Suche nach einer LIBS-Methode für eine verbesserte Pflanzenernährung im Weinanbau

Eine schnelle Beurteilung der Pflanzennährstoffe im Weinberg würde die Düngeentscheidungen für die Tafeltraubenindustrie auf der ganzen Welt verbessern.

Einführung

Die tragbaren LIBS-Instrumente von SciAps werden in Deutschland zur Untersuchung kritischer Elementaranalysen vor Ort in landwirtschaftlichen Böden ohne Probenvorbereitung eingesetzt, selbst für anspruchsvolle Schlüsselindikatoren wie Kohlenstoff und Phosphor. Jetzt experimentieren Forscher in Italien, um herauszufinden, ob diese Analysegeräte Blatttests unterstützen können, um ein effizienteres und nachhaltigeres Ernährungsmanagement für die beliebte Tafeltraubenindustrie voranzutreiben. „Es besteht ein erhebliches Interesse mehrerer führender Unternehmen an der Tafeltraubenindustrie auf der ganzen Welt bei der Nährstoffbewertung von Pflanzen mit schnellen In-situ-Methoden“, sagt Dr. Giorgio S. Senesi, Forscher am Institut für Plasmawissenschaft und -technologie, Bari Sitz, innerhalb der Nationaler Forschungsrat von Italien. SciAps hat Senesi eine geliehen Z-300 LIBS für die Bemühungen im Rahmen seines Academic Loaner-Programms. SciAps ist das einzige Handanalysegerät mit ausreichend Laserleistung, um die erforderliche Analyse durchzuführen. „Die spezifische Instrumentierung von SciAps funktioniert gut“, sagt Senesi. „Ich habe andere Instrumente und auch Tisch-LIBS-Setups getestet. Tatsächlich ist es schwierig, für einige Elemente ein schönes emissionsspektroskopisches Signal zu erhalten, insbesondere im UV-Bereich des Spektrums. Aber die SciAps LIBS können es. Ich gehe davon aus, dass wir verlässliche quantitative Ergebnisse erhalten werden, die für das Ziel der Studie und möglicherweise in naher Zukunft auch für die Branche hilfreich sein werden.“ Die geschätzte weltweite Gesamtproduktion von Trauben beläuft sich auf 79 Millionen Tonnen 6.5 Prozent zwischen 2017 und 2018, und 36 Prozent dieser Produktion entfallen auf Tafeltrauben, wie aus den neuesten verfügbaren Zahlen hervorgeht Ernährungs-und Landwirtschaftsorganisation Unternehmensstatistische Datenbank. Eine LIBS-Nährstoffmanagementanwendung könnte den ganzen Globus umspannen – China ist der größte Weinexporteur, gefolgt von Italien, Chile, Peru und den Vereinigten Staaten.

Methodik

In der Vergangenheit analysierten Massenspektroskopietechniken mithilfe der Blattdiagnosemethode die chemische Zusammensetzung eines Blattes nach dem Aufschluss der Probe im Hinblick auf die zum Zeitpunkt der Probenahme vorherrschenden nahrhaften Mineralstoffe, insbesondere auf Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium und Schwefel. Diese Methode ist jedoch destruktiv und die Probe wird zur Analyse an ein Drittlabor geschickt, was für die Ergebnisse und Interpretation einige Zeit in Anspruch nehmen kann. Diese Verzögerungen stehen im Gegensatz zu der Notwendigkeit, die Nährstoffe während der Düngung sofort zu optimieren.

Ziel dieser Studie war die parallele Analyse mit zwei handgehaltenen Feldgeräten. „An diesem Punkt interessiert uns die Kalibrierung von hLIBS und pRFA-Analyse frischer Tafeltraubenblätter unter Bezugnahme auf konventionelle Analyse – Probenaufschluss mit ICP-Analyse – um zu versuchen, eine zuverlässige Methode und ein Protokoll zu erstellen“, sagt Senesi. Das ICP ist die Referenzstandardtechnik, mit der Kalibrierungskurven erstellt werden, um eine quantitative Analyse mit LIBS-Daten zu erhalten. „Da LIBS in der Lage ist, einen multispektralen Bereich zu erfassen, können wir die Beziehungen zwischen Elementen beobachten.“ Die Wechselwirkungen und das Gleichgewicht zwischen den verschiedenen Nährstoffen können für das Pflanzenwachstum und die Ernährungsgesundheit viel wichtiger sein als die Konzentration jedes einzelnen Nährstoffs. Dies könnte auch der Schlüssel zum weiteren Verständnis der Komplexität der Pflanzenernährung sein, die eine breite Palette von Makronährstoffen wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium, Kalzium und Mikronährstoffen wie Mangan, Schwefel, Bor, Eisen, Kupfer usw. umfasst Zink. Das sind alles Elemente, die von LIBS erkannt werden können“, sagt Senesi.

Vorläufige Daten

Senesi hat kürzlich eine vorläufige Analyse von zehn verschiedenen Sorten frischer Weinblätter abgeschlossen. „Die Arbeit mit frischen Proben ist aufgrund der Auswirkungen des Feuchtigkeitsgehalts auf die Eigenschaften des laserinduzierten Plasmas und auf die Stabilität der spektralen Signalintensitäten eine große Herausforderung. Bisher wurden in den meisten Forschungsarbeiten pelletierte Blattproben verwendet, bei denen es sich um getrocknete Blattproben handelt, die zur besseren Homogenität gemahlen und gepresst werden. In den zuvor von anderen Forschungsgruppen durchgeführten Studien war die Standardabweichung bei pelletierten getrockneten Blättern viel geringer als bei frischen Blättern. Ziel dieser Studie war es jedoch, eine Methode und ein Protokoll zu finden, die den Einsatz von Handheld-LIBS in situ mit hoher Analysegeschwindigkeit für eine vorläufige Diagnose ermöglichen.“

Erweitern Sie Anwendungen mit Handheld-LIBS

Dr. Senesi, ein ausgebildeter Geologe, verwendet die LIBS-Technologie seit 2007 in seinen Studien zu Niedertemperaturplasmen und in den letzten Jahren die tragbare LIBS-Technologie (entwickelt von). SciAps im Jahr 2015) auf diesem Gebiet für seine Arbeit am Institut für Plasmawissenschaft und -technologie. Begrenzte Größe und geringes Gewicht sind entscheidende Merkmale für Anwendungen, die eine hohe Portabilität und schnelle Analyse außerhalb des Labors erfordern. Eine Herausforderung für solche Instrumente ist daher das hohe erforderliche Maß an technologischer Leistung. „Als ich LIBS kennenlernte, wurde mir klar, dass ich versuchen sollte, die Technik einzuführen in anderen wissenschaftlichen Bereichen wie Geologie und Umwelt“, sagt Senesi. „Es ist wichtig zu beachten, dass die LIBS-Technik keinen chemischen Abfall erzeugt. Viele standardisierte Techniken nutzen die Verdünnung mit chemischen Reagenzien, um Antworten zu erhalten.“ Die meisten Experimente werden in Zusammenarbeit mit durchgeführt Mikro-Röntgenlabore, insbesondere mit Prof. Roberto Terzano und Dr. Matteo Spagnuolo vom Institut für Boden-, Pflanzen- und Lebensmittelwissenschaften der Universität Bari, Italien, und Koordinator des Technischen Wissenschaftlichen Ausschusses der Italienischen Kommission für Tafeltrauben. „Ich nenne mich gerne Als freiberuflicher Forscher bin ich immer auf der Suche nach jeglicher Art von Zusammenarbeit, insbesondere zu Umweltthemen“, sagt Senesi, der mit Dr. Russell Harmon zusammengearbeitet hat Dr. Richard Hark, andere Academic Loaner-Teilnehmer, in der Vergangenheit. „Jetzt müssen wir mehr denn je respektvoll mit der Umwelt und den Veränderungen auf unserem Planeten umgehen.“[/text_output][line id="" class="" style=""][text_output]Wie können wir Sie unterstützen? Kreativität mit unserem akademischen Darlehensprogramm? Wir verleihen akademischen Forschern häufig tragbare Analysegeräte für einige Wochen oder einen Monat, damit diese eine Studie oder Feldanalyse durchführen können. Kontaktieren Sie uns unter academic@sciaps.com mit einer kurzen Beschreibung dessen, was Sie messen möchten. SciAps-Handmessgeräte eignen sich hervorragend für kurzfristige Laborarbeiten mit Studenten oder für die Forschung vor Ort, und diese Projekte eignen sich auch hervorragend für SciAps – unsere Partner entwickeln ständig neue Anwendungen dafür die Instrumente und geben uns unschätzbares Feedback. LIBS ist oft eine bevorzugte Technik, insbesondere für Studenten, da sich Bediener nicht mit den regulatorischen Komplexitäten von Röntgenfluoreszenzanalysatoren auseinandersetzen müssen. Und unsere begleitende Profile Builder-Software für PC und Tablet bietet Bedienern völlige Freiheit, leistungsstarke Tischfunktionen für Feld- und Laborarbeiten hinzuzufügen.

Dr. Giorgio S. Senesi, Institut für Plasmawissenschaft und -technologie am Nationalen Forschungsrat Italiens

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