Desarrollan un 'suelo electrónico' que mejora el crecimiento de los cultivos

La población mundial superaba a mediados de noviembre los 8.000 millones de personas, el triple que a mediados del siglo XX. A la vez, el cambio climático está provocando cada vez más problemas para producir alimentos. Los científicos llevan años alertando de que con los actuales métodos agrícolas resulta imposible cubrir la demanda de alimentos. De ahí que busquen alternativas para mejorar la productividad.

Un equipo ese investigadores de la Universidad de Linköping, en Suecia, ha desarrollado un ‘suelo’ bioelectrónico, denominado ‘eSoil’, que proporciona estímulos eléctricos a las raíces de las plantas y su entorno, mediante la hidroponía.

El resultado es espectacular: el crecimiento de las plántulas de cebada mejora a medida que el peso seco aumenta en promedio un 50% en 15 días después de la estimulación eléctrica.

La mejora del crecimiento es evidente tanto para las raíces como para los brotes y ocurre durante el período de crecimiento después de la estimulación eléctrica, lo que significa que esta no solo induce un efecto momentáneo, sino que desencadena procesos que eventualmente cambian el desarrollo de la planta.

Esto indica que el efecto beneficioso se puede lograr mediante un tratamiento inicial, sin necesidad de una estimulación continua durante todo el crecimiento de la planta. 

El suelo eSoil, a diferencia de los cultivos hidropónicos habituales (con disoluciones minerales como sustrato), consume poca energía y su principal componente estructural es la celulosa, el polímero más abundante, mezclado con otro polímero conductor, llamado PEDOT.

Esta combinación como tal no es nueva, pero sí es la primera vez que se utiliza para el cultivo de plantas y para crear una interfaz para ellas de esta manera.

Dispositivo de bajo consumo

Con el cultivo hidropónico las plantas crecen sin tierra, por lo que necesitan sólo agua, nutrientes y algo a lo que sus raíces puedan adherirse: un sustrato.

Es un sistema cerrado que permite la recirculación del agua para que cada plántula obtenga exactamente los nutrientes que necesita. Así que se necesita muy poca agua y todos los nutrientes permanecen en el sistema, lo que no es posible en el cultivo tradicional.

La hidroponía se utiliza para el cultivo de hortalizas, hortalizas de hojas verdes y forrajes. Las áreas con tierra cultivable limitada, mala calidad del suelo y condiciones ambientales adversas pueden beneficiarse de este tipo de producción alimentaria.

La agricultura hidropónica permite cultivar alimentos también en zonas urbanas y en entornos muy controlados, según señala Eleni Stavrinidou, profesora del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping y líder del grupo de Plantas Electrónicas.

El sistema hidropónico también permite el cultivo vertical en grandes torres para maximizar la eficiencia del espacio. Los cultivos que ya se cultivan de esta manera incluyen lechuga, hierbas y algunas hortalizas. Los cereales no suelen cultivarse en hidroponía, al margen de su uso como forraje.

"Para que la hidroponía con eSoil sea relevante para aplicaciones a gran escala en agricultura en ambientes cerrados, hay muchos aspectos a considerar. Una de las ventajas de nuestro enfoque en comparación con otros trabajos es que eSoil es un dispositivo de bajo consumo y, en principio, puede funcionar con energía fotovoltaica", recoge el informe.

Aumentar el rendimiento de los cultivos

Este trabajo abre el camino para el uso de estímulos físicos para mejorar el crecimiento de las plantas, pero también proporciona una plataforma para comprender mejores respuestas de las plantas al campo eléctrico y para desarrollar aún más el cultivo hidropónico.

"Como la cebada también se utiliza como forraje, una mayor biomasa a una edad temprana de la planta permitirá alimentar más materia prima con los mismos recursos. Esperamos que nuestro trabajo abra una amplia vía de investigación para soluciones basadas en la ciencia de materiales para andamios hidropónicos activos que puedan aumentar el rendimiento de los cultivos de una manera inteligente y sostenible", añaden los científicos.

No obstante, los investigadores resaltan que aún hacen falta más estudios para comprobar, por ejemplo, si este método funciona con otro tipo de plantas. Tampoco se sabe cómo funciona este sistema realmente, qué mecanismos biológicos están involucrados.

Investigaciones anteriores habían utilizado alto voltaje para estimular las raíces. La ventaja del ‘suelo’ eSoil de los investigadores de Linköping es que tiene un consumo de energía muy bajo y no presenta peligro de alto voltaje.

"No podemos decir que la hidroponía resolverá el problema de la seguridad alimentaria, pero definitivamente puede ayudar, especialmente en zonas con poca tierra cultivable y con condiciones ambientales duras", afirma Stavrinidou.

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304135120

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