Watertekort bij gewassen? Deze sensor geeft het tijdig aan

Engineers van MIT hebben sensoren ontworpen die op het blad van een plant geprint kunnen worden. Deze sensoren kunnen vervolgens aangeven wanneer de plant water nodig heeft.

Deze technologie kan gebruikt worden door telers om tijdig te reageren op watertekorten bij gewassen volgens Michaeal Strano, Carbon P. Dubbs professor voor Chemical Engineering aan MIT en mede-auteur van het onderzoek.

Stomata

Wanneer de aarde opdroogt, vertragen planten hun groei, neemt de fotosynthetische activiteit af en raken planten beschadigd. Bij sommige planten is dit duidelijk zichtbaar, maar andere planten laten in eerste instantie geen teken van schade zien totdat de schade enorm is. De nieuwe sensor maakt gebruikt van de stomata van planten, kleine openingen op het blad dat het verdampen van water mogelijk maakt. Wanneer water verdampt neemt de waterdruk in de plant af, waardoor het in staat is om weer water uit de grond op te nemen.

Elektronisch circuit

“Het is al bekend dat stomata reageert op licht, co2-gehalte en droogte, maar nu zijn we in staat om het continu te monitoren”, vertelt Volodymyr Koman, MIT postdoctoraal en hoofd-auteur van het onderzoek. “Bij voorgaande methoden kon deze informatie niet gegenereerd worden.” Om deze sensoren te maken, hebben de onderzoekers een inkt gebruikt van carbon nanotubes opgelost in sodium dodecyl sulfaat. Deze inkt kan vervolgens langs de stomata worden geprint waardoor een elektronisch circuit ontstaat. Wanneer een opening op het blad gesloten is, kan de staat worden gemeten via een zogeheten multimeter. Wanneer een opening zicht sluit wordt het circuit onderbroken. Daardoor weten onderzoekers exact wanneer een blad zich opent of sluit.

Veranderende condities

Door het meten van het openen en sluiten gedurende enkele dagen onder normale en droge condities, hebben de onderzoekers ontdekt dat ze binnen twee dagen kunnen opsporen of een plant watertekort ondervindt. Uit het onderzoek bleek namelijk dat stomata zeven minuten nadat ze aan licht zijn blootgesteld opengaan en 53 minuten sluiten nadat het donker is geworden. Deze condities veranderen gedurende droge periodes. Respectievelijk 25 minuten en 45 minuten.

Specifieke plant

“Dit blijkt momenteel de snelste indicatie te geven van droogte bij planten die we hebben voor agriculturele toepassingen”, zegt Strano. “Het is moeilijk om deze informatie op een andere manier te verkrijgen. Je kunt sensoren in de grond plaatsen of je kunt gebruik maken van satelliet imaging en mapping, maar dat gaf nooit echt aan wat de waterbehoefte van een specifieke plant op dat moment was.

Mogelijkheden voor de markt

Strano is al een samenwerking gestart met een fabrikant in agriculturele producten om deze sensoren te ontwikkelen om op gewassen te gebruiken. Hij is van mening dat de technologie ook gebruikt kan worden voor bijvoorbeeld hoveniers. Het kan onderzoekers daarnaast ook helpen om nieuwe manieren te vinden om planten te ontwikkelen die bestand zijn tegen droogte.