Aprenda a monitorizar as sua solução nutritiva
Os cultivos hidropónicos requerem um controlo preciso da concentração de nutrientes para garantir o crescimento saudável das plantas, tendo como objetivo melhorar a qualidade nutricional dos vegetais e o rendimento de produção. Este controlo vai levar a uma redução da quantidade de fertilizantes utilizada, e pode também evitar a descarga de resíduos no ambiente, prevenindo então a eutrofização dos aquíferos.
O estudo
A monitorização em tempo real dos parâmetros químicos tais como pH, condutividade elétrica, concentração de macro (N, P, K, S, Ca, e Mg) e micronutrientes (Fe, Mn, Zn, Mo, B, Cu e Cl), permite a detecção de possíveis problemas, e consequente tomada de decisões em tempo real. Estas análises in situ podem ainda ser exploradas em pesquisas agronômicas e fisiológicas relacionadas com os efeitos dos diversos nutrientes em determinados cultivos, assim como a eficiência e impacto de alguns fertilizantes, e de outros.
Na maioria das vezes, os parâmetros determinados in situ para controlar a qualidade da solução nutritiva de sistemas hidropónicos são o pH e a condutividade elétrica. É possível encontrar no mercado equipamentos para realização destas medidas, porém os mesmos em geral não são automáticos. Cabe destacar que a determinação do pH e da condutividade elétrica da solução não são parâmetros suficientes e, desta maneira, as concentrações de nutrientes específicos devem ser também monitorizados. Apesar do interesse crescente na aplicação de sistemas hidropónicos e do incremento das pesquisas relacionadas com o tema, o número relatado de monitorização é baixo, e a sua variedade e funcionalidade são em geral limitadas. Neste sentido, o desenvolvimento de monitorização capaz de determinar nutrientes nas soluções nutritivas é importante para o aumento da produção das culturas hidropónicas e para as pesquisas relacionadas com nutrição de plantas.
Existe então o objetivo de desenvolver uma monitorização multiparamétrica baseado em sistemas de análises em fluxo para a quantificação in situ de nitrato, potássio, cálcio e magnésio em soluções nutritivas de hidropónicos. A monitorização deve ser totalmente automática, portátil, compacto, econômico, rápido, robusto e capaz de determinar diferentes parâmetros em curtos intervalos de tempo.
Os métodos analíticos espectrofotométricos usados para determinação dos íões foram selecionados pela rapidez, simplicidade, robustez, facilidade de automatização com técnicas de análises em fluxo. Estes métodos, clássicos e bem estabelecidos na literatura, tem sido aplicados em matrizes similares como, por exemplo, extratos de plantas ou águas residuais. A determinação de NO3 - envolvia a reação de Griess modificada (sulfanilamida e N-(1- Naftil)-etilendiamina em meio HCl) após passar a amostra através de uma coluna redutora de Cd-Cu para conversão do analito a NO2 -.
Para a determinação de K+ utiliza-se o método turbidimétrico baseado na reação deste ião com tetrafenilborato de sódio em meio básico. As determinações de Ca2+ e de Mg2+ se fundamentavam na formação dos complexos coloridos com o-cresolftaleina complexona em meio básico. Adiciona-se 8-hidroxiquinoleina e EGTA, para a discriminação destes iões.
Em geral, o procedimento consistia em inserir 100 μL de solução hidropónica num fluxo transportador (água destilada) que confluía com os diferentes reagentes obtendo-se sequencialmente os sinais correspondentes de cada analito. Os procedimentos analíticos e as condições experimentais foram otimizados e adaptados às características das soluções nutritivas de hidroponia: alta força iônica, pH 5-7, alto teor de matéria orgânica. Soluções nutritivas com diferentes teores de nitrato, cálcio, magnésio e potássio foram usadas para a calibração e validação da monitorização multiparamétrico.
Os métodos foram otimizados de maneira individual com o objetivo de se estender a faixa linear de concentrações. Avaliaram-se também os parâmetros relacionados à integração de todos os métodos no mesmo monitor multiparamétrico para conseguir a análise sequencial dos nutrientes. Estudou-se a sequência de análises dos nutrientes e os tempos de limpeza entre um analito e outro, visando o aumento da frequência analítica, redução do consumo de reagentes, evitando assim interferências cruzadas entre os reagentes ou a deterioração da coluna redutora de Cd-Cu. Deve-se salientar que algoritmos para optimização uni- e multi-variada foram empregues durante o desenvolvimento do monitor.
A exatidão analítica foi confirmada comparando-se estatisticamente (teste t-student) os resultados obtidos com a monitorização desenvolvida com aqueles obtidos por métodos de referência. A precisão dos resultados envolveu replicas da mesma amostra, sendo expressa em termos da estimativa dos desvios-padrão dos resultados.
Resultados e discussão
As principais características analíticas obtidas nas condições experimentais otimizadas. Para os quatro iões em foco, as curvas analíticas apresentaram coeficientes de correlação > 0,992 (n=7), o que se constitui nas garantias da linearidade dos métodos dentro da faixa de concentrações de interesse. A precisão, foi estimada como < 3,8% para todos os métodos. O consumo de reagentes foi minimizado em comparação aos métodos clássicos. Os resíduos gerados foram somente 70 mL para os quatro analitos medidos em triplicatas incluindo as etapas de limpeza. O tempo de análise foi inferior a 10 min.
A monitorização está numa fase de desenvolvimento e será aplicado também para o controlo das soluções sob condições de extremas. Ele pode ser utilizado também para a análise de outros tipos de amostras como águas de irrigação ou soluções de fertirrigação. A alta versatilidade deste sistema permite a eventual incorporação de métodos para a determinação de nutrientes de interesse ainda não incluídos neste trabalho, como, por exemplo, ortofosfato, sulfato, amônio, ferro, molibdênio e manganês.
Conclusão
Desenvolveu-se um sistema de análises em fluxo para a monitorização de nitrato, potássio, cálcio e magnésio em soluções nutritivas hidropónicas. Esta monitorização multiparamétrico, totalmente automatizado, permite quantificar os quatro nutrientes em 10 min com uma alta precisão, baixo consumo de reagentes e baixa geração de resíduos. Além disso, poderá ser utilizado no desenvolvimento de outras pesquisas relacionadas com hidroponia e nutrição de plantas.
Bons cultivos ;)
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