El análisis del carbono en el suelo con NIR puede abrir el camino a análisis del suelo más sostenibles y eficientes. Descubra cómo el NIR puede complementar las operaciones de análisis químico. El ayudante de laboratorio vierte una taza de grano en la parte superior de un instrumento, toca la pantalla táctil para iniciar una prueba y apenas tiene tiempo de mirar antes de que aparezcan los resultados multiparamétricos en la pantalla.
Para cualquiera que trabaje en el control de calidad en ámbitos como la manipulación de cereales, las ventajas de un análisis rápido y cómodo con instrumentos de infrarrojo cercano (NIR) son evidentes desde hace tiempo como alternativa a los lentos análisis de referencia y los peligrosos residuos químicos que conllevan. Así pues, si el NIR ya ha demostrado su eficacia en tareas como el análisis de cereales, piensos, productos lácteos en polvo, harina de soja y otras innumerables aplicaciones, ¿por qué no del suelo?
Sobre el papel, la tecnología NIR está, de hecho, bien cualificada para analizar el suelo. El principio de medición de la vibración de los enlaces químicos en una muestra coincide con las características de los parámetros clave del suelo. Entre los enlaces químicos útiles que vibran en el rango NIR se encuentran los enlaces C-H, N-H, S-H y O-H. Se pueden desarrollar calibraciones para parámetros utilizando correlaciones directas con enlaces químicos como el carbono orgánico del suelo o utilizando correlaciones indirectas para parámetros como pH, CEC, arena y limo. Además, el tamaño relativamente grande de la muestra (al menos 20 gramos o más) es bueno para acomodar la naturaleza no homogénea y compleja de las muestras de suelo.
En la práctica, sin embargo, aún queda mucho por hacer antes de que la tecnología NIR para el análisis de suelos empiece a robar espacio en los laboratorios a los equipos tradicionales de análisis químico.
Los retos y las recompensas
En primer lugar, el uso de la tecnología NIR para aplicaciones como el análisis de granos se basa en décadas de desarrollo de calibraciones.
Las calibraciones de las redes neuronales artificiales (RNA) se basan en muchos miles de puntos de datos que abarcan muchas temporadas y condiciones de cosecha. Las calibraciones están tan bien desarrolladas que puede afirmarse que las pruebas NIR son tan buenas o más fiables que las pruebas de referencia.
En comparación, las pruebas NIR para suelos están en pañales. El suelo también es complejo a la hora de calibrar los instrumentos, como explica el Dr. Andreas Zumdick, director comercial mundial de SGS, empresa líder mundial en pruebas: «El suelo es muy variable, por ejemplo, las variaciones geográficas, la composición, la textura, los niveles de pH y la concentración de nutrientes».
Andreas describe cómo, en 2019, SGS tomó la iniciativa de examinar más de cerca los desafíos específicos involucrados y el potencial de NIR para complementar el análisis químico a través de un proyecto de colaboración con los proveedores de soluciones analíticas FOSS. «FOSS ya es socio, por ejemplo, en cereales, por lo que era un punto de partida obvio», afirma. "Queríamos probar si podíamos utilizar el NIR como una extensión de los servicios comerciales. NIR es más rápido y no hay residuos peligrosos".
De especial interés era la posibilidad de analizar la textura y el carbono orgánico del suelo para satisfacer una tendencia creciente de solicitudes de pruebas en las que la rapidez de entrega es más importante que las ligeras diferencias con los resultados de referencia. «Si los dos dígitos después de la coma no son críticos, entonces la precisión del NIR puede ser tan buena como la de la química húmeda», dice Andreas, pero con la advertencia: «Siempre que la calibración sea robusta». Por eso necesitábamos evaluar si NIR es aplicable a una matriz de suelo".
Colaboración en la calibración
Los equipos de proyecto de FOSS y SGS estaban bien cualificados para asumir la evaluación en una serie de áreas clave. Dada la complejidad de las muestras de suelo, se necesitan muchos datos tanto de análisis químicos de referencia como de pruebas NIR para formar la base de una calibración. SGS podría proporcionar muchos de estos datos a través de las operaciones normales del laboratorio, generando una gran cantidad de datos de pruebas de referencia cada día. En concierto, FOSS proporcionó una aplicación web inteligente para el desarrollo de la calibración, la recopilación de datos de diferentes analizadores en diferentes ubicaciones y la administración de un único proyecto para la futura recopilación de datos y calibración.
«Utilizando una cantidad muy grande de muestra combinada con el método de calibración ANN, pudimos obtener predicciones NIR con un rendimiento similar en comparación con el método de referencia de laboratorio.»
Quimiometrista senior de FOSS, Clement Peltre
Otro factor que proporcionó una buena plataforma para el proyecto de evaluación fue la red de laboratorios de pruebas de suelos de SGS en todo el mundo. Entre ellos, se eligió un laboratorio sudafricano por su variedad de tipos de suelo y situaciones de cultivo y por el gran volumen de pruebas que maneja.
Contenido orgánico del suelo sudafricano
El laboratorio proporciona datos de análisis del suelo sobre su textura, composición y nutrientes a agricultores y asesores de cultivos. Estos datos son cada vez más importantes para una agricultura sostenible, ya que ayudan a garantizar el uso adecuado de fertilizantes para salvaguardar el rendimiento y la calidad de los cultivos.
Stuart Shepherd, director del laboratorio Somerset West de SGS, nos da más detalles: "En Sudáfrica tomamos más de 200.000 muestras al año en nuestro laboratorio y los agricultores utilizan mucho el análisis del suelo para sus aplicaciones de fertilizantes.
Muchos agricultores intentan ahora aumentar el contenido orgánico de sus suelos para obtener una mayor productividad y reponer lo que han extraído del suelo y, con un poco de suerte, empezar a cultivar de forma más sostenible". Otro factor que proporcionó una buena plataforma para el proyecto de evaluación fue la red de laboratorios de análisis de suelos de SGS en todo el mundo. Entre ellos, se eligió un laboratorio sudafricano por su variedad de tipos de suelo y situaciones de cultivo y por el gran volumen de pruebas que maneja.
Bases para el desarrollo de la calibración
Entre los parámetros investigados en la evaluación, el que se mostró significativamente prometedor fue el análisis del carbono orgánico. El suelo de Sudáfrica se caracteriza por una elevada acidez, lo que hace que el análisis del carbono sea muy pertinente. Cualquier reducción en el uso de productos químicos y en el tiempo empleado en los análisis de carbono podría contribuir significativamente a la eficiencia de las operaciones de laboratorio.
