11 Maggio 2023

La spettroscopia offre nuove opportunità per l’analisi del suolo

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Una ricerca dell’Università di Katowice apre nuove prospettive nel campo dell’analisi del suolo. Attraverso la spettroscopia gli studiosi hanno potuto determinare la presenza e la concentrazione degli elementi chiave nel terreno

di Matteo Cavallito

 

L’analisi del suolo, strategia di fondamentale importanza per una corretta pianificazione delle strategie agricole, non deve passare necessariamente dalle lunghe indagini di laboratorio. Per ottenere una profilazione affidabile del terreno, infatti, è possibile ricorrere a una tecnica più rapida ma non meno efficace: la spettroscopia di riflettanza del vicino infrarosso. A suggerirlo è una ricerca dell’Università della Slesia di Katowice, in Polonia, pubblicata sulla rivista Talanta.

La spettroscopia è una tecnica che consente di delineare la composizione chimica di una sostanza a partire dall’analisi della variazione dello spettro di luce che la attraversa. L’indagine ha portato all’applicazione di questo metodo su campioni di un tipo terreno classificato come Haplic Luvisol. Quest’ultimo è descritto dall’Atlante europeo del suolo come “un terreno ben sviluppato la cui principale caratteristica pedologica è la formazione dell’orizzonte sub-superficiale attraverso la rimozione e il movimento (eluviazione e traslocazione) dell’argilla silicatica dallo strato superiore del suolo”.

Lo studio

Grazie anche all’impiego di modelli statistici di regressione parziale, i ricercatori hanno potuto prevedere le concentrazioni di cadmio, rame, piombo, nichel, cromo, zinco, manganese e ferro nei campioni di suolo. “Sono stati analizzati 234 campioni, i cui spettri di riflettanza sono stati registrati nell’intervallo spettrale 1100-2500 nanometri”, si legge nello studio.

E ancora: “La pre-elaborazione spettrale ottimale è stata selezionata tra 56 diversi scenari considerando l’errore quadratico medio di previsione (RMSEP). Mentre il metodo di regressione M parziale e robusta (PRM) è stato utilizzato per gestire i campioni in eccesso”.

Il PRM è un metodo statistico che si affianca ad altri come la regressione dei minimi quadrati parziali (PLSR) e che – rileva la rivista statunitense Spectroscopy – è particolarmente utile nella ponderazione dei cosiddetti campioni fuori norma che possono influire negativamente sulle prestazioni di altri modelli.

La spettroscopia può essere utilizzata efficacemente per analizzare il suolo. Fonte: S. Krzebietke et al., "Monitoring the concentrations of Cd, Cu, Pb, Ni, Cr, Zn, Mn and Fe in cultivated Haplic Luvisol soils using near-infrared reflectance spectroscopy and chemometrics", Talanta Volume 251, 1 January 2023, 123749 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914022005458?via%3Dihub Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)

La spettroscopia può essere utilizzata efficacemente per analizzare il suolo. Fonte: S. Krzebietke et al., “Monitoring the concentrations of Cd, Cu, Pb, Ni, Cr, Zn, Mn and Fe in cultivated Haplic Luvisol soils using near-infrared reflectance spectroscopy and chemometrics”, Talanta Volume 251, 1 January 2023, 123749 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)

I risultati

Lo studio ha permesso di rilevare in modo affidabile la presenza degli elementi. “I risultati di questo studio hanno indicato che gli spettri dei campioni di terreno di tipo Haplic Luvisol raccolti contengono molte informazioni rilevanti che possono essere utilizzate per il monitoraggio degli elementi a basse concentrazioni”.

In particolare, proseguono gli autori, “i modelli più promettenti sono stati ottenuti per stimare la quantità di rame (utilizzando il PRM) e di piombo (utilizzando il classico metodo Partial Least Squares o PLS), espressi come percentuale dell’intervallo di risposta, pari al 9,63% e all’11,5%, rispettivamente”. Inoltre, “modelli PLS utili sono stati costruiti anche per zinco, magnesio e ferro”.

L’applicazione di modelli statistici in combinazione con la spettroscopia permette di valutare la concentrazione dei diversi elementi nel suolo. Fonte: S. Krzebietke et al., "Monitoring the concentrations of Cd, Cu, Pb, Ni, Cr, Zn, Mn and Fe in cultivated Haplic Luvisol soils using near-infrared reflectance spectroscopy and chemometrics", Talanta Volume 251, 1 January 2023, 123749 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914022005458?via%3Dihub Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)

L’applicazione di modelli statistici in combinazione con la spettroscopia permette di valutare la concentrazione dei diversi elementi nel suolo. Fonte: S. Krzebietke et al., “Monitoring the concentrations of Cd, Cu, Pb, Ni, Cr, Zn, Mn and Fe in cultivated Haplic Luvisol soils using near-infrared reflectance spectroscopy and chemometrics”, Talanta Volume 251, 1 January 2023, 123749 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)

Nuove frontiere per l’analisi del suolo

La ricerca apre così nuove prospettive nel promettente campo dell’analisi del suolo e, in particolare, della misurazione delle concentrazioni dei suoi elementi chiave. Le tecniche di rilevazione basate sui dati – alla base della cosiddetta agricoltura di precisione – consentono infatti di monitorare la composizione del suolo in tempo reale, nota ancora la rivista statunitense. Utilizzando soprattutto tecnologie di monitoraggio a distanza con l’impiego di droni, aerei, palloni sonda o satelliti.

Significativo – rilevano infine gli scienziati – il fatto che i metodi di analisi utilizzati nello studio si siano dimostrati efficaci su un tipo di terreno diffuso in diverse aree del Pianeta. “Considerando la significativa presenza di suoli Haplic Luvisol in tutto il mondo (circa il 5% dell’area totale) e in Polonia (fino al 44%) e il loro potenziale coltivabile – osserva lo studio – i risultati si rivelano utili nel contesto internazionale”.