Con crecientes preocupaciones sobre el cambio climático y la sobrepoblación, necesitamos urgentemente impulsar la productividad agrícola. Con el objetivo de crear una manera de saber fácilmente si una planta está prosperando o muriendo, los investigadores de la Universidad de Tohoku crearon un sensor montado en hojas. Esta tecnología pequeña pero poderosa podría ayudar a mejorar los rendimientos de los cultivos y la gestión de los recursos para satisfacer las demandas cada vez mayores.
Eventos climáticos extremos como olas de calor, lluvias fuertes y sequías de estrés, que pueden reducir los rendimientos de los cultivos y amenazar la salud a largo plazo de nuestras granjas, bosques y biodiversidad. Hay una necesidad insatisfactora de monitorear con precisión cómo las plantas responden a estos cambios. Si bien los drones y aviones han mejorado la supervisión de la planta desde arriba, sólo capturan más información macro a nivel de superficie.
También requieren ajustes para poder rastrear las plantas con precisión con el tiempo. Otros pequeños sensores que pueden capturar cambios a nivel de planta individual son inconvenientes ya que a menudo requieren personal in situ para instalar y revisar manualmente cada sensor.
“Los métodos tradicionales pueden funcionar bien para algunos propósitos, pero son difíciles de operar y bastante caros”, explica Kaori Kohzuma, “Para monitorear continuamente pequeños cambios, necesitábamos una nueva solución”.
Para abordar estos problemas, un equipo de investigadores desarrolló un novedoso sensor que se une directamente a la parte inferior de las hojas de las plantas. Este pequeño dispositivo utiliza un sensor espectroscópico y una fuente de luz para medir el color de la hoja sin bloquear la luz solar, y puede rastrear los cambios en el mismo lugar a lo largo del tiempo. Impulsado por una batería, con transferencia de datos Wi-Fi e impermeabilización, el sensor puede trabajar al aire libre durante más de un mes, permitiendo la recolección de datos prolongadas.
Observaciones de hojas de abedul en la etapa de follaje de otoño durante un período de dos semanas. (Arriba) Cambios de curso de tiempo a través de ocho longitudes de onda. (Middle) Variación en la intensidad de la luz del sol. (Bottom) Cambios reales en el color de la hoja. A medida que el color verde se desplaza a amarillo y marrón, se pueden observar cambios en la reflectancia. Crédito: Kohzuma y Miyamoto
“La agricultura inteligente es un enorme ahorro de tiempo”, dice Ko-ichiro Miyamoto, “Los agricultores no tienen tiempo para revisar manualmente cada planta. Este sensor es capaz de proporcionar lecturas afinadas para lo que está pasando en tiempo real. Entonces, pueden reaccionar en consecuencia a áreas donde las plantas están experimentando altos niveles de estrés”.
Este sensor tuvo un buen desempeño en comparación con un espectrómetro comercial en unas 90 hojas de 30 especies de plantas diferentes. Distinguí con precisión los colores a través de siete de sus ocho longitudes de onda detectables, y sus lecturas a 620 nm eran muy similares a los medidores comerciales de clorofila.
Otras pruebas con un mutante de Arabidopsis thaliana sensible al estrés mostraron que los cambios a 550 nm en las lecturas del sensor coincía con las respuestas de estrés de la planta, que se alineaban con el índice de reflectancia fotoquímica comúnmente utilizado (PRI).
En una prueba al aire libre para probar el rendimiento en condiciones de la vida real, unieron el sensor a las hojas de abedul para rastrear los cambios en el color de la hoja durante el otoño, caída de la hoja y envejecimiento durante dos semanas. Ellos fueron capaces de observar una disminución de la clorofila (un indicador de estrés vegetal) y cómo la respuesta de la planta fluctuó con la intensidad de la luz solar.
“Este sensor asequible es una herramienta prometedora para monitorear con precisión la salud de las plantas y el estrés a través de datos de color de hoja y reflexión de luz. Su bajo costo permite colocar múltiples sensores en varios lugares, creando una red para el monitoreo simultáneo en muchos lugares”, dice Kohzuma.
Esta tecnología de diagnóstico inteligente permite que se preste apoyo en las áreas que más se necesita. Este sensor podría ser utilizado ampliamente en la agricultura inteligente, estudios de salud forestal y otras áreas donde el seguimiento detallado de la salud de las plantas es importante.
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