Des chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont mis au point un moyen d'évaluer la santé du sol en mesurant le courant électrique produit par ses plus petits microbes.

L'équipe a utilisé une sonde développée à l'origine pour mesurer le signal électrochimique des microbes dans les environnements aquatiques, et l'a testé sur des échantillons de sol sains et malsains pour mesurer le métabolisme microbien et d'autres indicateurs de la santé du sol. Cette recherche de preuve de concept, Publié dans Journal de la société électrochimique , pourrait un jour conduire à un simple, test en temps réel pour les agriculteurs afin de déterminer si le sol est productif.

"Le sol sous-tend toute la nourriture que nous mangeons, et la plus grande partie est dégradée dans le monde entier, " a déclaré Maren Friesen, professeur agrégé aux départements de phytopathologie et des sciences des cultures et des sols et co-auteur de l'étude. « L'un des plus grands obstacles à l'amélioration des sols est de ne pas pouvoir disposer d'un mesure en temps réel pour développer des stratégies de gestion appropriées pour eux. Ce capteur a le potentiel de pouvoir effectuer des mesures en temps réel non seulement de la structure du sol, mais aussi de son fonctionnement réel. Ce serait une énorme avancée dans le domaine."

"Je pense que c'est l'un de nos travaux les plus importants et qu'il aura un impact important sur la détermination de la santé des sols, " a déclaré Haluk Beyenal, professeur à la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering et auteur correspondant de l'article.

Les autres co-auteurs de l'étude comprennent le chercheur postdoctoral Abdelrhman Mohamed, et les étudiants diplômés Eduardo Sanchez et Natalie Sanchez.

La santé des sols est d'une importance cruciale pour l'agriculture et le succès des cultures dans le monde entier, mais la mesurer n'est pas simple. Les agriculteurs et les chercheurs utilisent la chimie du sol, analyse des nutriments, mesures de la texture et du pH pour mieux comprendre les propriétés physiques et chimiques du sol. Bien que ces informations puissent être précieuses, cela ne reflète pas toujours la productivité réelle du sol.

C'est parce qu'une clé de la productivité du sol est la façon dont les microbes fonctionnent, dit Friesen. Des milliards de bactéries, les champignons et autres organismes jouent un rôle essentiel dans la mobilisation et l'approvisionnement en nutriments, défense contre les agents pathogènes et la croissance des plantes. Mais, jusqu'à maintenant, il n'y a pas eu de simple, moyen en temps réel de mesurer l'activité microbienne.

"Ce qui rend un sol bénéfique pour une plante, c'est qu'il est vivant et contient toutes ces bactéries et champignons, " elle a dit.

Dans le nouveau journal, l'équipe de recherche du WSU a pu mesurer le courant dans le sol pour déterminer l'activité microbienne, et distinguer les sols sains et malsains.

Les chercheurs ont utilisé une sonde qu'ils ont développée il y a quelques années pour mesurer le signal électrochimique des microbes en milieu aquatique. Semblable à la façon dont les humains mangent et respirent, les micro-organismes absorbent la nourriture et utilisent ensuite les électrons libérés lors du métabolisme pour leur énergie. Finalement, les microbes donnent ces électrons à une molécule acceptrice telle que l'oxygène. La sonde développée par l'équipe remplace ces molécules acceptrices par une électrode. En utilisant cette électrode, ils peuvent alors mesurer le courant électrique et se faire une idée de l'ampleur de l'activité microbienne.

"Nous sommes capables de mesurer le taux métabolique des microbes en capturant les électrons qui sont libérés dans le cadre du métabolisme, " dit Mohamed, chercheur postdoctoral à l'école Voiland. "Nous regardons les microbes respirer dans le sol."

Les deux échantillons de sol utilisés par les chercheurs ont été collectés auprès du R.J. Cook Agronomy Farm et semblaient presque identiques en termes de composition du sol. Ils ont tous deux été collectés sur des parcelles non labourées, étaient relativement riches en matière organique, et avaient le même pH et le même type de sol. Mais, les chercheurs disposaient de données montrant que l'un des sols avait été significativement plus productif en blé que l'autre.

Les chercheurs ont découvert que le sol le plus productif produisait un courant électrique tandis que le sol le moins productif ne produisait presque pas de courant, soit environ 1 % du sol le plus productif.

"Il y avait une différence vraiment dramatique dans la quantité de courant généré, " a déclaré Friesen.

Ils ont également trouvé une autre différence entre les deux sols dans le potentiel de circuit ouvert mesuré dans le sol. Quand ils ont ajouté du sucre pour stimuler l'activité métabolique, les chercheurs ont également observé le changement des signaux électrochimiques dans les échantillons de sol sains et malsains convergeant, ce qui suggère que l'ajout de sucre a stimulé l'activité microbienne dans les deux types de sol.

"Nous pourrions le voir dans quelques jours, les microbes dans le sol ont commencé à respirer, ", a déclaré Mohamed.

Avec seulement les deux échantillons de sol comparés initialement, les chercheurs disent que leur idée n'est encore qu'une preuve de concept. Ils ont de nombreuses questions supplémentaires, comme ce que les créatures font pour générer du courant et quels micro-organismes spécifiques pourraient être dans les échantillons pour créer un sol productif.

"Nous avons deux signaux différents, mais qu'est-ce qu'ils disent vraiment en termes de paramètres fondamentaux du sol ?" a déclaré Mohamed. "Les deux paramètres disent des choses légèrement différentes, et nous devons travailler sur leur interprétation."

Ils veulent aussi tester beaucoup plus de sols, y compris dans les champs de ferme réels plutôt que dans le cadre contrôlé d'un laboratoire. Ils espèrent éventuellement développer une sonde portable qui pourrait être insérée directement dans le sol pour fournir des informations en temps réel.

"En termes de travail vers une société juste avec une production alimentaire mondiale durable, Je pense que cela a le potentiel d'être une technologie qui change la donne, " a déclaré Friesen.