Un sistema de laboratorio en un chip permite realizar mediciones precisas de los nutrientes del suelo
Los fertilizantes aportan nutrientes esenciales que aumentan el rendimiento de los cultivos. La mejora de la producción agrícola supone un incentivo económico para los agricultores, además de un reto al que se enfrenta la creciente población mundial. Sin embargo, los estudios revelan que hasta un 60 % de las tierras agrícolas de la Unión Europea están siendo sobrefertilizadas, lo que tiene un efecto negativo en la biodiversidad, la calidad del agua y el rendimiento de los cultivos. Los agricultores necesitan información precisa sobre lo que ocurre bajo tierra, y el equipo del proyecto SOILMONITOR(se abrirá en una nueva ventana), financiado por el Consejo Europeo de Innovación, ha creado una solución: un dispositivo en miniatura para el análisis del suelo, diseñado para recoger cien muestras al año y analizar su contenido en nutrientes esenciales. Poner esta información precisa y continua a disposición de los agricultores permite una fertilización personalizada que optimiza la producción de los cultivos y, al mismo tiempo, minimiza los efectos ambientales negativos.
Un monitor de suelo tipo «laboratorio en un chip» para agricultores
El monitor de suelos que da nombre al proyecto se desarrolló en la Universidad de Kiel (Alemania) y se basó en el proyecto anterior BEAMOLED. El equipo multidisciplinario estaba formado por expertos en ingeniería química, ingeniería eléctrica, edafología y administración de empresas. Enterrado a una profundidad de entre 30 y 60 cm por debajo del nivel del suelo, el sistema de laboratorio en un chip (25 × 15 × 10 cm) tiene aproximadamente el tamaño de una caja de zapatos. La extracción de agua del suelo se lleva a cabo mediante un elemento de admisión de cerámica de alúmina porosa y una bomba peristáltica. Aunque la extracción resulta más fácil en suelos arenosos, la escasa cantidad necesaria para el análisis del suelo permite que el dispositivo funcione correctamente en diversas condiciones. A continuación, la muestra de suelo se procesa en un chip microfluídico(se abrirá en una nueva ventana), cuyos prototipos se crean tal y como se muestra en este vídeo del proyecto(se abrirá en una nueva ventana). Mediante ensayos de coloración y un sistema de lectura óptica basado en los conocimientos del proyecto BEAMOLED para detectar la presencia y la concentración de los nutrientes específicos, el monitor de suelo envía la información al teléfono móvil del agricultor a través de LoRaWAN(se abrirá en una nueva ventana). En la actualidad, en el proyecto también se utiliza tecnología inalámbrica del internet de las cosas de banda estrecha para transmitir esta información. Los socios del proyecto prevén instalar entre tres y ocho unidades por campo, dependiendo de la heterogeneidad del suelo. Una vez colocadas las unidades, una función de prueba integrada permitirá a los agricultores comprobar que el dispositivo funciona correctamente antes de rellenar la zanja de instalación. A lo largo de sus doce meses de funcionamiento autónomo, el monitor de suelo recogerá las muestras y los reactivos usados en un cartucho desechable.
Una empresa derivada dedicada a la monitorización del suelo
Como beneficiarios de una subvención de transición del Consejo Europeo de Innovación(se abrirá en una nueva ventana), la comercialización ha formado parte del plan de SOILMONITOR desde el principio. La empresa derivada comercializará inicialmente el sistema de monitorización del suelo para cultivos de alto valor, como las hortalizas y el cultivo de semillas, y tiene previsto ampliar posteriormente sus aplicaciones. La coordinadora del proyecto, Martina Gerken, prevé un precio a largo plazo inferior a 500 EUR por unidad. Incluso antes de que el precio alcance este nivel asequible, el monitor de suelo ya es una buena inversión. «La amortización de la inversión para los agricultores puede ser muy rápida», explica Gerken. «En el caso de cultivos de alto valor, como los tomates o las fresas, incluso una mejora moderada del 5 % en el rendimiento comercializable, conseguida mediante una gestión optimizada de los nutrientes, puede amortizar el coste de los sensores en una sola campaña de cultivo». El sistema de monitorización del suelo está diseñado para funcionar sin necesidad de mantenimiento durante un año, pero el dispositivo en sí está pensado para un uso prolongado. «Seguimos un modelo de negocio tipo “maquinilla y cuchillas”», explica Gerken. «Los agricultores compran el sistema de sensores una sola vez y, a continuación, sustituyen los cartuchos consumibles anuales que contienen los componentes microfluídicos». En SOILMONITOR se ha creado una solución comercializable para la agricultura de precisión. Fácil de usar y una inversión que vale la pena, este pequeño dispositivo mejorará el rendimiento de los cultivos y contribuirá a la gestión responsable del medio ambiente.
