Los sensores ayudan a utilizar eficazmente los fertilizantes

Garantizar la seguridad alimentaria de la población mundial depende en gran medida de una agricultura eficiente basada en los fertilizantes. Recientemente, sin embargo, el precio de los fertilizantes se ha más que triplicado desde el inicio de la guerra en Ucrania. Por si los problemas de abastecimiento de este producto no fueran suficientes, también preocupan los efectos medioambientales de la producción de fertilizantes, que consume mucha energía. A nivel mundial, el proceso para producir el amoníaco utilizado en los fertilizantes utiliza alrededor del 1% de todos los combustibles fósiles y produce el 1% de todas las emisiones de dióxido de carbono. ¿Cómo superar este dilema?

Una nueva tecnología propuesta por la Universidad Técnica de Múnich (TUM) quiere contribuir a facilitar una fertilización rápida, fácil y precisa en el futuro. La solución, que utiliza una combinación de tiras de biosensores y datos recogidos vía satélite, permitirá determinar las condiciones nutricionales de los cereales y el volumen ideal de abono que debe utilizarse. Los datos analíticos digitales se envían a los tractores, con lo que se evita la sobrefertilización y se ahorra tiempo.

Los investigadores comparan el método con los análisis de glucosa en sangre. Se recogen tallos de plantas en al menos tres puntos diferentes del campo. Una gota de savia de estos tallos sobre una tira reactiva es suficiente para medir el contenido de nitrato con un pequeño dispositivo.

El resultado de la prueba está disponible en pocos minutos y se utiliza para calibrar los datos de teledetección ya disponibles vía satélite del programa Copérnico de la Unión Europea, el servicio europeo de vigilancia de la Tierra. La combinación de mediciones locales precisas y datos satelitales de observación de la Tierra ampliamente disponibles permite calcular con exactitud el volumen de abono nitrogenado necesario en el campo en cue

Los investigadores de la TUM calculan que el método permitirá ahorrar hasta un 20% del abono necesario para cultivar cereales.

Según la Agencia Federal de Medio Ambiente de Alemania, el 50% del abono nitrogenado utilizado en la agricultura del país no es absorbido por las plantas. Las cantidades excesivas de abono permanecen en el medio natural y repercuten en el suelo y el agua. La mayoría de las veces, los cálculos del abono que se debe utilizar en los cultivos se hacen únicamente mediante ecuaciones matemáticas con parámetros normalizados o basándose en la experiencia. Además, aunque es posible determinar las condiciones nutricionales de las plantas mediante análisis de laboratorio, esto sigue siendo muy costoso en términos de tiempo y dinero. Por lo tanto, hasta la fecha su uso en el campo ha sido casi inviable.

La investigación de la TUM se centra inicialmente en el suministro de nitrógeno a los cultivos de cereales. En el futuro, tienen previsto comprobar el estado nutricional de las plantas a partir del fosfato y el potasio. Los prototipos del nuevo método de diagnóstico de la TUM deberían poder adquirirse en el futuro. Los investigadores calculan que utilizar la nueva tecnología costará unos 20 euros por hectárea.

Las pruebas de campo de la nueva tecnología comenzarán a finales de este año. La colaboración con proveedores regionales de maquinaria está dando a los investigadores de la TUM la oportunidad de adquirir experiencia con las aportaciones de diversos usuarios. Los resultados de las pruebas prácticas se incorporarán al nuevo método en los próximos tres años.

Para este proyecto de investigación sobre el uso preciso y eficiente de los fertilizantes, la TUM recibió una subvención del Consejo Europeo de Innovación (CEI), que ofrece apoyo financiero a los investigadores de tecnologías innovadoras para una agricultura sostenible.

Sensores en el suelo

En Estados Unidos, en la Pennsylvania State University (Penn State), unos investigadores han desarrollado un sensor multiparamétrico capaz de desacoplar las señales de temperatura y nitrógeno para poder medir con precisión las condiciones del suelo y ayudar así a los agricultores a alcanzar los niveles óptimos de fertilización para el crecimiento de los cultivos.

“El crecimiento de las plantas también se ve afectado por la temperatura, que influye en los procesos físicos, químicos y microbiológicos del suelo. El seguimiento continuo de estas condiciones permite a los agricultores desarrollar estrategias e intervenciones cuando las temperaturas son demasiado altas o bajas para los cultivos”, explica Li Yang, coautor del estudio y profesor de la Escuela de Inteligencia Artificial de la Universidad Tecnológica de Hebei (China).

Sin embargo, tanto los gases como la temperatura, así como las variaciones de humedad relativa, pueden provocar cambios en la lectura de los sensores, que son incapaces de diferenciar entre estas magnitudes. Según los investigadores, es difícil encontrar mecanismos para medir de forma independiente el gas nitrógeno y la temperatura. Para superar estas limitaciones, el equipo diseñó un sensor multiparamétrico de alto rendimiento para desacoplar las lecturas de temperatura y pérdida de nitrógeno del suelo. “La capacidad de detectar simultáneamente concentraciones ultrabajas de óxido de nitrógeno y pequeños cambios de temperatura allana el camino para el desarrollo de futuros dispositivos electrónicos multimodales con mecanismos de detección desacoplados para la agricultura de precisión, la vigilancia de la salud y otras aplicaciones”, afirma Huanyu Cheng, profesor asociado de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State.