Laser avalia sementes de soja de forma rápida e com baixo custo

Um novo método vai proporcionar ao produtor rural brasileiro saber, em poucos minutos, se as sementes de soja são de alto ou de baixo vigor. Isso será possível graças à aplicação pioneira da técnica de espectroscopia de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) combinada com algoritmos de aprendizado de máquina (machine learning) na avaliação da qualidade de sementes. Pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP) e da Universidade Federal do Mato Grosso do Sul (UFMS) constataram que é possível classificar lotes de sementes de forma precisa, rápida, em larga escala e com custo inferior comparado ao de técnicas tradicionais.

O método é capaz de identificar os constituintes atômicos das sementes (suas partículas minúsculas) e os dados obtidos são utilizados para criar protocolos, afim de distinguir lotes com alta precisão em relação às técnicas-padrão, que são trabalhosas, mais demoradas e chegam a custar acima de R$ 100 por lote. Os pesquisadores calculam que, com a nova técnica, o preço poderá ser bem inferior, dependendo do custo da empresa que fará a análise.

Em geral, os altos rendimentos das lavouras dependem, entre outros fatores, da qualidade de sementes vigorosas, que estão diretamente relacionadas à produtividade. Por isso, a necessidade de aplicação de testes de vigor eficazes para distinguir o real potencial de um lote de sementes. Mas alguns métodos, como taxa de emergência, envelhecimento acelerado e o de tetrazólio, levam alguns dias para obtenção dos resultados, o que atrasa a avaliação final do lote.

O desenvolvimento de novas tecnologias representa um salto tecnológico para o competitivo mercado de sementes destinado a uma cultura estratégica do Brasil, líder mundial na produção de soja.

Com o novo método, que já tem pedido de patente encaminhado ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI), o sojicultor poderá realizar uma seleção das sementes e elevar, ano após ano, a qualidade e quantidade da safra colhida.

“A técnica parece ser uma boa ferramenta. Estou vendo um ganho de tempo muito grande, porque para um produtor saber hoje o vigor da semente leva, no mínimo, cinco ou seis dias. Tem de colher, levar para o laboratório e fazer os testes”, diz o produtor de sementes da fazenda Ouro Branco, Hauston Godoy Munhoz.

Com uma área cultivada de 800 hectares, a propriedade em Santa Cecília do Pavão, cidade do norte do Paraná, produz sementes para a Integrada Cooperativa Agroindustrial, presente em 49 municípios e com um faturamento de R$ 3,2 bilhões registrado em 2019. “Para nós, é muito bom um método que permita saber rapidamente se o campo é bom ou não, porque traria um ganho de rapidez e também econômico. Se não for bom, a gente descarta logo”, conclui o administrador de empresas.

A conclusão dos pesquisadores é que os resultados obtidos comprovam o alto potencial da LIBS como uma nova metodologia a ser utilizada em testes de vigor de sementes, e uma alternativa competitiva frente às metodologias tradicionais.

De acordo com o grupo, isso possibilita em um futuro próximo a construção de um equipamento de baixo custo dedicado a esse fim. Este é o próximo passo: encontrar empresas interessadas em desenvolver um aparelho dedicado para disponibilizar o serviço ao produtor rural.

A equipe

Liderado pelo pesquisador do Instituto de Física da Universidade Federal do Mato Grosso (UFMS) Cícero Cena (foto à esquerda), o desenvolvimento da nova metodologia contou com a expertise da pesquisadora da Embrapa Débora Milori  – e do seu orientado de doutorado Alfredo Xavier – na realização dos testes com espectroscopia de emissão óptica com plasma induzido por laser (LIBS) para avaliar as sementes de soja.

O estudo de dois anos ainda envolveu a participação dos bolsistas de mestrado e doutorado da UFMS Matheus Ribeiro e Gustavo Larios, apoiados pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes); pesquisadores da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC); da Universidade Estadual Paulista (Unesp); e do Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), da Itália

A pesquisadora da Embrapa Débora Milori (foto à direita de Flávio Ubiali) explica que os lotes de sementes de soja, de diferentes qualidades fisiológicas, foram avaliados com base no teor de nutrientes medido pela técnica LIBS, assistida por análise multivariada e algoritmos de aprendizado de máquina.

No Laboratório de Óptica e Fotônica da Embrapa Instrumentação, Alfredo Xavier, estudante de doutorado, acompanhou o preparo e as medições de 92 amostras, sendo 46 coletadas em lotes comercializados como sementes de baixo vigor e 46 como sementes de alto vigor. As sementes de soja dos dois lotes, de diferentes qualidades fisiológicas, foram moídas e passadas por uma peneira de malha.

“A técnica mostrou um potencial promissor para classificar lotes de sementes de soja de acordo com sua qualidade fisiológica”, comemora Milori, ressaltando que a LIBS permite a avaliação em tempo real em laboratório.

Até então, não havia registro na literatura de estudos sobre o desempenho da técnica desenvolvida com o objetivo de distinção entre baixo vigor e alto vigor de sementes de soja.

A pesquisa

O professor da UFMS Cícero Cena, líder do projeto, acrescenta que as sementes foram avaliadas por métodos padronizados de referência comumente utilizados pelo setor produtivo. “Inicialmente, as sementes foram caracterizadas por testes atuais de germinação e vigor, ou seja, contagens de primeira e última germinação, emergência, envelhecimento acelerado e teste de tetrazólio”, relata.

Para confirmar, o grupo de pesquisadores empregou o procedimento de validação cruzada, dividindo todos os dados em dez pastas. “Uma delas foi reservada para validação e as demais foram utilizadas para desenvolver o modelo de treinamento. Em seguida, uma nova validação foi realizada utilizando a próxima pasta, e o procedimento foi repetido até que todas as pastas fossem validadas”, afirma o pesquisador Bruno Marangoni, integrante do estudo na UFMS.

Os cientistas constataram que os testes de validação cruzada indicam que sementes de soja de alto vigor podem ser diferenciadas com sucesso de sementes de baixo vigor com 97,8% de precisão usando um algoritmo de aprendizado de máquina.

A pesquisa integrou diferentes áreas do conhecimento, como Física, Química e Agronomia e foi publicada na Food Analytical Methods, sob a chamada “Laser-Induced Breakdown Spectroscopy as a Powerful Tool for Distinguishing High-and-Low Vigor Soybean Seed Lots”.

Custo será bem menor que os atuais

Cena conta que a grande vantagem em relação aos métodos tradicionais utilizados atualmente é que a obtenção dos dados é mais prática, rápida, e apresenta um custo relativo mais acessível para análises em larga escala.

Segundo ele, com o protocolo desenvolvido, tendo o equipamento, o preço da análise seria irrisório. “Mas se for contabilizar pelo preço de equipamento novo hoje e dividir pelo número de análises seria possível fazer por amostragem a um custo bem inferior comparado aos cobrados atualmente”, calcula.

“Saber se as sementes de soja são de alto ou baixo vigor, antes mesmo de plantar, é um importante fator que influencia a produtividade da lavoura, e que levará o produtor a alcançar outro patamar na produção do grão”, salienta o pesquisador.

O professor observa que a crescente demanda por alimentos no mundo exige um aumento constante na produção de grãos e que os testes comuns realizados no setor agrícola proporcionam um bom indicativo sobre o vigor das sementes. “Contudo, essas análises acabam superestimando o potencial fisiológico das sementes, uma vez que são conduzidas em condições controladas em laboratório. O problema é que nem sempre as condições em laboratório se correlacionam com as do campo”, explica ele.

Ele conta que a nova técnica permite alta precisão na diferenciação entre sementes de baixo e alto vigor. “O processo é versátil e pode ser utilizado para qualquer tipo de semente e em larga escala, utilizando-se, para isso, qualquer tipo de equipamento de espectroscopia óptica e softwares de análise”, explica.

Técnica LIBS não gera resíduos

Com mais de 15 anos de trabalhos no uso de ótica e fotônica, a pesquisadora da Embrapa Débora Milori conta que a LIBS foi empregada por ser uma técnica que analisa a amostra com pouca ou nenhuma preparação, é um sistema de ação rápida, com baixo custo de análise e pode identificar elementos simultaneamente em uma pequena quantidade de amostra, de 0,5 grama, por exemplo.

Milori explica que o sistema LIBS dispara um laser de alta energia, gerando um plasma que emite luz oriunda dos átomos e íons presentes na amostra. “A emissão de luz de cada elemento é como uma impressão digital que possibilita identificar o átomo que está no plasma. Dessa forma, é possível quantificar carbono, nutrientes e contaminantes do solo”, esclarece a cientista.

Método beneficia cadeia produtiva

De acordo com a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa), a produção do grão na safra 2019/20 foi de 125 milhões de toneladas, em uma área ocupada de aproximadamente 37 milhões de hectares.

No mundo, segundo o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), a produção no mesmo período foi de 337 milhões de toneladas, em uma área de 123 milhões de hectares.

A produtividade da soja brasileira é de 3.379 kg por hectare, superior à média mundial, que é de 2.739 kg/ha. Com o novo método, será possível saber rapidamente qual a qualidade das sementes, fator que influencia diretamente na produtividade da lavoura.

Fonte: Embrapa Instrumentação Por Joana Silva