Ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han creado sensores económicos para monitorear los niveles de nitrato en el suelo en tiempo real, en los tipos de suelo comunes en Wisconsin. Estos sensores electroquímicos impresos pueden ayudar a los agricultores a tomar decisiones más acertadas sobre la fertilización, lo que podría generarles ahorros.
“Nuestros sensores pueden brindar a los agricultores una visión más clara de los niveles de nutrientes de su suelo y de la cantidad de nitrato disponible para los cultivos. Esta información les permite tomar decisiones precisas sobre la cantidad de fertilizante necesaria”, afirma Joseph Andrews, profesor asistente de ingeniería mecánica e investigador principal de la Universidad de Wisconsin-Madison. “Reducir el uso de fertilizantes podría suponer un ahorro significativo, especialmente para las grandes explotaciones agrícolas”.”
El nitrato es esencial para el crecimiento de los cultivos, pero un exceso puede filtrarse a las aguas subterráneas, contaminando el agua potable y dañando el medio ambiente. Estos nuevos sensores también pueden servir como herramientas en la investigación agrícola, monitoreando la escorrentía de nitratos y guiando mejores prácticas para reducir la contaminación.
Los métodos tradicionales para controlar el nitrato en el suelo son lentos, costosos y no ofrecen resultados inmediatos. Para solucionar esto, Andrews, experto en electrónica impresa, y su equipo diseñaron estos sensores como una alternativa más sencilla y económica.
Para este proyecto, los investigadores utilizaron un método de impresión por inyección de tinta para fabricar sensores potenciométricos, un tipo de sensor de película delgada que utiliza reacciones electroquímicas. Estos sensores se emplean habitualmente para medir con precisión los niveles de nitrato en soluciones líquidas. Sin embargo, no suelen funcionar bien en suelos, ya que las partículas ásperas pueden rayarlos y afectar la precisión de las lecturas.
Andrews explica: “Nuestro principal objetivo era lograr que estos sensores electroquímicos funcionaran eficazmente en condiciones de suelo difíciles y detectaran con precisión los iones de nitrato”.”
Para solucionar esto, el equipo añadió una capa protectora al sensor utilizando un material llamado fluoruro de polivinilideno. Según Andrews, este material posee dos cualidades importantes. En primer lugar, tiene poros extremadamente pequeños, de unos 400 nanómetros, que permiten el paso de iones de nitrato pero impiden el paso de partículas de tierra. En segundo lugar, es hidrófilo, lo que significa que atrae el agua como una esponja.
Andrews explica: “Esto significa que cualquier agua que contenga nitratos será absorbida por nuestro sensor, lo cual es crucial porque el suelo también absorbe agua. Sin esto, sería difícil para el sensor obtener suficiente humedad, pero como nuestro material se asemeja a la absorción de agua del suelo, ayuda a atraer el agua rica en nitratos a la superficie del sensor para obtener lecturas precisas”.”
Los investigadores compartieron sus avances en un artículo publicado en marzo de 2024 en la revista Advanced Material Technologies.
El equipo probó sus sensores en dos tipos de suelo que se encuentran en Wisconsin: suelo arenoso, común en la zona centro-norte, y suelo franco limoso, que se encuentra en el suroeste de Wisconsin. Descubrieron que los sensores proporcionaban resultados precisos en ambos tipos.
Ahora, los investigadores están incorporando sus sensores de nitrato a un sistema que denominan "etiqueta sensora". Este sistema combina tres sensores diferentes —para nitratos, humedad y temperatura— en una lámina de plástico flexible con adhesivo en la parte posterior.
Planean colocar varias de estas pegatinas sensoras en una varilla a diferentes alturas y luego enterrar la varilla en el suelo. Este sistema les permitirá medir las condiciones a diferentes profundidades.
Andrews explica: “Al medir el nitrato, la humedad y la temperatura a diferentes profundidades del suelo, ahora podemos rastrear el proceso de lixiviación del nitrato y observar cómo se mueve a través del suelo, algo que antes no podíamos hacer”.”
En el verano de 2024, los investigadores continuarán probando sus sensores colocando 30 varillas sensoras en el suelo de las estaciones de investigación agrícola de Hancock y Arlington de la Universidad de Wisconsin-Madison.
El equipo está trabajando para patentar esta tecnología a través de la Fundación de Investigación de Exalumnos de Wisconsin.
Entre los coautores de la Universidad de Wisconsin-Madison se encuentran Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai y la profesora Jingyi Huang del Departamento de Ciencias del Suelo.
Esta investigación fue financiada por el Programa Fundacional de la Iniciativa de Investigación Agrícola y Alimentaria del USDA (proyecto n.° WIS04075), la subvención Signals in the Soil n.° 2226568 de la Fundación Nacional de Ciencias y el Centro de Innovación Láctea de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Blog
English 
German 
Ukrainian 
French 
Kazakh 
Portuguese 
Spanish 
Arabic 
Swedish 
Serbian 
Romanian 
Norwegian 
Finnish 
Lithuanian 
Estonian 
Latvian 
Croatian 
Slovenian 
Slovak 
Japanese 
Polish 