En 2010, los científicos del Instituto del Pacífico de California, un grupo de expertos de agua global, definieron una condición que la Tierra podría enfrentar llamada "pico de agua". En términos generales, es análogo al pico de petróleo, pero no es solo que nos quedaremos sin agua. El agua dulce no desaparecerá, pero se distribuirá de manera más desigual, será cada vez más costosa y de difícil acceso. Muchas partes del mundo se enfrentan al estrés hídrico, y el 80 por ciento del agua dulce que se usa en todo el mundo se usa para regar cultivos, según el presidente emérito del Instituto del Pacífico, Peter Gleick.
En los últimos 40 años más o menos, el uso total de agua en los Estados Unidos comenzó a estabilizarse. Parte de eso se debe a la mejora en la irrigación, y parte se debe a las tecnologías de detección remota (satélites, radares y drones) que evalúan el estrés hídrico en los campos en función de la temperatura o la cantidad de luz que refleja el dosel en diferentes longitudes de onda. Cuanto mejor podamos rastrear la hidratación en las plantas, más podremos evitar el riego excesivo o insuficiente de nuestros cultivos. Pero si bien estos métodos se adaptan bien a las vistas generales y pueden dar una idea general de los campos de agua que están utilizando, un equipo de la Penn State University ha estado explorando un método mucho más detallado para medir el estrés hídrico, planta por planta.
El sistema, para el cual la Penn State Research Foundation ha solicitado una patente internacional, presenta una unidad con clip que contiene sensores para detectar el grosor y la capacidad eléctrica, o la capacidad de almacenar una carga, de hojas individuales. El conjunto de sensores está conectado a un nodo WiFi, que transmite los datos a una unidad central que rastrea las mediciones a lo largo del tiempo y los usa como indicadores de estrés hídrico. Finalmente, una aplicación de teléfono inteligente podría ejecutar todo el sistema.
"Implementar dicha técnica en aplicaciones prácticas reales, es difícil porque debe ser ligera, confiable y no destructiva para la planta", dice Amin Afzal, autor principal del estudio, que se publicó en Transactions of the American Society of Agricultural and Biological Ingenieros "Lo que se presenta en este artículo, es una especie de revolución para la técnica basada en plantas, y esperamos que podamos desarrollar esta técnica y finalmente entregarla algún día para aplicaciones prácticas".
La Penn State Research Foundation ha solicitado una patente internacional para el sistema. (Amin Afzal) Los estándares actuales para medir el estrés hídrico recaen principalmente en modelos de evapotranspiración y detección de humedad del suelo. El primero implica calcular la cantidad de evaporación que ocurre en un campo, y el segundo prueba el suelo en sí mismo, pero en cualquier caso, la técnica está midiendo proxies para el estrés hídrico en lugar del estrés que sufren las plantas directamente.
El sensor de Penn State funciona un poco diferente. Un sensor de efecto Hall en el clip usa imanes para indicar la distancia de un lado del clip al otro; A medida que la hoja se seca, los imanes se acercan. Mientras tanto, un sensor de capacitancia mide la carga eléctrica en la hoja. El agua conduce la electricidad de manera diferente al material de la hoja, y el sensor puede leer eso. Una unidad central en el campo interpreta la capacitancia como contenido de agua y la comunica al sistema de riego. Pero las pruebas también mostraron diferente capacitancia durante el día (en comparación con la noche) cuando la hoja era fotosintéticamente activa.
En el transcurso de 11 días, Afzal y sus colegas permitieron que el suelo de la planta experimental se secara, midiendo la capacidad y el espesor cada cinco minutos. Notaron que ambas métricas mantuvieron un comportamiento constante hasta alrededor del día 9, cuando se observó la marchitez física. Además, la capacidad subió y bajó durante los ciclos de luz de 24 horas, lo que sugiere que la capacidad también puede detectar la fotosíntesis.
Equipado con sensores de efecto Hall y capacitancia, el clip determina el contenido de agua y lo comunica a un sistema de riego. (Amin Afzal) En el campo, solo una selección de plantas necesitaría monitores. Un campo más grande necesitaría más sensores totales, especialmente si tiene una variedad de elevaciones, suelos o bordes, pero requiere menos sensores por unidad de área. A un precio esperado de alrededor de $ 90, las unidades no son baratas, pero son duraderas en los elementos, diseñadas para durar más de cinco años, dice Afzal.
El objetivo es mejorar el rendimiento (o al menos no disminuirlo) mientras se reduce la cantidad necesaria de agua. Obviamente, el exceso de riego es un desperdicio. Pero la falta de agua puede disminuir el rendimiento, ya que las plantas con escasez de agua producen menos, lo que reduce la eficiencia general del agua. No se trata solo de la cantidad de agua que usa, sino de cómo las plantas usan el agua que les da, dice José Chávez, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Universidad Estatal de Colorado que ha estudiado ampliamente la evapotranspiración, para evaluar mejor el riego en Colorado.
"Dependiendo del cultivo, si no se trata de riego deficitario, aplicando menos del óptimo, algunos productos básicos pueden ser muy susceptibles a perder mucho rendimiento", dice Chávez. "La tecnología que detectaría con anticipación cuándo alcanzará ese nivel evitaría perder el rendimiento al preparar al administrador del agua con anticipación".
El equipo de Penn State probó el dispositivo en seis hojas de una sola planta de tomate, no en un gran tamaño de muestra. Afzal, quien ahora es un científico de datos de investigación en Monsanto, dice que la tecnología es aplicable a otras plantas y a mayor escala, pero que aún requerirá más estudios para probar diferentes cultivos y condiciones. Ya ha puesto el sensor en las plantas de arroz, que tienen hojas elásticas que se estiran y encogen más con agua.
"Otros grupos necesitarán recogerlo y hacer evaluaciones para ver cómo funciona", dice Chávez. “Si demuestra que es confiable, en términos de trabajo para diferentes plantas y tipos de suelo, para determinar realmente el nivel de estrés, creo que sería bueno. Pero, ¿qué tan escalable es esto para campos más grandes y qué tan consistente puede replicarlos en diferentes tipos de superficies y entornos? Esas serían las cosas clave para mí ".
