Em 2010, cientistas do Pacific Institute da Califórnia, um grupo global de pesquisa sobre a água, definiram uma condição que a Terra poderia enfrentar chamada “pico da água”. De maneira geral, é análoga ao pico do petróleo, mas não é só que ficaremos sem água. A água doce não vai desaparecer, mas vai se tornar ainda mais distribuída de forma desigual, cada vez mais cara e mais difícil de acessar. Muitas partes do mundo estão enfrentando o estresse hídrico, e 80% da água doce que é usada em todo o mundo é usada para irrigar plantações, segundo o presidente emérito do Instituto do Pacífico, Peter Gleick.
Nos últimos 40 anos, o uso total de água nos Estados Unidos começou a se estabilizar. Parte disso se deve à melhora na irrigação, e parte disso se deve a tecnologias de sensoriamento remoto - satélites, radares e drones - que avaliam o estresse hídrico em campos baseados em temperatura ou quanta luz reflete em diferentes comprimentos de onda. Quanto melhor pudermos rastrear a hidratação nas plantas, mais poderemos evitar o excesso de irrigação e a sub-irrigação de nossas plantações. Mas, embora esses métodos sejam adequados a uma ampla visão e possam fornecer uma visão geral dos campos de água, uma equipe da Penn State University vem explorando um método muito mais detalhado de medir o estresse hídrico, planta por planta.
O sistema, para o qual a Penn State Research Foundation solicitou uma patente internacional, possui uma unidade de clip-on que contém sensores para detectar a espessura e capacitância elétrica, ou a capacidade de armazenar uma carga, de folhas individuais. A matriz de sensores é conectada a um nó WiFi, que transmite os dados para uma unidade central que rastreia as medições ao longo do tempo e as utiliza como indicadores de estresse hídrico. Eventualmente, um aplicativo de smartphone pode executar todo o sistema.
"Implementar tal técnica em aplicações práticas reais, é difícil porque ela precisa ser leve, confiável, não destrutiva para a planta", diz Amin Afzal, autor principal do estudo, publicado em Transactions of the American Society of Agricultural and Biological. Engenheiros "O que é apresentado neste artigo, é uma espécie de revolução para a técnica baseada em plantas, e esperamos que possamos desenvolver esta técnica e, finalmente, entregá-la um dia para aplicações práticas".
A Penn State Research Foundation solicitou uma patente internacional para o sistema. (Amin Afzal) Os padrões atuais para medir o estresse hídrico caem principalmente nos modelos de evapotranspiração e na detecção da umidade do solo. O primeiro envolve calcular a quantidade de evaporação que ocorre em um campo, e o último testa o próprio solo, mas em ambos os casos, a técnica está medindo proxies para o estresse hídrico ao invés do estresse sobre o qual as plantas estão diretamente.
O sensor Penn State funciona de maneira um pouco diferente. Um sensor de efeito Hall no clipe usa ímãs para informar a distância de um lado do clipe para o outro; À medida que a folha seca, os ímãs se aproximam. Enquanto isso, um sensor de capacitância mede a carga elétrica na folha. A água conduz eletricidade de maneira diferente do material da folha, e o sensor pode ler isso. Uma unidade central no campo interpreta a capacitância como conteúdo de água e a comunica ao sistema de irrigação. Mas os testes também mostraram capacitância diferente durante o dia (versus à noite) quando a folha foi fotossinteticamente ativa.
Ao longo de 11 dias, Afzal e seus colegas permitiram que o solo da planta experimental secasse, medindo capacitância e espessura a cada cinco minutos. Eles notaram que ambas as métricas mantiveram um comportamento consistente até o dia 9, quando a murcha física era observável. Além disso, a capacitância pulou para cima e para baixo ao longo dos ciclos de luz de 24 horas, sugerindo que a capacitância também pode detectar a fotossíntese.
Equipado com sensores de efeito Hall e capacitância, o clipe determina o teor de água e o comunica a um sistema de irrigação. (Amin Afzal) No campo, apenas uma seleção de plantas precisaria de monitores. Um campo maior precisaria de mais sensores totais, especialmente se ele tivesse uma variedade de elevações, solos ou bordas, mas exigisse menos sensores por unidade de área. Com um preço esperado em torno de US $ 90, as unidades não são baratas, mas são duráveis nos elementos, projetados para durar mais de cinco anos, diz Afzal.
O objetivo é melhorar o rendimento (ou pelo menos não diminuí-lo) enquanto reduz a quantidade necessária de água. Obviamente, o excesso de água é um desperdício. Mas a submersão pode diminuir o rendimento, já que as plantas estressadas produzem menos, fazendo com que a eficiência geral da água diminua. Não se trata apenas da quantidade de água que você usa, mas de como as plantas usam a água que você lhes dá, diz Jose Chavez, professor associado de engenharia civil e ambiental da Colorado State University, que estudou extensivamente a evapotranspiração para avaliar melhor a irrigação no Colorado.
“Dependendo da safra, se não for o déficit de irrigação - aplicando menos do que o ideal - alguns produtos básicos podem ser muito suscetíveis a perder muito rendimento”, diz Chávez. "A tecnologia que detectaria antecipadamente quando chegará a esse nível evitará a perda do rendimento preparando o gerente de água com antecedência".
A equipe da Penn State testou o dispositivo em seis folhas de uma única planta de tomate - não um tamanho de amostra grande. Afzal, que agora é cientista de dados de pesquisa na Monsanto, diz que a tecnologia é aplicável a outras plantas e em uma escala maior, mas ainda precisará de mais estudos para testar diferentes culturas e condições. Ele já colocou o sensor em plantas de arroz, que têm folhas elásticas que se esticam e encolhem mais com a água.
"Outros grupos precisarão buscá-lo e fazer avaliações, para ver como ele se comporta", diz Chávez. “Se isso mostra que é confiável, em termos de trabalho para diferentes plantas e tipos de solo, realmente identificar o nível de estresse, acho que seria bom. Mas como isso é escalável para campos maiores e quão consistente você pode replicá-los em diferentes tipos de superfícies e ambientes? Essas seriam as principais coisas para mim.
