar la velocidad del sonido, que se correlaciona con la temperatura y la humedad del aire, y esto hace que las mediciones sean más precisas sin necesidad de sensores adicionales», concluye Svilainis.
El dispositivo ya está terminado y el resultado se ha presentado en varias conferencias de expertos en biodiversidad. La invención ha obtenido una patente en Lituania y la solicitud se ha presentado en la Oficina Europea de Patentes; también se espera que haya interés comercial.
El dispositivo está diseñado para hojas grandes (más de 3 cm de diámetro), que sean lo suficientemente planas para cubrir completamente los transductores, pero en el futuro la invención puede desarrollarse más para otras plantas, control de enfermedades o materiales industriales, por ejemplo, mediciones de películas.
