Un nuevo sensor de suelo puede ayudar a los agricultores a mejorar el uso de los fertilizantes en sus cultivos, tomando en cuenta factores como el clima y la condición del suelo.
El uso de sensores de suelo podría reducir los costos y los impactos ambientales negativos de la sobrefertilización de los suelos, que liberan el gas invernadero óxido nitroso y pueden contaminar suelos y cuerpos de agua.
Impactos de la sobrefertilización de los suelos
Según reportan los investigadores, hasta ahora, la sobrefertilización 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.
No obstante, es difícil para los agricultores adaptar con precisión su propio uso de fertilizantes, la mayoría corren el riesgo de daños ambientales y desperdicio de dinero, y un menor número corren el riesgo de un bajo rendimiento de las cosechas.
Los investigadores detrás de esta nueva tecnología de detección dicen que podrían proporcionar beneficios tanto para el medio ambiente como para los agricultores.
Sensores de suelo
El sensor de suelo, llamado sensor de gas eléctrico basado en papel químicamente funcionalizado (chemPEGS), mide los niveles de amoniaco en el suelo, el compuesto que las bacterias del suelo convierten en nitritos y nitratos.
Mediante el empleo de un tipo de inteligencia artificial denominado aprendizaje automático, el sensor combina los datos registrados con datos metereológicos, tiempo desde la fertilización, pH y mediciones de conductividad del suelo.
El nuevo sensor de suelo utiliza estos datos para predecir cuánto nitrógeno total tiene el suelo y cuánto tendrá hasta 12 días en el futuro, para predecir el momento óptimo para la fertilización.
Reducción de fertilización para mejores cosechas
El estudio identifica que esta nueva solución de bajo costo podría ayudar a los productores a obtener mayores cosechas con una mínima fertilización, particularmente para cultivos “sedientos” de fertilizantes como el trigo.
El sensor de suelo podría reducir simultáneamente los gastos de los agricultores y el daño ambiental de los fertilizantes a base de nitrógeno, el tipo de fertilizantes más utilizado.
El investigador principal Dr. Max Greel, que co-desarrolló la tecnología en el Department of Bioengineering de la Imperial College London, dijo: “Es difícil exagerar el problema de la sobrefertilización tanto desde el punto de vista ambiental como económico. Los rendimientos y los ingresos resultantes disminuyen año tras año, y los agricultores no tienen las herramientas que necesitan para combatir esto”.
“Nuestra tecnología podría ayudar a abordar este problema al permitir a los agricultores 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 a las necesidades específicas del suelo y los cultivos”.
Contaminación por nitrógeno
El exceso de fertilizantes nitrogenados libera óxido nitroso al aire, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono (CO2) y que contribuye a la crisis climática.
El exceso de fertilizantes también puede ser arrastrado por la lluvia a los cursos de agua, donde priva a la vida acuática de oxígeno, lo que provoca la proliferación de algas y una reducción de la biodiversidad.
No obstante, sigue siendo difícil adaptar con precisión los niveles de fertilización a las necesidades del suelo y los cultivos.
Sensor de suelo de bajo costo
Las pruebas son raras y las formas actuales de medir el nitrógeno del suelo implica enviar muestras de suelo a los laboratorios, un proceso largo y costoso cuyos resultados son de uso limitado cuando llegan al agricultor.
Este enfoque de bajo costo podría acelerar el proceso de evaluación del suelo.
Si bien chemPEGS sólo mide el amoníaco, el componente de aprendizaje automático le permite predecir los niveles actuales de nitrato, y los niveles futuros de nitrato y amoniaco en el suelo.
El autor principal e investigador principal, Dr. Firat Guder, del Department of Bioengineering, del Imperial College London, 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 la 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 requerimientos del cultivo, lo que esperamos ayude a reducir la sobrefertilización mientras mejora el rendimiento de los cultivos y las ganancias para los productores”.
Los investigadores esperan que el sensor de suelo chemPEGS y la tecnología de inteligencia artificial asociada, que actualmente se encuentran en la etapa de prototipo, estén disponibles para su comercialización en tres a cinco años con más pruebas y la estandarización de su fabricación.
El estudio fue financiado por EPSRC, Innovate UK y Cytiva.
Referencia:
Max Grell, Giandrin Barandun, Tarek Asfour, Michael Kasimatis, Alex Silva Pinto Collins, Jieni Wang, Firat Güder. Point-of-use sensors and machine learning enable low-cost determination of soil nitrogen. Nature Food, 2021; DOI: 10.1038/s43016-021-00416-4
