Revista de Ciências Agrárias

Utilização de abordagens machine learning para analisar as diferentes inter-relações do carbono orgânico do solo: Avaliação do caso específico de Portugal

Abstract Given the importance of soil organic carbon (SOC) for sustainability, policymakers and researchers are particularly concerned with identifying the conditions that promote carbon storage in the soil. These assessments provide relevant support for the design of policy instruments aimed at increasing soil quality and its carbon sequestration capacity. The new technologies associated with the digital transition can bring relevant added value, namely through artificial intelligence methodologies, where machine learning approaches are important. In this context, this research aims to analyse the several interrelationships of SOC in the specific Portuguese context, with a focus on highlighting its main predictors and providing proposals for stakeholders (including policymakers). To achieve these objectives, statistics from the INFOSOLO database were considered and evaluated using machine learning algorithms to select the most important SOC predictors and identify accurate models. These interrelationships were quantified with cross-sectional regressions and optimisation models. The results obtained provide relevant information for the design of adjusted policy measures that promote sustainable practices and increase soil quality. Generally, Portuguese soils have low organic carbon content due to soil features, climate circumstances and land management. Adjusted management of agroforestry activities is possibly the easiest part to deal with in this context.

Genossensores Eletroquímicos de Identificação de Espécies Vegetais: Foco no Castanheiro e Urze

Resumo Neste trabalho, foram desenvolvidos dois genossensores eletroquímicos descartáveis para a identificação de plantas baseado na reação de hibridização entre duas cadeias de ADN complementares de duas espécies de plantas: Erica arborea (urze) e Castanea sativa (castanheiro). Analisando bases de dados públicas, foram selecionados dois pares de sequências especificamente cortadas e desenhadas para identificar o ADN da urze e do castanheiro. A construção do genossensor foi efetuada em três etapas: (i) Fase sensorial - criação de uma bicamada automontada constituída pelo ADN tiolado e o mercaptohexanol (MCH) na superfície do elétrodo descartável; (ii) Promoção da reação de hibridação do ADN em formato “sandwich” para aumentar a seletividade e; (iii) Deteção eletroquímica da reação de hibridação através da avaliação da reação de redução do substrato tetrametilbenzidina/peróxido (TMB/H2O2). Por cronoamperometria obteve-se uma correlação linear entre a intensidade de corrente e a concentração de ADN alvo no intervalo de 0,03 a 2,00 nmol/L para E. arborea e 0,03 a 1,00 nmol/L para C. sativa. Os genossensores conseguiram detetar a reação de hibridização entre as cadeias de ADN sintéticas e ADN extraído das plantas. Assim, estes dispositivos são ferramentas simples e promissoras para detetar plantas e poderão ser usados na autenticação de produtos alimentares contendo urze e castanheiro.

Abstract In this study, two disposables electrochemical genosensors based on the hybridization reaction between two complementary DNA probes were developed to determine the botanical origin of two plant species: Erica arborea (Heather) and Castanea sativa (Chestnut). Analyzing public databases, two sequences were specifically cut and designed to identify the heather e chestnut DNA in real samples. The genosensors' construction were carried out in three stages (i) Sensory phase: creation of a mixed self-assembled monolayer (SAM) consisting of the thiolated DNA and mercaptohexanol (MCH) on the surface of the disposable electrode; (ii) Promotion of the DNA hybridization reaction in a “sandwich” format to increase selectivity and; (iii) Electrochemical detection of the hybridization reaction through the evaluation of the reduction reaction of the tetramethylbenzidine/peroxide (TMB/H2O2) substrate. Using chronoamperometry, a linear correlation was obtained between the electrochemical current and the concentration of DNA-target probe in a 0.03 to 2.00 nmol/L range for E. arborea and 0.03 to 1.00 nmol/L for C. sativa. These genosensors detected the hybridization reaction between the synthetic and real DNA probes of both plants. Therefore, electrochemical genosensors emerge as a simple and promising analytical technique that can be used to authenticate food products that contain heather and chestnut DNA.

Calibração de um medidor de prato ascendente na estimativa da produtividade de pastagens biodiversas de sequeiro

RESUMO Este estudo avalia um sensor eletrónico, o medidor de prato ascendente, para estimar a produtividade da pastagem em termos de matéria seca (MS, em kg ha−1). O processo decorreu durante o ciclo vegetativo da pastagem de 2023/2024. Foram recolhidas 192 amostras compósitas de pastagem em duas fases, calibração e validação. A fase de calibração (n = 144) decorreu em três datas (dezembro 2023, fevereiro e maio de 2024). Em cada uma destas datas foram efetuadas medições em 48 áreas de amostragem georreferenciadas num campo experimental de 4 ha, numa pastagem representativa das pastagens permanentes de sequeiro da região Alentejo, constituída por uma mistura de várias espécies botânicas, pastoreada por ovinos. A fase de validação (n = 48) decorreu entre dezembro de 2023 e abril de 2024 no mesmo campo experimental. O melhor modelo de calibração para estimativa da MS foi obtido nas recolhas realizadas em fevereiro de 2024 (R2= 0,82). Os resultados deste estudo exploratório em Portugal abrem perspetivas para outros trabalhos que permitam testar, calibrar e validar este sensor eletrónico numa gama mais ampla de condições de produção de pastagens, procurando aumentar a precisão da estimativa e, com esta, disponibilizar uma ferramenta expedita de apoio à tomada de decisão, nomeadamente, no que se refere à gestão da pastagem e do pastoreio.

ABSTRACT This study evaluates a expedient electronic sensor, a rising plate meter (RPM), to estimate pasture dry matter (DM, in kg ha−1). The sampling process was carried out throughout the 2023/2024 pasture growing season. A total of 192 composite pasture samples were collected in two phases (calibration and validation). The calibration phase (n = 144) consisted of measurements on three dates (December 2023, February and May 2024). On each of these dates, measurements were carried out in 48 georeferenced sampling areas of a 4 ha experimental field. This pasture is representative of biodiverse permanent dryland pastures of Alentejo, a mixture of various botanical species, grazed by sheep. The validation phase (n = 48) was carried out between December 2023 and April 2024 in the same experimental field. The best estimation model for DM was obtained based on measurements carried out in February 2024 (R2 = 0.82). The results of this exploratory study in Portugal open perspectives for other works that would allow the testing, calibration, and validation of these electronic sensors in a wider range of pasture production conditions, in order to improve their accuracy as decision-making support tools in pasture and grazing management.

Nemátodes entomopatogénicos: agentes de proteção biológica

Sumário Nesta revisão evidencia-se o elevado potencial de utilização de nemátodes entomopatogénicos (NEP) como agentes de proteção biológica na redução das populações de insetos fitófagos que causam estragos e/ou insetos vetores de doenças, em produção sustentável de alimentos, como alternativa ou complemento aos produtos fitofarmacêuticos. Descobertos em 1923, a sua comercialização como biopesticidas iniciou-se em 1976 e, desde essa altura, tem-se assistido ao aumento exponencial da investigação nesta área. Apresenta-se informação sobre os NEP quanto à sua biologia, ecologia, modo de ação, aplicação, vantagens e limitações à utilização, bem como exemplos. Dadas as suas caraterísticas, que incluem uma grande variedade de hospedeiros associados, o uso de NEP representa uma opção sustentável e de longo prazo na redução das populações de insetos fitófagos, e a sua aplicação adequa-se a programas de produção integrada e de agricultura biológica.

Abstract This review highlights the high potential for using entomopathogenic nematodes (EPN) as biological control agents in reducing populations of phytophagous insects that cause damage and/or act as insect vectors for diseases, in sustainable food production, serving as an alternative or complement to pesticide use. Discovered in 1923, their commercialization as biopesticides began in 1976 and, since then, there has been an exponential increase in research in this field. Information is presented on EPN regarding their biology, ecology, mode of action, application, advantages and limitations, along with examples. Given their characteristics, which include a wide variety of associated hosts, the use of EPN represents a sustainable long-term option for reducing populations of phytophagous insects. Their application is suitable for integrated production and organic farming programs.