Laboratório num tubo: Monitorizar a química do solo sem o perturbar
Uma equipa de investigadores desenvolveu um laboratório portátil e automático que pode monitorizar a química do solo em tempo real - e sem componentes dispendiosos. O objetivo é facilitar o acesso ao acompanhamento dos processos que normalmente ocorrem escondidos debaixo dos nossos pés.
Imagine inserir uma câmara no solo e obter continuamente uma visão geral da forma como o oxigénio se move entre as partículas do solo. Ou como o pH muda ao longo de um dia à medida que a água da chuva se infiltra.
Parece uma óptima ideia, e um grupo de investigadores da Universidade de Aarhus também pensa assim. Juntamente com colegas alemães, estão agora a torná-la possível.
Desenvolveram um mini-laboratório portátil e automático em forma de tubo, denominado MARTINIS, que pode medir parâmetros químicos específicos no solo in situ - ou seja, onde ocorrem naturalmente - com o mínimo de perturbação do microcosmos vivo que o solo verdadeiramente é.
"O solo é muito complexo - e assim que o escavamos, alteramo-lo", explica o Professor Associado Klaus Koren do Departamento de Biologia da Universidade de Aarhus. "Com o MARTINIS, podemos observar o que acontece ao longo do tempo, em alta resolução e sem tocar nas amostras."
Klaus Koren é coautor do artigo científico sobre o MARTINIS, publicado na revista Sensors and Actuators B: Chemical.
Filme sensor no solo
O sistema funciona utilizando os chamados optodes planares - sensores finos que se iluminam ou mudam de cor quando expostos a substâncias químicas específicas, como o oxigénio, o amoníaco ou alterações de pH. Trata-se de uma tecnologia bem conhecida e há muito utilizada em laboratórios. Mas quando se analisa uma amostra de solo no laboratório, só se obtêm dados sobre o que está presente exatamente onde e quando a amostra foi recolhida.
"Reduzimos o equipamento de laboratório a um cilindro de 25 centímetros de diâmetro que pode ser enterrado no solo, permitindo obter imagens contínuas do ambiente do solo circundante", explica o estudante de doutoramento Martin Reinhard Rasmussen, que desenvolveu o sistema - e cujo primeiro nome, aliás, nada tem a ver com o nome do projeto.
- Como funciona o MARTINIS (Multi Analyte Real Time In-situ Imaging System):
- Os optodes são montados no exterior de um tubo de plexiglass, que é enterrado no solo. No interior do tubo, encontra-se uma lâmpada LED que emite luz nos comprimentos de onda adequados às substâncias que se pretende detetar, bem como uma câmara que regista a luz emitida pelo optode. Todo o sistema é controlado por um computador Raspberry Pi, que capta automaticamente as imagens e controla o movimento - todo o conjunto pode mover-se para cima e para baixo dentro do tubo e rodar 360 graus.
- A vantagem dos optodes planos é que não se limitam a medir um único ponto, mas criam imagens bidimensionais das condições químicas do solo - o que é crucial para descrever processos complexos do solo. E como a câmara pode mover-se e captar imagens em sequência, é possível juntar "panoramas" de perfis completos do solo.
"Tudo funciona automaticamente e custa apenas 5-600 euros para ser construído por si - e todas as peças e software são de código aberto", diz Martin Reinhard Rasmussen.
No primeiro modelo, o sistema armazena imagens num cartão SD, mas o objetivo é equipá-lo com um cartão 5G. Uma visão futura é também combinar os dados do MARTINIS com dados de drones e satélites.
O MARTINIS ainda não está totalmente desenvolvido como um produto comercial. Os investigadores estão atualmente a procurar financiamento para continuar a desenvolver o software e uma versão mais robusta pronta para o terreno.
O sistema já foi testado em solo de vaso no laboratório e no campo na Alemanha, onde mediu a dinâmica do oxigénio nas camadas do solo durante vários meses sem avarias, mesmo com chuva e neve. Também foi testado nas Montanhas Rochosas, onde acompanhou as alterações na química do solo após um incêndio florestal.
Do composto à consultoria
Ao monitorizar o pH e os níveis de oxigénio ao longo do tempo e em diferentes locais, torna-se mais fácil avaliar como a química do solo muda - por exemplo, após a fertilização ou sob diferentes métodos de cultivo. É necessário muito oxigénio, por exemplo, para conseguir uma compostagem eficaz.
O sistema é claramente promissor para a agricultura, mas é pouco provável que os agricultores individuais invistam nele.
Esta é a opinião do Professor Klaus Butterbach-Bahl, coautor do estudo. Dirige o Centro de Investigação da Paisagem em Futuros Agrícolas Sustentáveis (Land-CRAFT) na Universidade de Aarhus - onde Martin Reinhard Rasmussen também está afiliado.
"O mais provável é que sejam consultores e engenheiros a utilizar o sistema e a aconselhar os agricultores com base nos dados que recolhem e analisam. E nós vamos utilizá-lo na nossa investigação no Land-CRAFT, onde podemos obter informações sobre reacções redox e alterações nos níveis de oxigénio e pH", afirma.
Na SEGES Innovation - uma empresa independente de investigação e inovação, que trabalha para uma agricultura e produção alimentar sustentáveis e competitivas - a especialista em clima Franziska Petra Eller também vê um grande potencial na nova invenção:
"O MARTINIS permite conhecer um ambiente a que, de outra forma, é difícil aceder: o solo. A utilização in situ de optodes planares permite estudos mais realistas da dinâmica espacial e temporal da química do solo nos campos agrícolas. A investigação aplicada beneficiará indubitavelmente deste equipamento, especialmente porque permite uma fácil recolha automática de dados químicos do solo durante períodos mais longos com uma elevada resolução temporal."
Monitorização do clima e do ambiente
Para além de beneficiar a agricultura, as medições do MARTINIS poderão contribuir para estudos ambientais e climáticos mais vastos. Quando os investigadores monitorizam microambientes anóxicos - áreas do solo sem oxigénio - obtêm informações sobre os processos que conduzem à emissão do gás com efeito de estufa óxido nitroso (N₂O), que desempenha um papel significativo nas alterações climáticas. E os dados de pH podem ajudar a compreender a evaporação do amoníaco, que afecta a formação de nuvens na atmosfera.
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