En Colombia se aplican hasta 70 y 80 kg más de nitrógeno y fósforo de los necesarios en cada hectárea de terreno agrícola, lo que implica gastos adicionales para los agricultores y posibles afectaciones en el medioambiente. Por ello se probó un dispositivo basado en técnicas ópticas para detectar nitrógeno en plantas, el cual permitiría utilizar los fertilizantes más precisa y racionalmente, con resultados similares a los de herramientas convencionales más costosas.
Según la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Agrosavia), en el país solo el 15 % de los agricultores ha comenzado a implementar prácticas de agricultura de precisión –como sensores o análisis de datos– para optimizar el uso de insumos y mejorar los rendimientos.
“Esto sigue siendo una necesidad inminente. La tecnología también es útil para disminuir riesgos relacionados con la deficiencia de nutrientes, la presencia de patógenos o la baja calidad de la cosecha, por ejemplo. De este contexto surgió la idea de desarrollar un equipo óptico, económico y portátil que registre los cambios químicos en las plantas sin dañarlas”, comenta el profesor Juan Carlos Pérez Naranjo, adscrito a la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín.
El bajo acceso a instrumentos de medición para la agricultura contribuye al exceso de nutrientes en los cultivos, los cuales pueden llegar a cuerpos de agua y generar eutrofización, un tipo de contaminación que puede reducir la biodiversidad de estos ecosistemas. “Pensamos entonces en una cámara multiespectral que ilumine la muestra –una hoja, el fruto, el tallo– con varias luces led y le tome fotografías ‘profundas’ que nos muestren la presencia o ausencia de nutrientes, por ejemplo”.
Todo esto implica diseñar dispositivos electrónicos, programar y hacer pruebas, por lo que el trabajo fue multidisciplinar. “Partimos de conceptos ópticos y físicos, y nos propusimos utilizar materiales económicos como una cámara web y una esfera hecha por nosotros mismos. Además, diseñamos a Medusa, un software que controla la luz, registra y analiza los datos, el cual está publicado como un sistema abierto para su reproducción en cualquier parte del mundo”, agrega Daniel Mauricio Pineda Tobón, magíster en Ciencias - Física y candidato a doctor en Ingeniería - Sistemas e Informática de la UNAL Sede Medellín.
La magia de la luz: el caso de la clorofila
La luz se puede entender como energía que se aprecia de forma distinta en los colores que el ojo humano percibe. “Todo lo que vemos –una mesa, el papel, nuestra piel– reacciona de forma particular a esa energía, y esas diferencias las percibimos como colores; lo mismo ocurre con las plantas: los distintos tipos de luz –ultravioleta, infrarroja, etc.– y los cambios químicos que se desencadenan en ellas”, explica el magíster Pineda.
La clorofila, por ejemplo, está directamente relacionada con el contenido de nitrógeno en las hojas, por lo que su presencia se puede usar como criterio para aplicar o no ciertos fertilizantes. “Inicialmente diseñamos un sistema que solo mide clorofila, con base en la transmisión de luz roja por las hojas. Para eso lo construimos de forma que solo se utilizara un led con emisión en 660 nm y el sensor de un teléfono celular”, continúa.
Los investigadores probaron el sistema Medusa –compuesto por una cámara fotográfica, un módulo de iluminación y un software de control para 18 fuentes de luz led– iluminando hojas de plantas, frutos de aguacate, billetes falsos y auténticos, e incluso cultivos de bacterias para apreciar sus diferencias. “Este dispositivo también nos mostró un gran potencial. Si se usan cámaras de mejor calidad, con un rango espectral más amplio, se mejorarían los resultados”, indica el docente.
Así pues, se hicieron pruebas con diferentes fuentes de iluminación sobre muestras de hojas secas molidas de bananos, crisantemos, cacao y caucho, y los resultados se compararon con los de un sistema estándar comercial más complejo y costoso. “Pese a las diferencias por el fenómeno de blanqueamiento de la clorofila, en todos los casos el contenido de nitrógeno en hojas se detectó de la misma forma en que lo hacen los espectrómetros tradicionales”, agrega el profesor Pérez.
Estos resultados demuestran que sí es posible construir equipos personalizados y económicos que impacten la docencia, la investigación y el desarrollo de la agricultura. “Además, el dispositivo se puede usar sin tener conocimientos específicos en electrónica o programación, lo que democratiza el acceso a nuevas tecnologías, lo único importante sería calibrarlo para su uso con todos los nutrientes vegetales en condiciones y cultivos particulares”, termina el docente.
https://agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/crean-dispositivo-economico-y-portatil-para-detectar-nutrientes-en-las-plantas
