Sensores de suelo revolucionarios prometen mayor rendimiento y ahorro de costos para agricultores

MadridIngenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado sensores económicos que monitorean continuamente los niveles de nitrato en el suelo. Estos dispositivos pueden ayudar a los agricultores a tomar mejores decisiones sobre el uso de fertilizantes. Joseph Andrews, un profesor asistente de ingeniería mecánica que lidera la investigación, afirma que conocer los niveles de nutrientes en el suelo permite a los agricultores usar la cantidad adecuada de fertilizante. Esto puede ahorrar mucho dinero, especialmente en grandes explotaciones agrícolas.

Los métodos tradicionales para verificar los niveles de nitrato son lentos, costosos y no proporcionan resultados inmediatos. Para resolver este problema, Andrews y su equipo desarrollaron un método más económico y eficiente utilizando un proceso de impresión por inyección de tinta para crear sensores potenciométricos. Estos sensores pueden medir con precisión el nitrato en líquidos, aunque no son ideales para el suelo. Las partículas ásperas del suelo pueden dañar los sensores, lo que afecta la precisión de las mediciones.

Los investigadores solucionaron este problema colocando una capa de fluoruro de polivinilideno (PVDF) en el sensor. El PVDF tiene dos propiedades importantes:

• Pequeños poros de 400 nanómetros que permiten el paso de los iones de nitrato mientras bloquean las partículas del suelo.
• Propiedades hidrofílicas que atraen el agua y absorben la humedad cargada de nitratos.

El agua con nitratos es fácilmente absorbida por nuestro sensor en lugar del suelo. Esto es crucial ya que permite que el sensor compita con el suelo por la humedad. Estas características permiten al sensor medir con precisión el agua con nitratos, según Andrews.

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El equipo publicó sus hallazgos en marzo de 2024 en la revista Advanced Material Technologies. Pusieron a prueba los sensores en dos tipos de suelos de Wisconsin: uno arenoso del centro-norte del estado y otro franco limoso del suroeste de Wisconsin. Ambos tests arrojaron resultados precisos.

Los investigadores están incorporando sensores de nitrato a un nuevo sistema llamado "etiqueta sensora." Estas etiquetas incluyen tres sensores para medir nitrato, humedad y temperatura. Son flexibles y tienen un respaldo adhesivo. Los investigadores colocarán varias etiquetas en una varilla a diferentes alturas y luego enterrarán la varilla en el suelo. Este montaje les permitirá tomar mediciones de diversas profundidades.

En el verano de 2024, los investigadores probarán sus sensores colocando 30 varillas en el suelo en las Estaciones de Investigación Agrícola de Hancock y Arlington de la Universidad de Wisconsin-Madison. La Fundación de Investigación de Alumnos de Wisconsin tiene una patente en trámite para esta tecnología.

El equipo de investigación está compuesto por Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai y la profesora de ciencia del suelo Jingyi Huang. El estudio contó con el financiamiento de la Iniciativa de Investigación en Agricultura y Alimentos del USDA, la beca Signals in the Soil de la Fundación Nacional de Ciencia, y el Dairy Innovation Hub de la Universidad de Wisconsin-Madison.