Un sensore per misurare la salute delle piante in tempo reale

Eventi meteorologici estremi come ondate di calore, forti piogge e siccità stressano le piante, che possono ridurre i raccolti e minacciare la salute a lungo termine delle nostre fattorie, foreste e biodiversità. C'è un bisogno insoddisfatto di monitorare esattamente come le piante rispondono a questi cambiamenti. Mentre droni e aerei hanno migliorato il monitoraggio dell’impianto dall’alto, catturano solo più informazioni macro a livello di superficie. Hanno anche bisogno di aggiustamenti per essere in grado di tracciare le piante con precisione nel tempo. Altri piccoli sensori in grado di catturare i cambiamenti a livello di singola pianta sono scomodi poiché spesso richiedono personale in loco per installare e controllare manualmente ogni sensore.

"I metodi tradizionali possono funzionare bene per alcuni scopi, ma sono difficili da usare e piuttosto costosi", spiega Kaori Kohzuma, "Al fine di monitorare continuamente piccoli cambiamenti, avevamo bisogno di una nuova soluzione".

Per affrontare questi problemi, un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo sensore che si attacca direttamente alla parte inferiore delle foglie delle piante. Questo piccolo dispositivo utilizza un sensore spettroscopico e una sorgente luminosa per misurare il colore delle foglie senza bloccare la luce solare e può tracciare i cambiamenti nello stesso punto nel tempo. Alimentato da una batteria, con trasferimento dati Wi-Fi e impermeabilizzazione, il sensore può lavorare all'aperto per oltre un mese, consentendo una raccolta di dati estesa.

"L'agricoltura intelligente è un enorme risparmio di tempo", afferma Ko-ichiro Miyamoto, "Gli agricoltori non hanno il tempo di controllare manualmente ogni singolo impianto. Questo sensore è in grado di fornire letture perfezionate per ciò che sta accadendo in tempo reale. Quindi, possono reagire di conseguenza alle aree in cui le piante stanno vivendo alti livelli di stress.

Questo sensore ha funzionato bene rispetto a uno spettrometro commerciale su circa 90 foglie di 30 specie vegetali diverse. Ha accuratamente distinto i colori su sette delle sue otto lunghezze d'onda rilevabili e le sue letture a 620 nm erano molto simili ai metri di clorofilla commerciale. Ulteriori test con un mutante Arabidopsis thaliana sensibile allo stress hanno mostrato che i cambiamenti a 550 nm nelle letture del sensore corrispondevano alle risposte di stress della pianta, che si sono allineate con l'indice di riflettore fotochimico (PRI) comunemente usato.

In una prova all'aperto per testare le prestazioni in condizioni di vita reale, hanno attaccato il sensore alle foglie di betulla per tracciare i cambiamenti nel colore delle foglie durante l'autunno, la caduta delle foglie e l'invecchiamento in due settimane. Sono stati in grado di osservare una diminuzione della clorofilla (un indicatore dello stress vegetale) e come la risposta della pianta oscillava con l'intensità della luce solare.

“Questo sensore a prezzi accessibili è uno strumento promettente per monitorare con precisione la salute delle piante e lo stress attraverso i dati di riflessione delle foglie e della luce. Il suo basso costo consente di posizionare più sensori in varie posizioni, creando una rete per il monitoraggio simultaneo in molti punti”, riassume Kohzuma.

Questa tecnologia di diagnosi intelligente consente di fornire supporto nelle aree più necessarie. Questo sensore potrebbe essere ampiamente utilizzato in agricoltura intelligente, studi sulla salute delle foreste e in altre aree in cui è importante un monitoraggio dettagliato della salute delle piante.

La ricerca è stata pubblicata su Sensing and Bio-Sensing Research