Sensores ajudam no uso eficiente de fertilizantes

Garantir a segurança alimentar para a população mundial depende, em grande parte, de uma agricultura eficiente baseada em fertilizantes. No entanto, recentemente, o preço dos fertilizantes mais do que triplicou desde o início da guerra na Ucrânia. Como se não bastassem os problemas de abastecimento desse produto, há preocupações sobre os efeitos ambientais da produção de fertilizantes, que consome muita energia. Em nível global, o processo para produzir a amônia empregada nos fertilizantes usa cerca de 1% de todos os combustíveis fósseis e produz 1% de todas as emissões de dióxido de carbono. Como superar esse dilema?

Uma nova tecnologia proposta pela Universidade Técnica de Munique (TUM) quer ajudar a facilitar a fertilização rápida, fácil e precisa no futuro. A solução usa uma combinação de tiras de biossensores e dados coletados via satélite, o método poderá determinar as condições nutricionais dos cereais e o volume ideal de fertilizante a ser usado. Dados analíticos digitais são enviados para os tratores, evitando a superfertilização e também poupando tempo.

Os pesquisadores comparam o método com os exames de glicose no sangue. Caules de plantas são coletados de, pelo menos, três localidades diferentes no campo. Uma gota da seiva desses caules em uma tira de teste é suficiente para medir o teor de nitrato com um pequeno equipamento.

O resultado do teste fica disponível em alguns minutos e é usado para calibrar os dados de sensoriamento remoto que já estão disponíveis via satélite do programa Copernicus da União Europeia, serviço europeu de monitoramento terrestre. A combinação de medições locais precisas e dados amplamente disponíveis da observação da Terra via satélite permite o cálculo exato do volume de fertilizante nitrogenado necessário no campo em questão.

Pela estimativa dos pesquisadores da TUM, o método vai proporcionar uma economia de até 20% do uso de fertilizante necessário no cultivo de cereais.

Segundo a Agência Federal do Ambiente da Alemanha, 50% do fertilizante nitrogenado usado na agricultura no país, não são absorvidos pelas plantas. Quantidades excessivas de fertilizantes permanecem nos ambientes da natureza e têm impacto no solo e na água. Na maioria das vezes, os cálculos de fertilizantes a ser usadas nas plantações são feitos puramente por equações matemáticas com parâmetros padronizados ou baseados na experiência. Além disso, embora seja possível determinar as condições nutricionais das plantas por meio de análises laboratoriais, isso ainda é muito dispendioso em termos de tempo e dinheiro. Portanto, tem sido quase impraticável para uso no campo até o momento.

O foco inicial das pesquisas da TUM é a oferta de nitrogênio para as plantações de cereais. Futuramente, planejam testar o estado nutricional das plantas com base em fosfato e potássio. Protótipos do novo método de diagnóstico da TUM deverão estar disponíveis para compra futuramente. Os pesquisadores calculam um custo de cerca de 20 euros por hectare para uso da nova tecnologia.

Testes de campo da nova tecnologia começarão ainda neste ano. A colaboração com fornecedores regionais de maquinários está dando aos pesquisadores da TUM a chance de ganhar experiência com a contribuição de vários usuários. Os resultados dos testes práticos serão incorporados ao novo método nos próximos três anos.

Por conta desse projeto de pesquisa voltado ao uso preciso e eficiente de fertilizantes, a TUM recebeu uma bolsa do Conselho Europeu de Inovação (EIC), que oferece apoio financeiro a pesquisadores de tecnologias inovadoras para agricultura sustentável.

Sensores no solo

Nos Estados Unidos,na Pennsylvania State University (Penn State), pesquisadores desenvolveram um sensor multiparâmetro capaz de desacoplar sinais de temperatura e nitrogênio para que possam medir com precisão as condições do solo e assim ajudar os agricultores a atingir níveis ideais de fertilização para o crescimento das plantações.

​ “O crescimento das plantas também é afetado pela temperatura, que influencia processos físicos, químicos e microbiológicos no solo. O monitoramento contínuo dessas condições permite desenvolver estratégias e intervenções dos agricultores quando as temperaturas estão muito altas ou baixas para as plantações”, explica Li Yang, coautor do estudo e professor da Escola de Inteligência Artificial da Universidade de Tecnologia de Hebei, na China.

No entanto, tanto gases quanto temperatura, além de variações de umidade relativa, podem causar alterações na leitura dos sensores, que não conseguem diferenciar essas grandezas. Mecanismos para fazer medições de gás nitrogênio e temperatura de modo independente são difíceis de encontrar, segundo os pesquisadores. Pensando em superar essas limitações, a equipe projetou um sensor multiparâmetros de alto desempenho para desacoplar as leituras de temperatura e perda de nitrogênio do solo. “A capacidade de detectar simultaneamente concentrações ultrabaixas de óxido de nitrogênio e pequenas mudanças de temperatura abre caminho para o desenvolvimento de futuros dispositivos eletrônicos multimodais com mecanismos de detecção desacoplados para agricultura de precisão, monitoramento de saúde e outras aplicações”, destaca Huanyu Cheng, professor Associado de Ciências da Engenharia e Mecânica da Penn State.