Projecte H2020 SENSOILS: Detecció de processos del sòl per millorar la biodisponibilitat del nitrogen als cultius
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2015 -2022
- Pressupost assignat 1.978.475,00 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte SENSOILS
Desenvolupem una nova generació de sòls artificials capaços d'informar sobre la naturalesa dels canvis químics que tenen lloc a terra a causa de l'activitat biològica, utilitzant un plàstic comú de baix índex de refracció i introduint funcions mitjançant una capa prima de material funcional. Per al nucli de la partícula, utilitzem FEP (etilè propilè fluorat), i el projecte ha identificat i sintetitzat amb èxit polímers amb funcions adequades per al seu ús en sòls artificials. Hem desenvolupat una nova plataforma de microscòpia i canonades per a la fabricació de càmeres de microcosmos on es poden introduir i visualitzar microorganismes, nutrients i altres additius de manera flexible, en viu i in situ. També hem aconseguit avenços clau en el desenvolupament de tècniques computacionals, i hem proposat el primer model d'òrgan complet per simular la morfogènesi amb resolució cel·lular.
Gràcies a aquestes noves tecnologies, vam poder rastrejar el comportament dels microbis del sòl durant la colonització de la rizosfera. Amb els nostres nous sistemes d'imatges en viu, hem revelat el sorprenent nivell de coordinació que fan servir els bacteris del terra per desplaçar-se per l'estructura del terra i colonitzar la planta hoste. Demostrem que les cèl·lules bacterianes es mouen en estols, de manera similar a com s'observa normalment en organismes superiors més complexos, com aus i peixos. També demostrem que aquests moviments són possibles gràcies a la capacitat dels bacteris per crear fluxos laminars d'aigua localitzats, però constants, a través del sòl, movent-se així en grup en lloc d'individualment.
El projecte ha donat lloc a diverses publicacions destacades a revistes com PNAS, New Phytologist i ISME Journal, i altres publicacions encara es troben en avaluació en revistes d'alt impacte. El projecte també ha suposat un gran impuls per al desenvolupament científic, amb nombrosos projectes de seguiment finançats a nivell nacional i internacional. Altres resultats inclouen publicacions en diaris nacionals, xarxes socials i científics en les primeres etapes de desenvolupament professional en diverses institucions de recerca de tot el món.
El rendiment dels cultius que actualment sustenten la població mundial depèn en gran mesura d'agroquímics (p. ex., fertilitzants N/P/K i pesticides) i varietats de cultius modernes (p. ex., varietats de blat nan) desenvolupades a finals del segle XX a costa de la salut del sòl. Com a part de l'estratègia "De la granja a la taula", la Comissió Europea té com a objectiu reduir les pèrdues de nutrients almenys en un 50% per al 2030, una reducció del 20% en l'ús de fertilitzants i, alhora, millorar la qualitat del sòl. Per abordar aquest desafiament, és urgent identificar solucions sostenibles per a la fertilitat del sòl i el rendiment dels cultius basades en la comprensió dels processos microbians del sòl.
Al projecte SENSOIL, hem provat noves idees radicals per estudiar la dinàmica de les arrels i els microbis del sòl. La investigació va demostrar que, en inventar sòls artificials i tecnologies d'imatge, és possible rastrejar les interaccions microbianes i l'associació amb les arrels dels cultius, alhora que s'observen els canvis a la composició química del sòl. Utilitzant aquestes noves tecnologies, el projecte va revelar noves formes de moviment bacterià, cosa que indica que les migracions a terra podrien ser més ràpides i extenses del que s'estimava prèviament, però també revela com aquests processos es tornen sensibles als canvis en les propietats del sòl. Els descobriments del projecte SENSOIL podrien tenir un gran impacte en la nostra comprensió de l'ecosistema del sòl, alhora que ajuden la indústria agrotecnològica a desenvolupar solucions més sostenibles.
La producció d'aliments es basa en l'aplicació de fertilitzants nitrogenats, que poden contribuir significativament a la producció de gasos amb efecte d'hivernacle ia l'eutrofització dels agroecosistemes. Per tant, cal optimitzar lús de fertilitzants nitrogenats.
El recent desenvolupament de sòls transparents al meu grup ofereix un ampli marge per comprendre els processos implicats en el transport reactiu de nutrients al sòl i la seva interacció amb la biota edàfica. El meu equip combinarà principis d'òptica, enginyeria química, física, química i biologia de sòls, així com biologia vegetal, per visualitzar i caracteritzar el moviment del nitrogen a terra a microescala. Desenvoluparem una nova generació d'anàlegs de terra transparents que mesuren l'estat biològic i químic dels sòls. Això permetrà, per primera vegada, caracteritzar el transport a la superfície de les partícules del sòl i dilucidar el paper dels contactes arrel-partícula-partícula, l'exsudació i la transformació microbiana en la biodisponibilitat del nitrat i l'amoni.
El llegat de la investigació serà el coneixement, els conceptes, els sistemes model de sòl i els enfocaments d'imatge per comprendre i predir la biodisponibilitat de nutrients a terra, amb èmfasi en la nitrificació com a model del moviment del nitrogen a terra. Es patentaran sòls transparents i tecnologies d'imatge, cosa que podria aplanar el camí per a sensors químics 3D i tenir aplicacions en el millorament de cultius i el fenotipat de precisió. La comprensió dels moviments de nutrients a terra conduirà a un progrés substancial en el desenvolupament de fertilitzants més eficients. Els nous sistemes model de sòl podrien utilitzar-se per comprendre millor la propagació de malalties transmeses pel sòl, la bioremediació de sòls contaminats i els mecanismes subjacents a la biodiversitat i lactivitat del sòl.
Quatre àrees principals del projecte han impulsat significativament el camp i han transcendit l'àmbit estatal.
En primer lloc, el desenvolupament de tecnologies d'estructura de nucli-capa per crear partícules de terra sensibles o "sòls sensibles". Aquestes tindran una àmplia gamma d'aplicacions, per exemple, a la investigació científica, el cultiu i el desenvolupament de fertilitzants. Això ha requerit avenços significatius en la ciència dels polímers, i les tècniques es podrien utilitzar en altres àrees de la ciència i la tecnologia.
La nostra feina està contribuint significativament al camp de la microscòpia de terres. Hem desenvolupat una sèrie d'enfocaments que permeten observar en viu els microbis del sòl. Fabriquem nous sistemes fluídics per al control de les condicions del sòl sota microscopi.
El treball de modelatge computacional per a la simulació del desenvolupament radicular a terra és summament prometedor. Preveiem que serà possible realitzar simulacions d'arrels completes amb resolucions cel·lulars i, alhora, modelar el terra a nivell de partícula. El model i els algorismes s'estan implementant a DualSPHysics, una eina de simulació comunitària de codi obert.
El treball centrat en la comprensió dels factors que afecten l'activitat microbiana a la rizosfera està, ia penes comença a beneficiar-se del desenvolupament tecnològic del projecte. En particular, esperem poder quantificar amb precisió el coeficient de mobilitat dels microbis del sòl que envolten les arrels de les plantes i predir què contribueix al manteniment de certs microbis a la rizosfera.
- NEIKER-INSTITUTO VASCO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO AGRARIO SA (NEIKER)
Projectes relacionats
