Spolupráce s experimentálním skleníkem v Centru pokročilých zahradnických výrobních technologií Wroclawské univerzity životního prostředí a přírodních věd vyústila ve výzkum využitelný v diagnostice rostlin. Informace a závěry z následných pokusů může být pro šlechtitele rostlin indicií, jak se ještě lépe starat například o velkoplody a rychleji reagovat na změny související se zavlažováním nebo ochranou proti škůdcům.

Janusz Mazurek z katedry zahradnictví přiznává, že studium zvuků generovaných rostlinami má pro přírodovědce velmi praktický rozměr:

- Tento typ výzkumu považujeme za inovativní a výsledky nám mohou pomoci mimo jiné ve výzkumu stresu rostlin způsobeného fyziologickými faktory, jako je nedostatek vody, nadměrná teplota, nedostatek živin, stejně jako stres způsobený chorobami a škůdci. V zahradnické produkci rozhoduje o efektivitě akcí producentů rychlá a v tomto případě i neinvazivní identifikace problému. To zapadá do široce chápaných činností souvisejících s integrovanou výrobou.

Zvuky produkované rostlinami mají frekvence, které lidské ucho neslyší. Vyzařovaný ultrazvuk lze zaznamenat pouze pomocí specializovaných mikrofonů používaných vědci a vědci pracující každý den v Laboratoři technické akustiky
na Katedře mechaniky a vibroakustiky Fakulty strojního inženýrství a robotiky AGH v Krakowě.

Poslouchání rajčat ve sklenících

- Provedli jsme první etapu výzkumu v experimentálním skleníku Centra inovativních zahradnických výrobních technologií Wroclawské univerzity a zkoumali malé sazenice rajčat, které ve vhodných podmínkách rychle rostou. Bylo pro nás důležité, aby podmínky pro pěstování rostlin byly co nejlepší a ty mohli zajistit pouze kompetentní pracovníci, kteří denně pracují v pokusných sklenících a vědí, jak takové podmínky rostlinám vytvořit. Během našich měření dosahoval růst rajčat až 30 cm za týden – vysvětluje Klára Chojnacka, doktorandka z AGH.

- Měření ve skleníku ukázala, že rostliny skutečně vydávaly impulsy u ultrazvuků a jejich frekvence se měnila v závislosti na denní době. Rostliny vytvářely více impulsů během dne - říká Bartłomiej Chojnacki z Laboratoře technické akustiky AGH. Zvuky generované rostlinami jsou tzv impulsní hluk, který, jak vysvětlil tým akustiků z AGH, lze snadno odlišit například od stálého hluku generovaného osvětlením, zařízením nebo lidmi. Výsledky získané z měření ve vratislavských sklenících proto potvrzují těch pár předchozích studií na rostlinách (výsledky výzkumu prováděného na rostlinách publikoval tým z Tel Avivské univerzity).

Měření v anechoické komoře AGH

Další etapa výzkumu probíhala ve zcela kontrolovaných podmínkách, v anechoické komoře Laboratoře technické akustiky v Krakowě. Měření byla provedena pomocí mikrofonů pro bioakustické aplikace. Díky takovému vybavení jsou vědci schopni zaznamenat zvuky nad 200 kHz. Měřicí rozsah zařízení tak umožňuje experimentovat s různými rostlinami, které vydávají zvukové impulsy na různých frekvencích. Testovaná rajčata vydávala hluk v rozsahu 20-50 kHz. – Např. obiloviny nebo vinná réva však vyžadují zcela jiné vybavení s mnohem větší citlivostí na ultrazvuk a širším frekvenčním rozsahem. Podle nám známé literatury tyto rostliny vydávají impulsy v rozsahu 80-150 kHz - vysvětluje Dr. Eng. B. Chojnacki z AGH.

- Stabilních akustických podmínek jsme schopni dosáhnout pouze v naší laboratoři, v bezodrazové komoře. Zde máme jistotu, že nic nebude překážet naší registraci. Během výzkumné fáze prováděné v AGH jsme rostlinám zajistili vhodné podmínky z hlediska světla, hnojení a zavlažování. Tato etapa byla konzultována se zahradníky z Vratislavi, kteří rostlinám určili podmínky, říká K. Chojnacka.

Druhá fáze měření, prováděná v bezodrazové komoře AGH, trvala několik týdnů. Vědci umístili rostlinu do kontrolovaného akustického prostředí s akustickou hladinou pozadí pod 0 dB (decibely) a bez dalších odrazů zvuku, a poté kolem závodu umístil 8 specializovaných mikrofonů.

- Tímto způsobem bychom kromě záznamu signálu mohli kontrolovat i směrovost zvuku, tedy směr, kterým zvuk vychází. Jde o novinku v současném výzkumu zvuků vydávaných rostlinami. Na základě takového výzkumu bude možné určit, který prvek rostliny vydává zvuk, a následně provést podrobnou analýzu jeho původu - vysvětluje akustik Dr. Eng. B Chojnacki z AGH.
Bylo testováno několik sazenic, nejprve se zachovalo vhodné hnojení a zalévání pro získání kontrolních údajů, potom sušení rostliny, dokud není úplně suché mj. Předběžná analýza dat získaných z měření v Technické akustické laboratoři ukazuje, že stejně jako ve sklenících i rajčata vydávala zvukové pulzy na úrovni 30-50 kHz. Impulzy zesílily, když byla rostlina suchá.
Data získaná z výzkumu pak vědci ověří.

V další fázi experimentu budou také analyzovány změny, ke kterým dochází v signálech emitovaných rostlinou za podmínek sušení.

Cílem výzkumu je diagnostika rostlin v reálném čase

Data z akustického naslouchání mohou pěstitelům v reálném čase poradit, kdy plodina vyžaduje další zásah člověka. Díky tomuto typu diagnostiky budou moci šlechtitelé rostlin ještě více pečovat o své plodiny nebo reagovat s předstihem.
- Akustický výzkum by se tedy dal využít v další, velmi nesamozřejmé oblasti, a to v řízeném šlechtění rostlin, které je, jak víme, ve světě stále populárnější. Kromě souvisejících údajů s okolní vlhkostí nebo teplotou by se pěstitelé mohli na základě signálu přímo z rostliny rozhodnout o posílení hnojení, intenzivnější zálivce nebo ochraně proti škůdcům, aniž by byli fyzicky přítomni na místě – vysvětlují vědci z AGH.

Provedený výzkum tedy zapadá do předpokladů průmyslu 4.0, který předpokládá podporu lidského rozhodování. Údaje poskytnuté akustiky mohou v blízké budoucnosti podpořit ovocnáře a zlepšit kvalitu pěstovaných rostlin.

zdroj: AGH