Encontrar un método LIBS para mejorar la nutrición vegetal en la producción de uva

La evaluación de los nutrientes de las plantas, de forma rápida y en el viñedo, mejoraría las decisiones de fertilización para la industria de la uva de mesa en todo el mundo.

Introducción

Los instrumentos LIBS portátiles de SciAps se están utilizando en Alemania para investigar análisis elementales críticos en el campo en suelos agrícolas sin preparación de muestras, incluso para indicadores clave desafiantes como el carbono y el fósforo. Ahora, los investigadores en Italia están experimentando para ver si estos analizadores pueden informar las pruebas de hojas para avanzar en una gestión nutricional más eficiente y sostenible para la popular industria de la uva de mesa. “Hay un interés considerable por parte de varias empresas líderes en la industria de la uva de mesa en todo el mundo. en la evaluación de nutrientes de plantas con métodos rápidos in situ”, dice el Dr. Giorgio S. Senesi, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Plasma, asiento de Bari, dentro del Consejo Nacional de Investigación de Italia. SciAps le ha prestado a Senesi un Z-300 LIBS por el esfuerzo a través de su programa Academic Loaner. SciAps es el único analizador portátil con suficiente potencia láser para realizar el análisis requerido. “La instrumentación específica de SciAps está funcionando bien”, dice Senesi. “He probado otros instrumentos y también configuraciones LIBS de sobremesa. En realidad, es difícil obtener una buena señal espectroscópica de emisión para algunos elementos, especialmente en la región ultravioleta del espectro. Pero SciAps LIBS sí puede. Me hace pensar que podríamos obtener resultados cuantitativos confiables, que serán útiles para el objetivo del estudio y posiblemente en un futuro cercano para la industria”. La producción mundial total estimada de uvas es de 79 millones de toneladas métricas, 6.5 por ciento entre 2017 y 2018, y el 36 por ciento de esa producción se dedica a la uva de mesa, según las últimas cifras disponibles de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura Base de datos de estadísticas corporativas. Una aplicación de gestión de nutrientes de LIBS podría abarcar todo el mundo: China es el mayor exportador de uvas, seguida de Italia, Chile, Perú y Estados Unidos.

Método

Históricamente, utilizando el método de diagnóstico foliar, las técnicas de espectroscopia de masas analizan la composición química de una hoja después de la digestión de la muestra con respecto a las entidades minerales nutritivas dominantes en el momento del muestreo, especialmente nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio y azufre. Pero este método es destructivo y la muestra se envía a un laboratorio externo para su análisis, lo que puede llevar tiempo para los resultados y la interpretación. Estos retrasos contrastan con la necesidad de optimizar inmediatamente los elementos nutritivos durante la fertilización.

En este estudio, el objetivo era llevar a cabo un análisis paralelo con dos instrumentos de campo portátiles. “En este punto nos interesa la calibración de hLIBRES y pAnálisis XRF de hojas frescas de uva de mesa con referencia al análisis convencional (digestión de muestras con análisis ICP) para tratar de establecer un método y un protocolo confiables”, dice Senesi. El ICP es la técnica estándar de referencia, y esa es la que usarán para construir curvas de calibración para obtener análisis cuantitativos con datos LIBS. “Como LIBS puede adquirir un rango multiespectral, podemos observar las relaciones entre los elementos. Las interacciones y los equilibrios entre los diferentes nutrientes pueden ser mucho más importantes para el crecimiento y la salud nutricional de las plantas que la concentración de cada nutriente por separado. Esta también podría ser la clave para una mayor comprensión de las complejidades de la nutrición vegetal, que involucra una amplia gama de macronutrientes como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, calcio y micronutrientes como manganeso, azufre, boro, hierro, cobre y zinc. Todos estos son elementos que LIBS puede detectar”, dice Senesi.

Datos preliminares

Senesi concluyó recientemente un conjunto preliminar de análisis sobre diez variedades diferentes de hojas de parra frescas. “Trabajar con muestras frescas es bastante desafiante debido a los efectos del contenido de humedad en las propiedades del plasma inducido por láser y en la estabilidad de las intensidades de las señales espectrales. La mayor parte del trabajo de investigación hasta ahora ha utilizado muestras de hojas peletizadas, que consisten en muestras de hojas secas molidas y prensadas para una mejor homogeneidad. En los estudios realizados previamente por otros grupos de investigación, la desviación estándar es mucho menor para las hojas secas peletizadas que para las hojas frescas. Pero el objetivo de este estudio era encontrar un método y un protocolo que permitiera el uso de LIBS portátiles in situ con alta velocidad de análisis para un diagnóstico preliminar”.

Expansión de aplicaciones con LIBS portátiles

El Dr. Senesi, geólogo de formación, ha estado utilizando la tecnología LIBS desde 2007 en sus estudios de plasmas de baja temperatura, y en los últimos años ha estado utilizando la tecnología LIBS portátil (desarrollada por SciAps en 2015) en el campo por su trabajo en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Plasma. El tamaño y el peso limitados son características cruciales para las aplicaciones que requieren alta portabilidad y análisis rápido fuera del laboratorio, por lo que un desafío para este tipo de instrumentación es el alto nivel de rendimiento tecnológico requerido. “Cuando conocí LIBS, comprendí que debía intentar introducir la técnica en otros campos científicos, como la geología y el medio ambiente”, dice Senesi. “Es importante señalar que la técnica LIBS no produce ningún residuo químico. Muchas técnicas estandarizadas utilizan la dilución con reactivos químicos para obtener respuestas”. La mayoría de los experimentos se realizan en colaboración con Laboratorios de micro rayos X, en particular con el Prof. Roberto Terzano y el Dr. Matteo Spagnuolo del Departamento de Ciencias del Suelo, Plantas y Alimentos de la Universidad de Bari, Italia, y coordinador del Comité Científico Técnico de la Comisión Italiana de Uva de Mesa.“Me gusta llamarme soy investigador independiente, por lo que siempre estoy buscando cualquier tipo de colaboración, especialmente sobre temas ambientales”, dice Senesi, quien ha colaborado con el Dr. Russell Harmon y Dr. Richard Hark, otros participantes del Préstamo Académico, en el pasado. “Ahora, más que nunca, tenemos que ser respetuosos con el medio ambiente y los cambios en nuestro planeta.”[/text_output][line id="" class="" style=""][text_output]¿Cómo podemos apoyar su creatividad con nuestro Programa de Préstamo Académico? Con frecuencia prestamos analizadores portátiles durante unas pocas semanas o un mes a investigadores académicos, para que puedan realizar un estudio o análisis de campo. Comuníquese con nosotros en academic@sciaps.com con una breve descripción de lo que desea medir. Los instrumentos portátiles de SciAps son excelentes para trabajos de laboratorio a corto plazo con estudiantes o investigaciones en el campo, y esos proyectos también son excelentes para SciAps: nuestros socios siempre encuentran nuevas aplicaciones para los instrumentos y nos brinda una retroalimentación invaluable. LIBS es a menudo una técnica preferida, especialmente para los estudiantes, ya que los operadores no tienen que lidiar con las complejidades regulatorias de los analizadores de fluorescencia de rayos X. Y nuestro software Profile Builder para PC y tableta que lo acompaña brinda a los operadores total libertad para agregar una potente funcionalidad de sobremesa para el trabajo de campo y laboratorio.

Dr. Giorgio S. Senesi, Instituto de Ciencia y Tecnología del Plasma del Consejo Nacional de Investigación de Italia

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