Primero provoca a la planta y luego escucha lo que dice.

La sequía no es buena para una planta de tomate. Las hojas se caen y se vuelven marrones. Las flores se marchitan, los frutos dejan de crecer. Una vez que los efectos de la sequía son visibles, es casi imposible que una planta se recupere por completo. Pero una planta ya da muchas señales de que está sufriendo sequía antes de que se pueda ver en sus hojas y flores. Solo tienes que tener ojos y oídos para eso.

Investigadores de Plantenna, una programa de cooperación de TU Delft, la Universidad Tecnológica de Eindhoven, la Universidad de Twente y la Universidad de Wageningen los han desarrollado en los últimos años. Este verano midieron si sus nuevos sensores para medir el estrés por sequía están haciendo lo que deberían. Hoy es el último día de medición, la próxima semana se vaciará su invernadero en el Delphy Improvement Center, un complejo de investigación hortícola en Bleiswijk.

Desinfectarse las manos dos veces, también un paño sobre el dispositivo de grabación por favor, caminar torpemente sobre un cepillo de zapatos en movimiento, usar traje protector, redecilla, guantes y plástico sobre los zapatos. Nuestro grupo (tres investigadores, un oficial de prensa y un reportero) tarda diez minutos en ingresar al invernadero. Todo para proteger las plantas de tomate contra enfermedades accidentales. Los tomates son plantas sensibles.

Con las raíces en lana de vidrio

“A veces estaba sudando este verano. Sabemos por nuestras mediciones que la temperatura en la parte superior del invernadero rondaba regularmente los cuarenta grados”, dice Marie-Claire ten Veldhuis. Camina con mucha más facilidad sobre el cepillo para zapatos. Ten Veldhuis es profesor asociado de gestión del agua en TU Delft y uno de los investigadores de Plantenna. “Las plantas ya estaban maduras cuando comenzamos aquí en mayo, se han realizado otras investigaciones antes que nosotros”.

Hay seis filas de plantas de tomate en el invernadero. A la altura de la cadera, las plantas se colocan en un pequeño recipiente negro en el que también se han introducido las varillas de riego. Debajo hay un paquete de lana de vidrio, el mismo material que se usa para aislar los techos, en el que crecen las raíces. Gruesos manojos de tallos desnudos corren horizontalmente a lo largo de las hileras. Cada tallo, de quince metros de largo, pertenece a una planta que crece hacia el techo. Las etiquetas de colores ayudan a distinguir las plantas en la maraña.

“Crecen de veinte a treinta centímetros por semana”, dice Ten Veldhuis. Las flores amarillas son visibles en la parte superior, pequeños frutos verdes en la parte inferior y los frutos maduros cuelgan a la altura del pecho, una altura práctica para recoger. Como en un invernadero real. “Las plantas crecen a lo largo de un hilo. Al final de la semana, los gerentes de Delphy bajan un poco la planta y la suben un poco si es necesario. Es por eso que los tallos llegan hasta abajo”. El exceso de hojas en la parte inferior de la planta se arranca y se recoge en el suelo.

¿Qué tan lejos puedes ir?

“La sequía ya es un problema para algunos cultivos. No con cultivos en invernadero, todo se puede controlar allí, sino en el campo”, dice Ten Veldhuis. “En el futuro se puede imaginar que también habrá escasez de nutrientes, como el fosfato. Si todo ya no está disponible de manera óptima, cambiará las condiciones de cultivo. En última instancia, queremos saber hasta dónde puede llegar antes de que se dañe una planta y puede detectar ese punto con sensores”.

Enfrentémonos primero a la sequía. Se han desarrollado sensores nuevos e innovadores dentro del proyecto Plantenna. Como un ‘estomatoscopio’, un microscopio que cuelga alto en el invernadero, justo encima de una hoja, donde muestra el movimiento de los estomas en la hoja. Oculto en un paquete protector de espuma gris alrededor de un tallo, cuelga un medidor de flujo de savia que emite pulsos de calor y observa un poco más lo que queda de ese calor. A partir de esto, se puede medir la velocidad del flujo de savia. Un radar vegetal cuelga de otro tallo, que emite ondas electromagnéticas cerca del tallo. El agua absorbe parte de la señal, de la parte que ha sido reflejada se puede deducir la cantidad de agua que hay en el tallo.

También hay sensores existentes en el invernadero, como un resorte sensible que mide la contracción y expansión de los tallos. Están allí para validar las mediciones de los nuevos sensores.

Los ensayos no se están llevando a cabo en el campo, donde la sequía también fue un problema este verano, sino en un invernadero porque las condiciones pueden controlarse bien aquí. Las plantas obtienen sus nutrientes del agua de riego, en la que todo se disuelve en la cantidad justa. Cada pocos minutos hay un silbido, luego CO₂ rociado en el invernadero. Y en la esquina hay una caja de cartón. “Contenía abejorros, cada ocho semanas se libera una nueva carga de abejorros para polinizar las plantas”, dice Mariska Koning, investigadora postdoctoral en TU Delft y supervisora ​​del trabajo de campo de Plantenna.

Cada departamento involucrado tiene sus ‘propios’ sensores. “Esto es realmente una colaboración entre la microelectrónica por un lado y la gestión del agua y la botánica por el otro”, dice Ten Veldhuis.

Koning, con experiencia en física y meteorología, está particularmente interesado en los factores ambientales de las plantas. Una red de cables de fibra óptica que cuelgan entre las plantas está destinada a proporcionar una imagen tridimensional de la temperatura en el invernadero. La temperatura se mide cada treinta centímetros con destellos de luz. “Puede hacer diez grados más en la parte superior que en la parte inferior. La posición del sol hace una gran diferencia, por supuesto, pero incluso una hoja que da sombra a una hoja de abajo ya crea una diferencia de temperatura”, dice Koning.

“La variación de temperatura crea un flujo de aire, un cultivo lo necesita para poder evaporarse”, dice Koning. „Todo lo que absorbe una planta excepto CO₂ entra a través del jugo. Si hay muy poco flujo de aire, la humedad se adherirá a la hoja, luego la evaporación se detendrá y el jugo ya no se absorberá en la parte inferior”. La red de temperatura también proporciona información adicional para los otros sensores: si se produce estrés por calor, ¿a qué temperatura se produce?

mucha variedad

Por supuesto, ya hay un termómetro en los invernaderos, la radiación solar y la humedad generalmente ya están monitoreadas. “Pero eso sucede con una o dos de esas cajas, que cuelgan en el medio del invernadero”. Koning señala una caja de medición que también está colgada en este invernadero de investigación. “Entonces mide en un solo lugar, lejos de la mayoría de las plantas. Vemos que hay mucha variación en el invernadero. Y nuestros sensores están muy cerca de la planta”.

Los investigadores han realizado cuatro pruebas de estrés en los últimos meses. “Luego sacamos los goteros con riego, por lo general durante uno o dos días”, dice Koning. Siempre con una hilera de plantas diferente, de forma que los valores iniciales eran casi los mismos para cada prueba de estrés. “No se sabe si las plantas están dañadas y si, como resultado, reaccionan de manera diferente al nuevo estrés por sequía”. Cuando las losas de lana de vidrio estaban completamente secas, se permitió que el riego volviera a entrar y se les dio tiempo a las plantas para que se recuperaran.

“Durante la última prueba de estrés, dejamos el riego un poco más”, dice Koning. “Las señales de estrés eran mucho más claras entonces. Eso es de esperar, por supuesto, pero fue agradable ver eso reflejado en los datos del sensor. Todavía no había nada que ver en el exterior de la planta”.

Las plantas de tomate son buenas plantas para este tipo de investigación. Reaccionan rápidamente, por lo que puede ver rápidamente si los sensores están captando señales útiles. “La recuperación también es interesante. Tan pronto como esos goteros regresen, verá un cambio de una sola vez. Los estomas se abren de nuevo, el flujo de savia comienza inmediatamente”, dice Berend de Klerk. Acaba de graduarse en ingeniería de alta tecnología de TU Delft. Su investigación de graduación fue sobre un micrófono de planta, ahora ha comenzado una puesta en marcha en torno al sensor.

un paquete gris

“Está colgando allí, en un tallo”, señala De Klerk a un paquete gris en lo alto de una planta de tomate. El micrófono también está recubierto de espuma, ya que el silbido del CO₂– causó ruido de rociado. El sensor en sí es pequeño. “Escuchamos los sonidos que hace la planta. Sabíamos que una planta hace ruido, pero queríamos aprender a entender lo que está diciendo durante esta campaña de medición”.

¿Cómo suena una planta y qué dice? De Klerk chasquea los dedos rápidamente. “Algo así, pero más alto y muy suave, por supuesto. No podemos oírlo. Cuando está seco, hace más ruido”.

Llama la atención que aunque los sensores tienen un enfoque diferente, todos tienen que responder a la misma pregunta: ¿esta planta sufre sequía? “Así es”, dice Ten Veldhuis. “Pero aún tenemos que averiguar si todos son igualmente sensibles, y especialmente si captan bien la dinámica rápida. En los próximos seis meses analizaremos todos los datos y anotaremos nuestros hallazgos. Algunos sensores son instrumentos verdaderamente científicos, como el estomatoscopio. Un hermoso dispositivo, pero demasiado laborioso para el campo. Esperamos que algunos de los sensores baratos resulten fáciles de usar, de modo que pueda comprar muchos de ellos y ponerlos en el campo”.

Apenas duramos arriba en ese caluroso invernadero, siguen dando frutos alegremente

Marie-Claire diez Veldhuis Tu Delft

La red de temperatura ya se ha desplegado con éxito en un huerto de frutas. Koning: “Cuando hace mucho frío, las flores se pueden congelar en pedazos y entonces no obtendrás ninguna fruta. Por lo tanto, a veces se utilizan ventiladores en el huerto, que mezclan activamente aire caliente y frío para que las flores permanezcan justo por encima del punto de congelación. La pregunta era, ¿cuándo enciendes los ventiladores y cuánto hace realmente? Pudimos seguir muy bien los cambios de temperatura con la red”.

Incluso si resulta que los otros sensores también hacen lo que prometen, el camino a ‘conectado cultivo todavía lejos. Después de la ciencia vienen los baches prácticos. La mayoría de los sensores ahora reciben energía a través de un enchufe, los datos se leen conectando una computadora. “La energía en realidad debería provenir de pequeños paneles solares. Y desea leer datos en línea o recopilarlos en un registrador de datos”, dice Koning. “Hemos tenido bastantes problemas para encontrar suficientes regletas y cables largos. Eso no es posible en un gran campo abierto”.

La gente de Delft, técnicos sin mucho conocimiento de plantas antes de comenzar con esto, han comenzado a mirar las plantas de manera diferente durante estos meses de medición. “Estas plantas son muy activas, están vivas. Y son tan resistentes”, dice Ten Veldhuis. “Tuvimos grandes olas de calor este verano. Apenas sobrevivimos en ese invernadero caliente, continúan produciendo fruta felizmente”. Koning: “Probamos uno de los sensores en una planta de interior de antemano. Así que nada sucede allí en absoluto. Por supuesto, también crecen en eso, tienen que durar mucho tiempo, pero qué mundo de diferencia”.