La Investigación en la Ciencia del Suelo y las Tecnologías No Invasivas (El Agua en la Rizosfera y Mucho Más)

Uno de los principales problemas a los que se ha venido enfrentando la investigación edafológica deviene del empleo casi sistemático de técnicas invasivas o agresivas. Es decir, en nuestra disciplina ha sido norma, más que excepción, alterar el objeto de estudio en el campo o inferir estructuras y procesos en el laboratorio, en lugar de hacerlo sobre el terreno. Hablamos de pura necesidad. Sin embargo, tampoco debe soslayarse que desde hace tiempo, las nuevas tecnologías permiten sortear tal mayúsculo problema, en numerosas ocasiones. Los expertos en ciencias del suelo padecemos de cierta inercia (sin soslayar tampoco la falta de recursos económicos) a la hora de incorporar estas últimas, adaptándolas a los propósitos de nuestra especialidad. La noticia de la que hablamos hoy no resulta ser un avance parido por mentes ingeniosas, sino muestra de este retraso tecnológico.  Hace ya unos 15 años, leí una investigación en la que científicos franceses utilizaban un tipo de tomografía con vistas a obtener imágenes tridimensionales de la estructura de las rocas porosas. No se trataba pues de edafólogos sino de geólogos interesados en investigaciones petrolíferas. Ahora bien, inmediatamente me surgió la siguiente pregunta: ¿No deberíamos aplicar estas técnicas, en lugar de las tradicionales imágenes bidimensionales a la hora de analizar la micromorfología del suelo? Obviamente, por aquél entonces resultaba casi imperativo ir a un centro de investigación biomédic y solicitar permisos con vistas a utilizar tales sofisticados instrumentos con fines con fines tan “rastreros”.   Hace ya también más de un decenio que los expertos en fractales y física de suelo se encuentran sumamente interesados en analizar las propiedades de las estructuras porosas de los agregados edáficos. Por aquél entonces, les ofrecí documentación (a algunos de ellos) acerca de las bondades de tales tecnologías respecto a las estándar. Cinco años después comenzaron a utilizarse técnicas no invasivas del tipo que menciona la nota de prensa que exponemos hoy. Sin embargo, aun son muy escasos los equipos de investigación e Instituciones que se arriesgan y/o disponen de la instrumentación adecuada para llevar a cabo tales indagaciones. Se trata de un tema muy serio, por cuanto nos impide profundizar en el conocimiento de los suelos. En febrero de de 2006 lancé dos post cuya respuesta demandaba de tal instrumentación. Más concretamente me refiero a los siguientes: ¿Cuánto mide un metro cuadrado de suelos? y  “El dilema de la medida de la superficie de un suelo y el concepto de capacidad de carga” (….)

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Cuantificando-visualizando tridimensionalmente el contenido de agua en la rizosfera. Fuente: Paul Scherrer Institute

Justamente, cuando escribo deste post acabo de regresar de impartir una ponencia en ciertas Jornadas Técnicas de la Sociedad Española de Agricultura Ecológica, de las que ya os hablaré en otro post. Tras otra intervención (que no la mía) en elmencionado evento hice notar este gravísimo problema de la medida, por cuanto hablar de producciones de cosechas, y más aun de emisiones y secuestros de gases haciendo uso de una medida aérea sobre la superficie del suelo resulta ser una paupérrima elección. Por tanto repito la pregunta  ¿Cuánto mide un metro cuadrado de suelos?. Simplemente varios, decenas de ellos e incluso centenares, “posiblemente”. Todo depende del tipo de edafotaxa, su estructura física interna, etc. Haciendo uso de la tomografía no invasiva, temporalmente secuenciada (ya que la susodicha superficie cambia a lo largo del año), podríamos analizar la verdadera superficie de un suelo en un determinado momento y lugar. ¿Qué es entonces lo que ocurre?.

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Ground Penetrating Radar y Humedad del suelo Fuente: Idaho University

Desde hace años, y justamente por estas razones, entre otras, me dediqué a la edafología teórica. Por un lado, la comunidad científica de edafólogos debiera volcarse y prestar mucha atención en estos temas de innovación tecnológica, mientras que, por otro, la falta de interés de nuestros gestores científicos por la ciencia del suelo, nos impiden disponer de los fondos necesarios para poder acceder, generalmente, a tales instrumentos. No me atrevería a vaticinar cual de estos dos factores deviene en el más relevante. Lo mismo ocurre, por ejemplo, con el uso del “ground penetrating radar ” con vistas a cartografiar la distribución espacial de los horizontes del suelo en el paisaje sin alterarlo (pinchar también aquí). Obviamente, a menudo, un uso de tales instrumentaciones requiere su adecuación, modificación y calibración para  satisfacer las necesidades propias de nuestra disciplina. Tal hecho solo puede acaecer si existe una demanda suficiente como para que las empresas que los construyen encuentren la viabilidad económica de modificar y comercializar tales aparatos. A la larga, cuanto mayor sea la demanda, tanto más las compañías desarrollaran instrumentaciones apropiadas a precios  más o menos asequibles. Nos encontramos pues ante el dilema de la “pescadilla que se mueve la cola”. Se necesita tanto el interés por parte de la comunidad científica implicada, como proyectos bien dotados económicamente. Y así, lo que podría ser una realidad al alcance de muchos deviene en un lujo a disposición de un puñado escaso de privilegiados (ya sean equipos de investigación o instituciones). Esperemos que un día se rompa definitivamente este círculo vicioso.

Juan José Ibáñez

El suelo contiene más agua cerca de las raíces de las plantas

El movimiento del agua desde el suelo hacia las raíces rige la relación existente entre las plantas y el agua así como la manera en que se absorben los nutrientes. Pese a que desde hace mucho tiempo la comunidad científica es consciente de que las raíces motivan cambios en las propiedades químicas, biológicas y físicas de la rizosfera (la zona del suelo inmediatamente aledaña a las raíces), un nuevo estudio indica que dicha parte del suelo contiene en realidad un 30 % más agua de la que se pensaba.

FUENTE | CORDIS: Servicio de Información en I+D Comunitario; 23/09/2011

El estudio, publicado en la revista New Phytologist, fue financiado en parte por el proyecto WATER WATCH (Imagen no invasiva de la dinámica hídrica en un sistema suelo-planta con agua subterránea), al que se adjudicó una subvención por valor de 302 000 euros en virtud de las acciones Marie Curie – Transferencia de conocimientos, pertenecientes al Sexto Programa Marco (6PM) de la Unión Europea.

Los autores, científicos de Alemania, Suiza y Estados Unidos, subrayan que el agua del suelo ayuda a las plantas a sobrevivir a períodos de sequía cortos. Los resultados de este trabajo podrían servir para mejorar la fitogenética y el desarrollo de sistemas eficientes de riego. Empleando un aparato de tomografía neutrónica disponible en el Instituto Paul Scherrer (PSI) de Suiza, el equipo mostró la distribución del agua con una resolución de hasta una fracción de milímetro sin tener que arrancar del suelo planta alguna.

La manera en que las plantas absorben agua no sólo es relevante para el desarrollo de nuevas variedades de plantas más eficientes en su consumo de agua, sino también para mejorar los modelos climáticos“, explicó uno de los autores, Sascha Oswald del Instituto de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la Universidad de Potsdam (Alemania), “porque por norma general más de la mitad del agua que cae sobre la superficie terrestre en forma de lluvia en un clima húmedo es absorbida por las plantas, que posteriormente la devuelven a la atmósfera.”

Por su parte, el primer firmante del trabajo, Ahmad Moradi de la Universidad de California-Davis (Estados Unidos), declaró: “Las plantas absorben agua del suelo a través de raíces muy finas, de apenas unos milímetros de diámetro. Sus raíces más gruesas sirven más bien como conductos por los que trasladar el agua. Lo que nos proponemos comprender es la distribución del agua en torno a estas raíces. Los procesos más determinantes se producen aquí a una escala de unos pocos milímetros. Para poder observarlos con precisión, necesitamos un procedimiento que nos muestre detalles de dimensiones menores a un milímetro y que pueda aplicarse sin necesidad de arrancar la planta del suelo.”

Por este método sofisticado, el equipo proyectó neutrones a través de plantas arraigadas al suelo. Estas partículas permitieron observar el interior de varios objetos de una manera similar a una radiografía, pero con mayor precisión, ya que permite ver componentes internos.

Según indican los autores, el agua atenúa y dispersa los neutrones, mientras que el metal y la arena no les afectan. En palabras del Dr. Moradi: “Casi el 90 % de las raíces están formadas por agua. Si se desea examinar las raíces o el movimiento del agua por el suelo, los neutrones son mucho más útiles que los rayos X.”

De este modo se obtuvo una imagen tridimensional de la distribución del agua alrededor de las raíces y se determinó la cantidad de agua presente en las distintas zonas del suelo.

“Esta medición se realizó con la opción de microscopio del instrumento, que permitió generar imágenes con una resolución de 20 píxeles por milímetro”, explicó otro de los autores, Eberhard Lehmann, del PSI. “De este modo se consiguió que el agua fuera visible con el grado de precisión necesario. Disponemos de tres puntos de medición en los que podemos obtener imágenes con neutrones, cada uno con sus propias características. Así conseguimos efectuar el experimento probando distintas opciones. Una gran ventaja del instrumento del PSI es que funciona las 24 horas del día, de modo que las plantas pudieron observarse durante un ciclo completo de día y noche.”

En referencia a los hallazgos, el profesor Oswald, otro de los autores del estudio, explicó: “Estos resultados pueden tener aplicaciones prácticas, por ejemplo facilitar el diseño de plantas capaces de sobrevivir con más garantías a períodos de sequía. También se podrá conocer mejor el riego óptimo de las plantas, para evitar que sufran daños irreversibles por un suministro de agua insuficiente.”

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