Encontrando um método LIBS para melhorar a nutrição das plantas na produção de uva

1 de dezembro de 2021

Avaliar os nutrientes das plantas, rapidamente e no vinhedo, melhoraria as decisões de fertilização para a indústria de uvas de mesa em todo o mundo.

Introdução

Os instrumentos LIBS portáteis SciAps estão sendo usados na Alemanha para investigar análises elementares críticas em campo em solo agrícola sem preparação de amostras, mesmo para indicadores-chave desafiadores, como carbono e fósforo. Agora, pesquisadores na Itália estão experimentando para ver se esses analisadores podem informar o teste de folhas para promover um manejo nutricional mais eficiente e sustentável para a popular indústria de uvas de mesa. “Há um interesse considerável de várias empresas líderes na indústria de uvas de mesa em todo o mundo na avaliação de nutrientes de plantas com métodos rápidos in situ”, diz o Dr. Giorgio S. Senesi, pesquisador do Instituto de Ciência e Tecnologia de Plasma, sede de Bari, dentro do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália. A SciAps emprestou a Senesi um Z-300 LIBS pelo esforço por meio de seu programa Academic Loaner. O SciAps é o único analisador portátil com potência de laser suficiente para realizar a análise necessária. “A instrumentação específica do SciAps está funcionando bem”, diz Senesi. “Eu testei outros instrumentos e também configurações LIBS de bancada. Na verdade, é difícil obter um bom sinal espectroscópico de emissão para alguns elementos, especialmente na região UV do espectro. Mas o SciAps LIBS pode. Isso me faz pensar que seríamos capazes de obter resultados quantitativos confiáveis, que serão úteis para o objetivo do estudo e possivelmente em um futuro próximo para a indústria.”A produção mundial total estimada de uvas é de 79 milhões de toneladas métricas, acima 6.5 por cento entre 2017 e 2018, sendo que 36 por cento dessa produção é dedicada à uva de mesa, de acordo com os números mais recentes disponíveis no Organização para a Alimentação e Agricultura Banco de Dados Estatístico Corporativo. Um aplicativo de gerenciamento de nutrientes LIBS poderia abranger o mundo - a China é o maior exportador de uvas, seguida pela Itália, Chile, Peru e Estados Unidos.

Forma

Historicamente, usando o método de diagnóstico foliar, as técnicas de espectroscopia de massa analisam a composição química de uma folha após a digestão da amostra em relação às entidades minerais nutritivas dominantes no momento da amostragem, especialmente para nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio e enxofre. Mas esse método é destrutivo e a amostra é enviada para um laboratório terceirizado para análise, o que pode levar tempo para os resultados e a interpretação. Esses atrasos contrastam com a necessidade de otimizar imediatamente os elementos nutrientes durante a fertilização.

Neste estudo, o objetivo foi realizar análises paralelas com dois instrumentos de campo portáteis. “Neste momento estamos interessados na calibração de hLIBS e pAnálise XRF de folhas frescas de uva de mesa com referência à análise convencional – digestão de amostras com análise ICP – para tentar estabelecer um método e um protocolo confiáveis”, diz Senesi. O ICP é a técnica padrão de referência, e é com ele que eles vão construir as curvas de calibração para obter análises quantitativas com os dados do LIBS. “Como o LIBS é capaz de adquirir uma faixa multiespectral, podemos observar as relações entre os elementos. As interações e os equilíbrios entre os diferentes nutrientes podem ser muito mais importantes para o crescimento e a saúde nutricional das plantas do que a concentração de cada nutriente. Isso também pode ser a chave para uma maior compreensão das complexidades da nutrição das plantas, que envolve uma ampla gama de macronutrientes, como nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio, cálcio e micronutrientes, como manganês, enxofre, boro, ferro, cobre e zinco. Todos esses são elementos que podem ser detectados pelo LIBS”, diz Senesi.

Dados preliminares

Senesi concluiu recentemente um conjunto preliminar de análises em dez variedades diferentes de folhas frescas de uva. “Trabalhar com amostras frescas é bastante desafiador por causa dos efeitos do teor de umidade nas propriedades do plasma induzido por laser e na estabilidade das intensidades do sinal espectral. A maioria dos trabalhos de pesquisa até agora usou amostras de folhas peletizadas, que consistem em amostras de folhas secas, moídas e prensadas para melhor homogeneidade. Nos estudos realizados anteriormente por outros grupos de pesquisa, o desvio padrão é muito menor para as folhas secas peletizadas do que para as folhas frescas. Mas o objetivo deste estudo foi encontrar um método e um protocolo que permitisse o uso de LIBS in-situ portátil com alta velocidade de análise para um diagnóstico preliminar.”

Expansão de aplicativos com LIBS portátil

O Dr. Senesi, geólogo por formação, vem utilizando a tecnologia LIBS desde 2007 em seus estudos de plasmas de baixa temperatura, e nos últimos anos vem utilizando a tecnologia portátil LIBS (desenvolvida por SciAps em 2015) em campo por seu trabalho no Institute for Plasma Science and Technology. Tamanho e peso limitados são características cruciais para aplicações que exigem alta portabilidade e análises rápidas fora do laboratório, portanto, um desafio para essa instrumentação é o alto nível de desempenho tecnológico exigido.“Quando conheci a LIBS, entendi que deveria tentar introduzir a técnica em outras áreas científicas, como geologia e meio ambiente”, diz Senesi. “É importante ressaltar que a técnica LIBS não gera nenhum resíduo químico. Muitas técnicas padronizadas usam diluição com reagentes químicos para obter respostas. Laboratórios de micro raios X, em particular com o Prof. Roberto Terzano e o Dr. Matteo Spagnuolo do Departamento de Ciências do Solo, Plantas e Alimentos da Universidade de Bari, Itália, e coordenador do Comitê Técnico Científico da Comissão Italiana de Uvas de Mesa. “Gosto de me chamar pesquisador freelancer, por isso estou sempre em busca de qualquer tipo de colaboração, principalmente sobre questões ambientais”, diz Senesi, que já colaborou com o Dr. Russell Harmon e Dr. Ricardo Hark, outros participantes do Empréstimo Acadêmico, no passado. “Agora, mais do que nunca, temos que respeitar o meio ambiente e as mudanças em nosso planeta.”[/text_output][line id="" class="" style=""][text_output]Como podemos apoiar sua criatividade com nosso Programa de Empréstimo Acadêmico? Freqüentemente, emprestamos analisadores portáteis por algumas semanas ou um mês para pesquisadores acadêmicos, para que possam realizar um estudo ou análise de campo. Entre em contato conosco em academic@sciaps.com com uma breve descrição do que você deseja medir. Os instrumentos portáteis SciAps são ótimos para trabalhos de laboratório de curto prazo com estudantes ou pesquisas de campo, e esses projetos também são ótimos para SciAps - nossos parceiros estão sempre apresentando novos aplicativos para os instrumentos e dando-nos um feedback inestimável. LIBS é muitas vezes uma técnica preferida, especialmente para os alunos, uma vez que os operadores não têm de lidar com as complexidades regulamentares dos analisadores de fluorescência de raios-X. E nosso software Profile Builder acompanhante para PC e tablet fornece aos operadores total liberdade para adicionar poderosa funcionalidade de bancada para trabalho de campo e laboratório.

Dr. Giorgio S. Senesi, Instituto de Ciência e Tecnologia de Plasma no Conselho Nacional de Pesquisa da Itália