Badacze z AGH i UPWr podsłuchują rośliny

Naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu sprawdzają czy rośliny w przypadku np. niedoboru wody, nadmiernego przesuszenia czy ataku szkodników emitują niesłyszalne dla ludzkiego ucha odgłosy, które mogą wskazywać na to, że znajdują się w sytuacji dla nich stresowej.

Odgłosy wydawane przez rośliny to dźwięki o częstotliwościach, które nie są słyszalne dla ludzkiego ucha. Emitowane ultradźwięki mogą być zarejestrowane wyłącznie przy pomocy specjalistycznych mikrofonów. Używa się takich w Laboratorium Akustyki Technicznej w Katedrze Mechaniki i Wibroakustyki Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH. Informacje i wnioski z kolejnych eksperymentów mogą być dla hodowców roślin wskazówką, jak jeszcze lepiej zadbać np. o wielkopowierzchniowe uprawy i szybciej reagować na zmiany związane z nawodnieniem czy ochroną przed szkodnikami.

Tego typu badania uznajemy za innowacyjne, a wyniki mogą nam pomóc m.in. w badaniach nad stresem roślin wywoływanym przez czynniki fizjologiczne, takie jak niedobór wody, nadmierna temperatura, niedostatek składników pokarmowych, jak również tymi spowodowanymi przez choroby i szkodniki. W produkcji ogrodniczej szybkie, a w tym wypadu również bezinwazyjne rozpoznanie problemu determinuje skuteczność działań podejmowanych przez producentów. Wpisuje się to w szeroko pojęte działania związane z produkcją integrowaną – wyjaśnia dr inż. Janusz Mazurek z Katedry Ogrodnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

Nasłuch pomidorów w szklarniach

Pierwszy etap badań przeprowadzono w Szklarni Doświadczalnej Centrum Innowacyjnych Technologii Produkcji Ogrodniczej UPWr. Akustycy badali małe sadzonki pomidorów, które przy odpowiednich warunkach szybko rosną – nawet do 30 cm na tydzień.

Pomiary w szklarni pokazały, że faktycznie rośliny emitowały impulsy w ultradźwiękach i ich częstotliwość zmieniała się w zależności od pory dnia. Więcej impulsów rośliny generowały w ciągu dnia – raportuje dr inż. Bartłomiej Chojnacki z Laboratorium Akustyki Technicznej AGH.

Dźwięki generowane przez rośliny to tzw. hałas impulsowy, który – jak wyjaśniają naukowcy z AGH – jest łatwy do odróżnienia od np. hałasu stałego generowanego przez oświetlenie, sprzęt czy ludzi. Zatem wyniki pozyskane z pomiarów z wrocławskich szklarni potwierdzają nieliczne dotychczasowe badania na roślinach (wyniki badań przeprowadzonych na roślinach opublikował m.in. zespół z Uniwersytetu w Tel Awiwie).

Pomiary w komorze bezechowej AGH

Kolejny etap badań przeprowadzony był już w warunkach całkowicie kontrolowanych, w komorze bezechowej znajdującej się na AGH. Pomiary realizowano przy użyciu mikrofonów do zastosowań bioakustycznych. Dzięki takiemu sprzętowi naukowcy są w stanie rejestrować dźwięki powyżej 200 kHz. Zakres pomiarowy sprzętu pozwala tym samym eksperymentować z różnymi roślinami, które emitują impulsy dźwiękowe na różnych częstotliwościach. Badane pomidory hałasowały w zakresie 20–50 kHz.

Stabilne warunki akustyczne jesteśmy w stanie osiągnąć wyłącznie w naszym laboratorium, w komorze bezechowej. Tutaj mamy pewność, że nic nie zakłóca nam rejestracji. W etapie badań prowadzonych w AGH zapewniliśmy roślinom odpowiednie warunki pod względem naświetlenia, nawożenia czy nawodnienia. Ten etap był konsultowany z ogrodnikami z Wrocławia, którzy wyznaczyli warunki niezbędne dla roślin – tłumaczy Klara Chojnacka, doktorantka z AGH.

Drugi etap pomiarów przeprowadzony w komorze bezechowej trwał kilka tygodni. Naukowcy umieścili roślinę w kontrolowanym środowisku akustycznym o poziomie tła akustycznego poniżej 0 dB i braku dodatkowych odbić dźwięku, a następnie rozmieścili wokół rośliny osiem specjalistycznych mikrofonów.

W ten sposób, oprócz samej rejestracji sygnału, mogliśmy sprawdzić także kierunkowości dźwięku, to znaczy kierunek, w jakim dźwięk jest emitowany. To stanowi novum w dotychczasowych badaniach nad dźwiękami emitowanymi przez rośliny. Na podstawie tak prowadzonych badań możliwe będzie ustalenie, który element rośliny emituje dźwięk, a następnie szczegółowa analiza jego pochodzenia – precyzuje dr inż. Bartłomiej Chojnacki.

Przebadano kilka sadzonek, najpierw podtrzymując odpowiednie nawożenie i podlewanie w celu uzyskania danych kontrolnych, a następnie przesuszając roślinę, aż do jej całkowitego wysuszenia. Wstępna analiza danych wskazuje, że podobnie jak w szklarniach pomidory emitowały impulsy dźwiękowe na poziomie 30–50 kHz. Intensyfikacja impulsów następowała w momencie, kiedy roślina była przesuszona. Uzyskane wyniki zostaną teraz zweryfikowane. W kolejnym etapie eksperymentu analizie poddane będą także zmiany, jakie zachodzą w sygnałach emitowanych przez roślinę w warunkach wysuszenia.

Cel badań – diagnostyka roślin w czasie rzeczywistym

Dane z nasłuchu akustycznego mogą podpowiadać sadownikom w czasie rzeczywistym, kiedy uprawa wymaga dodatkowego działania ze strony człowieka. Dzięki tego typu diagnostyce hodowcy roślin będą mogli z jeszcze większą starannością zadbać o swoje uprawy lub zareagować z wyprzedzeniem.

Badania akustyczne mogłyby znaleźć zatem zastosowanie w kolejnym, bardzo nieoczywistym obszarze, jakim są hodowle kontrolowane roślin, a te – jak wiemy – zyskują na coraz większej popularności na świecie. Oprócz danych związanych z wilgotnością czy temperaturą otoczenia hodowcy mogliby na podstawie sygnału bezpośrednio od rośliny decydować o wzmocnieniu nawożenia, intensywniejszym podlewaniu lub ochronie przed szkodnikami, bez fizycznej obecności na miejscu – wyjaśniają naukowcy z AGH.

Tym samym prowadzone badania wpisują się w założenia Przemysłu 4.0, który zakłada wspomaganie decyzyjności człowieka. Dane dostarczane przez akustyków mogą w niedalekiej przyszłości być wsparciem dla sadowników oraz podnieść jakość uprawianych roślin.

źródło: AGH

Dyskusja (0 komentarzy)