Método y dispositivo para determinar un parámetro de presión de una muestra de planta.

Método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta (1),

que comprende las etapas de:

- someter la muestra de planta (1) a una presión de apriete (papriete) creada con un dispositivo de apriete (10),

- medir por lo menos un valor de respuesta de presión (pp) de la muestra de planta (1), la cual depende de la presión de apriete (papriete), y

- determinar el parámetro de presión sobre la base del por lo menos un valor de respuesta de presión (pp),

caracterizado por la etapa de

- ajustar la presión de apriete (papriete), de tal modo que la muestra de planta (1) tiene una respuesta de presión viscoelástica a la presión de apriete (papriete).

Método y dispositivo para determinar un parámetro de presión de una muestra de planta.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta, en particular a un método de determinación de un parámetro de presión relacionado con el estado hídrico de la muestra de planta. Además, la presente invención se refiere a un dispositivo que está adaptado para realizar un método de determinación de un parámetro de presión. Las aplicaciones preferidas de la invención se encuentran en el campo de la supervisión no invasiva de las relaciones de agua de las plantas, en particular de hojas de plantas intactas, el control de sistemas de irrigación, y en investigación básica.

Antecedentes de la técnica

La gestión del agua es un aspecto importante para una producción con éxito de plantas agrícolas debido a que el estrés hídrico puede tener un efecto pronunciado sobre el crecimiento vegetativo, y el número y el tamaño y la calidad de los frutos. Una irrigación excesiva es costosa, puede dar lugar a un crecimiento vegetativo vigoroso así como a una maduración retardada y aumenta la necesidad de un control de enfermedades y plagas. Un suministro de agua excesivo también dará lugar a una percolación de agua por debajo de la zona de la raíz, filtrando nitrato y otros productos químicos a las aguas subterráneas. Además, la necesidad de optimizar el uso de agua del cultivo se ha vuelto más importante, dada la disminución en la cantidad de agua disponible para la agricultura y el aumento en la irregularidad de las distribuciones pluviales.

En la práctica, se han desarrollado diversos métodos de irrigación para optimizar la cantidad de agua y la frecuencia de la aplicación en función de la demanda de evapotranspiración, las condiciones atmosféricas y el tipo de suelo. Una irrigación eficiente requiere una información precisa acerca de los requisitos específicos de agua de la especie vegetal en diferentes fases de crecimiento y en unas condiciones (micro-) climáticas variables, y acerca del consumo de agua del cultivo para cumplir el sincronismo de programación de irrigación correcto y la cantidad correcta de agua y fertilizantes y para limitar las pérdidas a través de una percolación profunda.

El estado hídrico de las hojas puede determinarse usando una cámara de presión (P. F. Scholander y col. en "Science", vol. 148, 1965, págs. 339-346). El método es simple, pero sumamente invasivo, consume mucho tiempo y es poco adecuado para su automatización. Un inconveniente adicional es que el número de hojas que puede medirse es bastante limitado y, por lo tanto, los datos pueden presentar una imagen falsa de las condiciones in situ globales (debido a la variabilidad en cuanto a la altura, la exposición al sol, las condiciones microclimáticas, la circunferencia de la cubierta de copas etc.). Algo de la mayor importancia y que se ignora con frecuencia es que las lecturas no siempre pueden interpretarse con sencillez en términos de la presión de xilema y/o la presión de turgencia.

En la práctica se conocen técnicas adicionales para investigar el estado hídrico de las plantas, en particular para fines de irrigación. Como un ejemplo, pueden usarse sensores de humedad para medir directamente el contenido de humedad del suelo. A pesar de que tales sensores pueden instalarse de forma permanente en lugares representativos en un campo agrícola, se dan desventajas particulares en términos de la heterogeneidad del suelo y el requisito de un contacto íntimo con la matriz del suelo.

La información más fiable acerca del estado hídrico puede obtenerse si la presión de turgencia en las células vegetales se mide directamente. Se han descrito en el pasado diversos tipos de dispositivos de medición de presión de turgencia. Uno de los primeros ejemplos es la medición de presión en células vegetales que se describe por U. Zimmermann y col. ("Die Naturwissenschañen", 1969, vol. 56, pág. 634), mientras que la presión de turgencia se detecta con una combinación de una micro-aguja y una sonda de presión. Se han descrito técnicas adicionales de medición de presión de turgencia, como por ejemplo tonometría de bola, micro-indentación, mediciones de flexión de viga en voladizo o mediciones de aspiración por U. Zimmermann y col. ("New Phytologist", vol. 162, 24, págs. 575 - 615) y por A. Geitmann ("American Journal of Botany", vol. 93, 26, págs. 138 - 139). Como otro enfoque, la relación entre el espesor de la hoja y el potencial de agua de la planta se ha descrito por T. McBurney (" Journal of Experimental Botany", vol. 43, 1992, págs. 327 - 335).

En general, las técnicas convencionales de medición de presión de turgencia presentan desventajas en términos de una susceptibilidad de aplicación y fiabilidad limitadas en condiciones prácticas de la agricultura. Se ha descubierto que los resultados obtienidos con las técnicas convencionales tienen una importancia limitada. Además, las técnicas convencionales no son adecuadas para aplicaciones en exteriores a largo plazo, en especial debido a su susceptibilidad frente a vientos racheados o fuertes.

Objetivo de la invención

El objetivo de la invención es la provisión de un método y dispositivo mejorados de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta, que sea capaz de superar las limitaciones de las técnicas convencionales. En particular, el objetivo de la invención es la provisión de una técnica facilitada, fiable, económica y

adecuada para el campo de la supervisión en línea del estado hídrico de una planta.

Los objetivos anteriores se logran con unos métodos y dispositivos que comprenden las características de las reivindicaciones independientes. Se definen realizaciones y aplicaciones ventajosas de la invención en las reivindicaciones dependientes.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto, la invención está basada en la enseñanza técnica general de la provisión de un método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta, mientras que la muestra de planta es sometida a una presión de apriete, se mide por lo menos un valor de respuesta de presión de la muestra de planta, la cual depende de la presión de apriete, y el parámetro de presión que va a obtenerse se determina sobre la base del por lo menos un valor de respuesta de presión medido. De acuerdo con la invención, la presión de apriete es ajustada, de tal modo que la muestra de planta tiene una respuesta de presión viscoelástica a la presión de apriete.

Con otras palabras, la presión de apriete se selecciona de tal modo que la muestra de planta tiene un comportamiento viscoelástico. Por consiguiente, si la muestra de planta es sometida a la presión de apriete previamente determinada, la muestra de planta se comprime hasta un determinado punto, mientras que con una liberación de la presión de apriete, la muestra de planta se está relajando. Preferiblemente, la relajación da como resultado una formación reversible de la geometría previa a la compresión. Sin embargo, una relajación reversible completa no es estrictamente necesaria para implementar la invención. Una relajación parcial hacia la geometría previa a la compresión puede ser suficiente para proporcionar un parámetro de presión preciso y fiable de la muestra de planta. Si la presión de apriete fuera demasiado baja, no se obtendría una respuesta de presión viscoelástica, la presión de apriete se vería absorbida por partes de la muestra de planta, que no dependen de la presión de turgencia. Por otro lado, si la presión de apriete fuera demasiado elevada, la muestra de planta podría sufrir daños.

El ajuste de la invención de la presión de apriete representa una ventaja esencial en comparación con las técnicas convencionales debido a que el por lo menos un valor de respuesta de presión medido proporciona una información precisa acerca del estado hídrico de la planta y permite un acceso a la presión de turgencia de las células vegetales de la muestra de planta investigada. Con el ajuste de la invención de la presión de apriete, en esencia se mejora la fiabilidad y reproducibilidad del parámetro de presión determinado. Por consiguiente, pueden facilitarse unas mediciones en condiciones prácticas de la agricultura, mientras que el aparato de la invención puede manejarse con un riesgo reducido de un error operativo.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invención está basada en la enseñanza técnica general de la provisión de un aparato para determinar un parámetro de presión de una muestra de planta, en particular con un método según el primer aspecto... [Seguir leyendo]

1. Método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta (1), que comprende las etapas de:

-someter la muestra de planta (1) a una presión de apriete (papr¡ete) creada con un dispositivo de apriete

(1),

- medir por lo menos un valor de respuesta de presión (pp) de la muestra de planta (1), la cual depende de la presión de apriete (papr¡ete), y

- determinar el parámetro de presión sobre la base del por lo menos un valor de respuesta de presión (pp), caracterizado por la etapa de

-ajustar la presión de apriete (papr¡ete), de tal modo que la muestra de planta (1) tiene una respuesta de presión viscoelástica a la presión de apriete (papr¡ete).

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

-la presión de apriete (papr¡ete) es ajustada con una calibración inicial del dispositivo de apriete (1), que incluye las etapas de someter la muestra de planta (1) a múltiples impulsos de presión de apriete de prueba, medir una respuesta de relajación de la muestra de planta (1), y seleccionar una presión de apriete de prueba particular como la presión de apriete (papr¡ete) si la respuesta de relajación para la presión de apriete de prueba particular da como resultado una relajación por lo menos parcial de la muestra de planta (1). o

- la presión de apriete (papr¡ete) se ajusta sobre la base de unos datos de planta de referencia previamente determinados.

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que

- el por lo menos un valor de respuesta de presión comprende por lo menos una de una presión de apriete atenuada (pp) de la muestra de planta (1), una fuerza de salida de la muestra de planta (1) y una conductividad eléctrica de la muestra de planta (1),

- el parámetro de presión que va a determinarse comprende por lo menos uno del por lo menos un valor de respuesta de presión, una presión de turgencia celular (pc) y una medida cambiante cuantitativa de los valores de respuesta de presión

-las etapas de someter la muestra de planta (1) a la presión de apriete (papr¡ete) y medir los valores de respuesta de presión (pp) de la muestra de planta (1) se realizan sobre diferentes lados de la muestra de planta (1).

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que

- la presión de turgencia celular (pc) se determina sobre la base de por lo menos un valor de función de transferencia (Tf (papriete, pP)) dependiendo de la presión de apriete (papriete) y la presión de apriete atenuada (pp), en el que el por lo menos un valor de función de transferencia (Tf (papr¡ete, pP)) depende de un cociente de la presión de apriete atenuada (pp) y la presión de apriete (papriete) con Tf = Tf (pp/(Fapapriete)), con Fa siendo un factor de atenuación, y / o

- la etapa de determinación de la medida cambiante cuantitativa comprende la determinación de por lo menos uno de un cociente diferencial de valores de respuesta de presión subsiguientes, una primera derivada de los valores de respuesta de presión, una segunda derivada de los valores de respuesta de presión, una tasa de fluctuación de los valores de respuesta de presión, y un patrón de variación de los valores de respuesta de presión.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que

- los valores de respuesta de presión se miden en una condición ambiental variable de la muestra de planta (1), en particular por lo menos una de intensidad de iluminación, temperatura, humedad relativa, velocidad del viento, y lo en una condición fisiológica variable de la muestra de planta (1), en particular por lo menos una de transpiración, actividad de estoma, fotosíntesis y una concentración de sustancia activa, por ejemplo una concentración de hormona, de pesticida y / o de herbicida.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que

- la medida cambiante cuantitativa de los valores de respuesta de presión se determina con respecto a dicha condición ambiental y / o condición fisiológica variable.

7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende por lo menos una de las etapas de

- seleccionar una ubicación de medición sobre la muestra de planta con respecto a una distancia de la misma con respecto a un borde de la muestra de planta (1) y / o un elemento estructural sobre la superficie de muestra de planta,

- medir un gradiente del parámetro de presión o la presión de turgencia celular (pc) a lo largo de una superficie de muestra de planta,

- determinar una variación del parámetro de presión o la presión de turgencia celular (pc) en respuesta a una inyección de una sustancia activa, por ejemplo una hormona, un pesticida y/o un herbicida,

- enviar por lo menos uno de los valores de respuesta de presión, el parámetro de presión, la presión de turgencia celular (pc) y la señal de control a una instalación de accionamiento (2) o un dispositivo de control central,

- suministrar energía usando una célula solar o un dispositivo de célula de combustible,

- medir por lo menos una de intensidad de Iluminación, temperatura, humedad relativa, velocidad del viento, condición de transpiración, y condición de fotosíntesis,

- supervisar la muestra de planta (1) con un dispositivo de cámara, e

- inyectar una sustancia activa, por ejemplo una hormona, un pesticida y lo un herbicida en la muestra de planta (1).

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de ajuste comprende por lo menos una de las etapas:

- seleccionar una almohadilla de apriete del dispositivo de apriete en función de un tipo de la muestra de planta (1), y

-seleccionar una longitud de brazo de apriete del dispositivo de apriete (1) en función de un tipo de la muestra de planta (1).

9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de

- comparar el parámetro de presión (pc) o la presión de turgencia celular (pc) con por lo menos un valor de referencia, y

- generar una señal de control en función de un resultado de la etapa de comparación.

1. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que

- la instalación de accionamiento es un dispositivo de irrigación, que se controla con el por lo menos uno de los valores de respuesta de presión, el parámetro de presión, la presión de turgencia celular (pc) y la señal de control.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que

- la energía se suministra en función de la hora del día.

12. Aparato (1) para determinar un parámetro de presión de una muestra de planta (1), que comprende:

- un dispositivo de apriete (1) adaptado para someter la muestra de planta (1) a una presión de apriete

(Papriete), Y

- un dispositivo de detección (2) adaptado para detectar por lo menos un valor de respuesta de presión (pp) de la muestra de planta (1), en el que el por lo menos un valor de respuesta de presión (pp) depende de la presión de apriete (papr¡ete),

caracterizado por

- un dispositivo de ajuste (3), que está adaptado para ajustar la presión de apriete (papr¡ete), de tal modo que la muestra de planta (1) tiene una respuesta de presión viscoelástica a la presión de apriete (papr¡ete).

13. Aparato de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende

- un dispositivo de evaluación (3), que está adaptado para determinar una medida cambiante cuantitativa de los valores de respuesta de presión, en el que la medida cambiante representa el parámetro de presión que va a ser determinado,

- por lo menos un sensor que está adaptado para detectar por lo menos una condición ambiental y / o por lo menos una condición fisiológica de la muestra de planta (1),

- un dispositivo de protección (5) para proteger frente a por lo menos uno de humedad, temperatura extrema o impacto mecánico,

- un dispositivo de puerto de datos que está adaptado para la transmisión de datos.

14. Aparato de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, en el que

- el dispositivo de apriete (1) comprende por lo menos uno de un dispositivo de apriete de resorte (11), un dispositivo de apriete de tornillo (12), un dispositivo de apriete acústico, un dispositivo de apriete de campo magnético y un dispositivo de apriete de campo eléctrico

- el dispositivo de detección (2) incluye por lo menos un sensor de presión, por lo menos un sensor de fuerza o por lo menos un sensor de conductividad eléctrica,

- el dispositivo de apriete (1) comprende por lo menos uno de una longitud de brazo de apriete variable, un área de apriete variable, por lo menos una almohadilla de apriete intercambiable, por lo menos una almohadilla de apriete con una forma de almohadilla ajustable, por lo menos una almohadilla de apriete con una superficie de almohadilla estructurada, por lo menos una almohadilla de apriete transparente, por lo menos una almohadilla de apriete porosa, por lo menos una almohadilla de apriete con un revestimiento superficial coincidente, por lo menos una almohadilla de apriete con un dispositivo de inyección integrado, por lo menos una almohadilla de apriete con múltiples sensores, un dispositivo de guía de luz, y un dispositivo de electrodo.

15. Aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que:

- el por lo menos un sensor está adaptado para detectar por lo menos una de una intensidad de iluminación, una temperatura, una humedad relativa, una velocidad del viento, una condición de transpiración, una condición de fotosíntesis y una concentración de sustancia activa, por ejemplo una concentración de hormona, de pesticida y lo de herbicida.

16. Aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que:

-el dispositivo de puerto de datos está configurado para una conexión con un sistema de telemetría y/o una red de datos.

17. Instalación de irrigación (2), que incluye:

- por lo menos un aparato de determinación de parámetro de presión (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 12 a 16, y

- por lo menos un dispositivo de accionamiento de irrigación, que puede controlarse en función del parámetro de presión que se determina con el por lo menos un aparato de determinación de parámetro de presión (1).

18. Instalación de irrigación de acuerdo con la reivindicación 17, en la que

- una red de aparatos de determinación de parámetro de presión (1) que están conectados con el por lo menos un dispositivo de accionamiento de Irrigación.

19. Instalación de irrigación de acuerdo con la reivindicación 17 ó 18, que Incluye por lo menos uno de

- un dispositivo de cámara, y

- una estación de supervisión de condiciones atmosféricas.

2. Programa informático que reside en un medio legible por ordenador, con un código de programa para llevar a cabo el método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.

21. Aparato que comprende un medio de almacenamiento legible por ordenador que contiene instrucciones de programa para llevar a cabo el método de determinación de un parámetro de presión de una muestra de planta (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11.