Hoe een nieuwe tool voor stikstoftoevoer in aardappelen werkt

Bron: Teeltproducten

Tijdens bepaalde delen van het groeiseizoen moeten aardappeltelers regelmatig de stikstofstatus van hun gewas controleren om zo efficiënt en duurzaam mogelijk te bemesten.

Het is gebruikelijk om bladstelen van talloze planten in elk veld te verzamelen en ze vervolgens op te sturen voor een nitraatanalyse. Binnen enkele dagen krijgen telers resultaten die aangeven of er meer stikstofbemesting nodig is. Het systeem werkt, maar het kan beter, zegt Ja Wang, universitair docent en extensie specialist duurzame groenteproductie in de Universiteit van Wisconsin-Madison's Afdeling Tuinbouw.

"Het verzamelen van de bladstelen is tijdrovend en arbeidsintensief", zegt Wang. "En soms kunnen de resultaten misleidend zijn omdat veel factoren van invloed kunnen zijn op de nitraatgetallen van de bladsteel, zoals weersomstandigheden of het tijdstip van de dag waarop monsters worden genomen. Bovendien vangen de resultaten geen ruimtelijke variatie [van stikstofbehoeften] binnen het veld op."

Nieuw hulpmiddel om te redden

Om deze problemen aan te pakken, leidt Wang een poging om een ​​reeks hightech tools te ontwikkelen die aardappeltelers een mogelijk eenvoudigere, snellere en uitgebreidere manier bieden om de werkelijke stikstofbehoeften van hun gewassen te beoordelen. Het project, gefinancierd door USDA Nationaal Instituut voor Voedsel en Landbouw, omvat het verzamelen en verwerken van gegevens van een hyperspectrale camera. Het is gemonteerd op een UAV (onbemand luchtvaartuig) of laagvliegend vliegtuig dat over aardappelonderzoekspercelen vliegt die op verschillende stikstofniveaus zijn geteeld.

Het team van Wang ontwikkelt computerondersteunde modellen om de beelden te koppelen aan de stikstofstatus van planten in het seizoen en de opbrengst, kwaliteit en economisch rendement aan het einde van het seizoen. Uiteindelijk geeft het project telers een hulpmiddel om stikstof beter te beheersen. "Mijn medewerkers en ik hopen een online programma te ontwikkelen dat de hyperspectrale beelden vertaalt naar informatie over wanneer en hoeveel kunstmest moet worden aangebracht, zodat maximale winstgevendheid kan worden bereikt voor de telers met minimale gevolgen voor het milieu", zegt Wang.

Hoe het werkt

Hyperspectrale camera's zijn krachtig en detecteren honderden of duizenden spectrale banden van zonlicht die door het bladerdak worden gereflecteerd, zegt Trevor Crosby, een afgestudeerde student in het laboratorium van Wang. "Factoren die variatie in de gezondheid van het bladerdak veroorzaken - zoals de status van voedingsstoffen, waterstatus of ziektedruk - houden allemaal verband met de spectrale reflectie en kunnen daarom worden gevisualiseerd in de hyperspectrale beelden", zegt hij.

Eén vlucht over een onderzoeksveld van 70 bij 150 meter kan tientallen beelden verzamelen, elk met honderden spectrale banden. Om de beeldverwerking te versnellen, rekruteerde Wang twee belangrijke medewerkers. Phil Townsend, Professor, Department of Forest and Wildlife Ecology, is een nationale leider op het gebied van teledetectietechnologieën. Paul Mitchell, Professor en Uitbreidingsspecialist, Afdeling Landbouw en Toegepaste Economische Wetenschappen, voert economische analyses uit die de aanbevelingen voor stikstoftoepassing van het computermodel informeren.

“Dr. De groep van Townsend heeft een programma gemaakt dat beeldverwerking echt efficiënt maakt', zegt Wang. "We zijn erg enthousiast om daarop in te pluggen."

Crosby, die het voortouw nam bij het verzamelen van grondmetingen, verzamelde gegevens van veldonderzoekspercelen in verschillende groeistadia van aardappelen. Dat omvatte de bladoppervlakte-index, de totale stikstofconcentratie van bladeren en wijnstokken, de knolzetting en het individuele knolgewicht, en omgevingsfactoren zoals bodemvocht en -temperatuur, zonnestraling en windsnelheid. Bij de oogst mat hij de totale knolopbrengst en het maatprofiel.

Crosby ontwikkelde vervolgens geavanceerde modellen die hyperspectrale beelden koppelen aan grondmetingen. Het doel is om de stikstofstatus van het gewas in realtime te voorspellen en de productiviteit van de knol aan het einde van het seizoen en het economische rendement te voorspellen. Tot nu toe zijn het veldwerk en de beeldverwerking voltooid en concentreert Crosby zich op de ontwikkeling van het model.

"Met alle problemen in de staat rond nitraten in grondwater, moeten we manieren vinden om beter gebruik te maken van onze vruchtbaarheidsinputs, en we hopen dat Yi's nieuwe project kan helpen om die inspanningen te sturen", zegt Andy Diercks, een vierde generatie aardappelteler bij Coloma-boerderijen, Inc. “Het potentieel is aanzienlijk. Yi's nieuwe project biedt een kans om echt een sprong voorwaarts te maken [in stikstofbeheer]."

Resultaten Impact Telers

Wang deelt de bevindingen van haar onderzoeksinspanningen op grote schaal met de aardappel- en groentetelers van de staat. Ze heeft goede werkrelaties met boeren in de hele staat en velen wachten reikhalzend uit naar haar onderzoeksresultaten en toepassingen.

"Hyperspectrale beeldvorming heeft het potentieel om de reactie van de plant op tekortkomingen in inputs te laten zien voordat het menselijk oog die reactie kan zien", zegt Diercks. "Als we een paar dagen kunnen winnen bij het reageren op voedingsstress, zou de impact op de gezondheid van de planten behoorlijk groot zijn. Om nog maar te zwijgen van de mogelijkheid om minder inputs te gebruiken om de situatie te verhelpen - wat een serieuze win-winsituatie zou zijn."

/agronomie