La tecnología, que se describe hoy en Nature Food, podría ayudar a los productores a determinar el mejor momento para usar fertilizante en sus cultivos y cuánto se necesita, teniendo en cuenta factores como el clima y la condición del suelo.
por el Imperial College de Londres
Esto reduciría los efectos costosos y perjudiciales para el medio ambiente de la fertilización excesiva del suelo, que libera el óxido nitroso, un gas de efecto invernadero, y puede contaminar el suelo y las vías fluviales.
La fertilización excesiva hasta ahora ha dejado inutilizable el 12 por ciento de la tierra que alguna vez fue cultivable en todo el mundo y el uso de fertilizantes a base de nitrógeno ha aumentado en un 600 por ciento en los últimos 50 años. Sin embargo, es difícil para los productores de cultivos adaptar con precisión su propio uso de fertilizantes: demasiado y corren el riesgo de dañar el medio ambiente y desperdiciar dinero; muy poco y corren el riesgo de producir cosechas pobres. Los investigadores detrás de esta nueva tecnología de detección dicen que podría brindar beneficios tanto para el medio ambiente como para los productores.
El sensor, llamado sensor de gas eléctrico basado en papel funcionalizado químicamente (chemPEGS), mide los niveles de amonio en el suelo , el compuesto que las bacterias del suelo convierten en nitritos y nitratos. Usando un tipo de inteligencia artificial llamada aprendizaje automático , combina esto con datos meteorológicos, tiempo desde la fertilización, pH y mediciones de conductividad del suelo. Utiliza estos datos para predecir cuánto nitrógeno total tiene el suelo ahora y cuánto tendrá hasta 12 días en el futuro, para predecir el momento óptimo para la fertilización.
El estudio de investigación identifica cómo esta nueva solución de bajo costo podría ayudar a los productores a producir cosechas máximas con una fertilización mínima, particularmente para cultivos sedientos de fertilizantes como el trigo. La tecnología podría reducir simultáneamente los gastos de los productores y el daño ambiental de los fertilizantes a base de nitrógeno, el tipo de fertilizante más utilizado.
El investigador principal, el Dr. Max Grell, quien co-desarrolló la tecnología en el Departamento de Bioingeniería del Imperial College London, dijo: «Es difícil exagerar el problema de la fertilización excesiva tanto ambiental como económicamente. Los rendimientos y los ingresos resultantes disminuyen año tras año, y los productores no Actualmente no tienen las herramientas que necesitan para combatir esto.
«Nuestra tecnología podría ayudar a abordar este problema al permitir a los productores saber cuánto amoníaco y nitrato hay actualmente en el suelo y predecir cuánto habrá en el futuro en función de las condiciones climáticas. Esto podría permitirles ajustar la fertilización al necesidades específicas del suelo y de los cultivos ”.
Contaminación por nitrógeno
El exceso de fertilizante nitrogenado libera óxido nitroso al aire, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono y que contribuye a la crisis climática. El exceso de fertilizante también puede ser arrastrado por la lluvia hacia las vías fluviales, donde priva a la vida acuática de oxígeno, lo que provoca la proliferación de algas y una reducción de la biodiversidad.
Sin embargo, sigue siendo difícil adaptar con precisión los niveles de fertilización a las necesidades del suelo y del cultivo. Las pruebas son raras y las formas actuales de medir el nitrógeno del suelo implican enviar muestras de suelo a los laboratorios, un proceso largo y costoso cuyos resultados son de uso limitado cuando llegan al productor.
Este nuevo enfoque de bajo costo podría acelerar el proceso de análisis del suelo. Si bien chemPEGS solo mide el amonio, el componente de aprendizaje automático le permite predecir los niveles actuales de nitrato y los niveles futuros de nitrato y amonio en el suelo.
La autora principal e investigadora principal, la Dra. Firat Guder, del Departamento de Bioingeniería de Imperial, dijo: «Gran parte de nuestra comida proviene del suelo, un recurso no renovable que perderemos si no lo cuidamos. Esto, combinado con la contaminación por nitrógeno de la agricultura presenta un enigma para el planeta, uno que esperamos ayudar a abordar con agricultura de precisión.
«Nuestra tecnología de detección puede medir y predecir el nitrógeno del suelo con suficiente precisión para pronosticar el impacto del clima en la planificación de la fertilización y ajustar el tiempo para los requisitos de los cultivos, lo que esperamos ayude a reducir la fertilización excesiva mientras mejora el rendimiento de los cultivos y las ganancias para los productores».
Los investigadores esperan que chemPEGS y la tecnología de IA asociada, que actualmente se encuentran en etapa de prototipo, estén disponibles para su comercialización en tres a cinco años con más pruebas y estandarización de fabricación.
Más información: Firat Güder, Los sensores de punto de uso y el aprendizaje automático permiten la determinación de nitrógeno del suelo a bajo costo, Nature Food (2021). DOI: 10.1038/s43016-021-00416-4 . www.nature.com/articles/s43016-021-00416-4
