I ricercatori della Washington State University hanno sviluppato un modo per valutare la salute del suolo misurando la corrente elettrica prodotta dai suoi microbi più piccoli.

Il team ha utilizzato una sonda originariamente sviluppata per misurare il segnale elettrochimico dei microbi negli ambienti acquatici, e lo ha testato su campioni di suolo sani e non sani per misurare il metabolismo microbico e altri indicatori della salute del suolo. Questa ricerca proof-of-concept, pubblicato in Journal of The Electrochemical Society , potrebbe un giorno portare a un semplice, test in tempo reale per gli agricoltori per determinare se il suolo è produttivo.

"Il suolo è alla base di tutto il cibo che mangiamo, e la maggior parte di essa è degradata in tutto il mondo, "ha detto Maren Friesen, professore associato presso i Dipartimenti di Patologia Vegetale e Scienze delle Colture e del Suolo e coautore dello studio. "Uno dei maggiori ostacoli al miglioramento dei suoli è non essere in grado di avere una rapida, misurazione in tempo reale per sviluppare strategie di gestione appropriate per loro. Questo sensore ha il potenziale per essere in grado di eseguire misurazioni in tempo reale non solo della struttura del suolo, ma anche di come funziona effettivamente. Sarebbe un enorme passo avanti in campo".

"Credo che questo sia uno dei nostri lavori più significativi e avrà un forte impatto sulla determinazione della salute del suolo, " disse Haluk Beyenal, professore presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering e corrispondente autore dell'articolo.

Altri coautori dello studio includono il ricercatore post-dottorato Abdelrhman Mohamed, e gli studenti laureati Eduardo Sanchez e Natalie Sanchez.

La salute del suolo è di fondamentale importanza per l'agricoltura e il successo delle colture in tutto il mondo, ma misurarlo non è semplice. Agricoltori e ricercatori usano la chimica del suolo, analisi dei nutrienti, texture e misurazioni del pH per comprendere le proprietà fisiche e chimiche del suolo. Anche se queste informazioni possono essere preziose, non sempre riflette quanto sia effettivamente produttivo il suolo.

Questo perché una chiave per la produttività del suolo è come funzionano i microbi, disse Frisone. Miliardi di batteri, funghi e altri organismi svolgono un ruolo fondamentale nella mobilitazione e nell'approvvigionamento dei nutrienti, difesa contro gli agenti patogeni e la crescita delle piante. Ma, fino ad ora, non c'è stato semplice, modo in tempo reale per misurare l'attività microbica.

"Ciò che rende un terreno benefico per una pianta è che è vivo e contiene tutti questi batteri e funghi, " lei disse.

Nel nuovo giornale, il team di ricerca della WSU è stato in grado di misurare la corrente attraverso il suolo per determinare l'attività microbica, e distinguere suoli sani e malsani.

I ricercatori hanno utilizzato una sonda sviluppata alcuni anni fa per misurare il segnale elettrochimico dei microbi negli ambienti acquatici. Simile a come gli umani mangiano e respirano, i microrganismi assorbono il cibo e quindi utilizzano gli elettroni liberati durante il metabolismo per la loro energia. Finalmente, i microbi danno questi elettroni a una molecola accettore come l'ossigeno. La sonda sviluppata dal team sostituisce queste molecole accettore con un elettrodo. Usando questo elettrodo, possono quindi misurare la corrente elettrica e farsi un'idea dell'entità dell'attività microbica.

"Siamo in grado di misurare il tasso metabolico dei microbi catturando gli elettroni che vengono rilasciati come parte del metabolismo, " disse Mohammed, un ricercatore post-dottorato presso la Voiland School. "Stiamo guardando i microbi respirare nel terreno".

I due campioni di terreno utilizzati dai ricercatori sono stati raccolti dal R.J. Cook Agronomy Farm e sembravano quasi identici tra loro in termini di composizione del suolo. Sono stati entrambi raccolti da appezzamenti che non erano stati coltivati, erano relativamente ricchi di materia organica, e aveva lo stesso pH e lo stesso tipo di terreno. Ma, i ricercatori avevano dati che mostravano che uno dei terreni era stato significativamente più produttivo nella resa di grano rispetto all'altro.

I ricercatori hanno scoperto che il terreno più produttivo produceva una corrente elettrica mentre il terreno meno produttivo non produceva quasi corrente, circa l'1% del terreno più produttivo.

"C'era una differenza davvero drammatica nella quantità di corrente generata, " disse Frisone.

Hanno anche trovato un'altra differenza tra i due terreni nel potenziale a circuito aperto misurato nel terreno. Quando hanno aggiunto zucchero per stimolare l'attività metabolica, i ricercatori hanno anche osservato il cambiamento dei segnali elettrochimici nei campioni di terreno sani e malsani convergere, il che suggerisce che l'aggiunta di zucchero ha stimolato l'attività microbica in entrambi i tipi di terreno.

"Potremmo vederlo in un paio di giorni, i microbi nel terreno iniziarono a respirare, " ha detto Mohammed.

Con solo i due campioni di suolo confrontati inizialmente, i ricercatori dicono che la loro idea è ancora solo una prova del concetto. Hanno molte domande aggiuntive, come ciò che le creature stanno facendo per generare corrente e quali microrganismi specifici potrebbero essere nei campioni per creare terreno produttivo.

"Abbiamo due segnali diversi, ma cosa dicono veramente in termini di parametri fondamentali del suolo?" disse Mohamed. "Entrambi i parametri dicono cose leggermente diverse, e dobbiamo lavorare sulla loro interpretazione".

Vogliono anche testare molti più terreni, anche in campi agricoli reali piuttosto che nell'ambiente controllato di un laboratorio. Sperano di sviluppare eventualmente una sonda portatile che possa essere inserita direttamente nel terreno per fornire informazioni in tempo reale.

"In termini di lavoro per una società giusta con una produzione alimentare globale sostenibile, Sento che questa ha il potenziale per essere una tecnologia rivoluzionaria, " disse Frisone.