Staat op de omslag van de Soil Science Society of America Journal , Onderzoekers van de Universiteit van Maryland (UMD) en de Spaanse Nationale Onderzoeksraad werkten samen om een ​​nieuwe camera te maken waarmee in realtime de activiteit van wetlands in de bodem kan worden weergegeven. Deze camera geeft de klassieke IRIS-technologie (indicator van bodemreductie) een flinke upgrade. IRIS wordt universeel gebruikt door onderzoekers en bodembeoordelaars om te bepalen of bodems zich gedragen als waterrijke bodems en daarom als zodanig moeten worden geclassificeerd.

Echter, voor deze nieuwe camera, bodembeoordelaars konden de snelheid van ijzerreductie in verzadigde wetlandbodems niet kwantificeren, en onderzoekers hadden geen manier om het proces in realtime te visualiseren. Deze technologie opent nieuwe onderzoeksmogelijkheden in de bodemkunde, en geeft een boeiende blik op hoe biochemisch actieve wetlandbodems werkelijk zijn.

"De belangstelling voor deze krant was echt geweldig, hoewel het in eerste instantie niet de reden was waarom ik de camera heb gemaakt, " zegt Brian Scott, promovendus in Environmental Science and Technology aan de UMD. "De krant laat zien dat deze camera echt werkt, maar wat mensen interesseerde, waren de realtime beeldvorming en de snelheid van ijzerreductie in wetlandbodems. Maar om eerlijk te zijn, de echte reden dat ik het deed was niet om de praktische reden om tarieven te berekenen. Het ging meer om het zoeken naar manieren om te visualiseren wat er in de omgeving gebeurt. Ik bestudeer bodems, en alles is ondergronds. Dus ontwikkelde ik deze methode om te kijken naar wat er werkelijk onder de oppervlakte gebeurt, dat is echt spannend voor mij."

"Er zijn drie belangrijke parameters nodig om een ​​gebied als wetland te classificeren:hydrologie of water, de plantengemeenschap, en bodemeigenschappen, " voegt Martin Rabenhorst toe, gewaardeerde bodemwetenschapper, hoogleraar Milieuwetenschappen en Technologie aan de UMD, en co-auteur van dit artikel. "Deze zijn allemaal van cruciaal belang omdat wetlands sterk gereguleerde en beschermde ecosystemen zijn. De bodem is misschien wel het meest gecompliceerde stukje van de puzzel, omdat je moet bevestigen dat bepaalde biogeochemische processen daadwerkelijk onder de grond plaatsvinden, waar ze niet gemakkelijk te zien zijn."

Rabenhorst is zelf de uitvinder van een groenere methode van IRIS, een technologie die wordt gebruikt om de hoeveelheid ijzerreductie in de bodem te meten. De technologie maakt gebruik van ijzeroxide coatings op plastic buizen of films die in de grond worden geduwd en 30 dagen worden bewaard, zodat de grond kan reageren met de verf. Als deze reacties optreden, de verf wordt gedeeltelijk uit de buis opgelost. Als 30 procent of meer van de verf is verwijderd, de bodem gedraagt ​​zich als een typische waterrijke bodem.

"Dit komt echt door de biochemie van micro-organismen in de bodem, " legt Scott uit. "De organismen die ik bestudeer, ademen ijzer op dezelfde manier als we zuurstof inademen. Deze micro-organismen zijn anaëroob omdat ze gedijen in omgevingen zonder zuurstof en het ijzer nodig hebben om te ademen. Zuurstof is giftig voor hen, ze leven dus in wetlands waar de bodem vaak verzadigd is met water en minder zuurstofrijk. Deze organismen komen zo veel voor in waterrijke bodems dat ze de basis vormen voor onze tests om te zien of een bodem waterhoudend is. IRIS-testen zijn daarom een ​​centraal punt geworden voor biogeochemici die wetlands bestuderen."

Hoewel deze technologie het potentieel heeft om wetenschappers langs allerlei nieuwe onderzoekspaden te leiden, het is onduidelijk of dit kan leiden tot verbeteringen op de weg voor de typische bodembeoordelaar die de klassieke IRIS-technologie gebruikt.

Maar zoals Scott het beschrijft, de echte bevindingen van het papier komen in de methoden die zijn gebruikt om deze camera te maken, waarvan hij zegt dat het nu door iedereen kan worden gereproduceerd voor ongeveer $ 100. Hij heeft een borescope-camera omgebouwd die door loodgieters en andere professionals uit de industrie wordt gebruikt om beeld te krijgen van valpijpen, en in combinatie met een draadloos systeem dat informatie in realtime verzendt met slechts een klein zonnepaneel om 24-7 te zien wat er gebeurt. "Sommige van de dingen die het belangrijkst zijn voor dit artikel waren niet echt de bevindingen; het was het ontwikkelingsproces dat nieuwe toepassingen en onderzoeksmogelijkheden opent, wat echt opwindend is, " zegt Schot.

Het idee kwam bij Scott toen hij vrijwilligerswerk deed in het laboratorium van Osvaldo Sala aan de Arizona State University met behulp van een machine, een mini-rhizotron genaamd, die wordt gebruikt om boomwortels te tellen met een camera door een holle buis in de grond. Scott dacht, "Als we foto's van wortels kunnen maken, we zouden in staat moeten zijn om andere dingen onder de grond te fotograferen." Dus uiteindelijk, toen Scott naar Maryland kwam om zijn Ph.D. en begon te werken met Rabenhorst, alles viel op zijn plek. Het proces, echter, was niet zonder uitdagingen.

"Als iemand dit hele lange proces heeft doorlopen om iets te laten werken, dan kunnen we het gemakkelijk opnieuw en opnieuw doen, maar het duurt lang voordat je het doorhebt, ", zegt Scott. "Het heeft lang geduurd om erachter te komen hoe deze camera werkte, en ik kwam wegversperringen tegen waar ik bijna stopte als het niet om de input en ideeën van andere mensen was."

Scott roept onderweg vooral een paar mensen op die hebben geholpen dit proces in beweging te houden. Een student-assistent, Kristin Webb, hielp bij het schetsen van de eerste ontwerpen voor de camera. Nog een undergraduate in Environmental Science and Technology en recent afgestudeerd, Willem Jacob Mast, hielp bij het ontwerpen en afdrukken van de camerabehuizing met behulp van een 3D-printer. En Spaanse medewerkers van de Spaanse Nationale Onderzoeksraad hadden tegelijkertijd een soortgelijk idee en hielpen bij het vinden van manieren om de videobeelden om te zetten in platte beelden die konden worden geanalyseerd.

Scott benadrukt het belang van collaboratieve wetenschap tijdens dit proces, en wil deze technologie beschikbaar maken voor anderen, zodat het de wetenschap en uiteindelijk de gezondheid van het milieu kan bevorderen. "Ik ben niet geïnteresseerd in het patenteren van deze specifieke technologie omdat ik wil dat de wetenschap iedereen ten goede komt, " legt Scott uit. "Het gaat hier niet om geld, het gaat om de impact op het milieu. Ik heb mijn eigen geld uitgegeven om ervoor te zorgen dat dit kon worden gebouwd, samen met de steun van de afdeling, en ik denk dat als het werkt, en als het een andere wetenschapper helpt een nog grotere ontdekking te doen, dan is dat het waard. Het gaat erom de wereld waarin we leven te helpen."

Scott is verheugd dat hij kan bijdragen aan de bodemwetenschap en zich kan concentreren op het herstel van kritieke ecosystemen zoals wetlands. "Ik was jarenlang milieu-ingenieur, dus ik heb er belang bij om voor het milieu te zorgen, en veel van wat milieu-ingenieurs doen is rommel opruimen, ", zegt Scott. "Alles wat ik nu doe, heeft te maken met herstel en herstel van ecosystemen. Ik ruimde altijd rommel op, maar het is een ander dier om ecosystemen daadwerkelijk in hun oude glorie terug te brengen en hun ecologische werking te herstellen."

Dit papier, getiteld "Macro- en microscopische visuele beeldvormingshulpmiddelen om metaalreducerende bacteriën in bodems te onderzoeken, " is gepubliceerd in de Soil Science Society of America Journal .