How a new tool for nitrogen inputs in potatoes works

出典：成長する農産物

生育期の特定の期間、ジャガイモの栽培者は、可能な限り最も効率的かつ持続可能な方法で施肥するために、作物の窒素状態を定期的に監視する必要があります。

一般的なやり方は、各畑の多数の植物から葉柄を集め、それを硝酸塩分析に送ることです。数日以内に、栽培者は窒素肥料が必要かどうかを示す結果を受け取ります。このシステムはうまく機能していますが、改善の余地があると、イー・ワン、助教授、持続可能な野菜生産の普及専門家ウィスコンシン大学マディソン校の園芸学科。

「葉柄の収集には時間がかかり、労働集約的です」とワン氏は言います。「また、気象条件やサンプル収集の時間帯など、多くの要因が葉柄の硝酸塩値に影響を与えるため、結果が誤解を招く場合があります。さらに、結果では、圃場内の [窒素需要の] 空間的変動を捉えることができません。」

救世主となる新しいツール

これらの問題に対処するため、ワン氏はジャガイモ栽培者に、作物の真の窒素需要をより簡単に、より早く、より包括的に評価できるハイテクツールの開発に取り組んでいる。 USDA国立食品農業研究所は、ハイパースペクトルカメラからデータを収集して処理します。このカメラは、異なる窒素レベルで栽培されたジャガイモの研究区画の上空を飛行する UAV (無人航空機) または低空飛行の飛行機に搭載されています。

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ワン氏のチームは、コンピューター支援モデルを開発して、画像とシーズン中の植物の窒素状態、シーズン終了時の収穫量、品質、経済的利益を結び付けています。最終的に、このプロジェクトは、窒素をより適切に管理するためのツールを栽培者に提供します。「私と共同研究者は、ハイパースペクトル画像を肥料をいつ、どのくらいの量施用するかに関する情報に変換するオンラインプログラムを開発し、栽培者が環境への影響を最小限に抑えながら最大限の収益を達成できるようにしたいと考えています」とワン氏は言います。

仕組み

ハイパースペクトルカメラは強力で、作物の樹冠から反射される太陽光の数百、数千のスペクトルバンドを検出できると、ワン研究室の大学院生トレバー・クロスビー氏は言う。「栄養状態、水分状態、病気の圧力など、樹冠の健康状態に変化をもたらす要因はすべてスペクトル反射率に関係しており、ハイパースペクトル画像で視覚化できる」と同氏は言う。

70 x 150 メートルの研究フィールドを XNUMX 回の飛行で数十枚の画像を収集でき、各画像には数百のスペクトルバンドが含まれます。画像処理を迅速化するために、Wang 氏は XNUMX 人の重要な協力者を採用しました。森林および野生生物生態学部の教授である Phil Townsend 氏は、リモートセンシング技術の国内リーダーです。農業および応用経済学部の教授兼普及専門家である Paul Mitchell 氏は、コンピューターモデルの窒素散布に関する推奨事項を通知する経済分析を行っています。

「タウンゼント博士のグループは、画像処理を非常に効率的にするプログラムを作成しました」とワン氏は言う。「私たちは、それを活用することに非常に興奮しています。」

クロスビー氏は地上測定の収集を主導し、ジャガイモの生育段階ごとに圃場調査区画からデータを収集しました。これには、葉面積指数、葉と蔓の総窒素濃度、塊茎の着生と個々の塊茎の重量、土壌の水分と温度、日射量、風速などの環境要因が含まれます。収穫時には、塊茎の総収量とサイズプロファイルを測定しました。

その後、クロスビー氏はハイパースペクトル画像と地上測定をリンクする高度なモデルを開発しました。その目標は、作物の窒素状態をリアルタイムで予測し、シーズン末の塊茎の生産性と経済的利益を予測することです。これまでに、フィールドワークと画像処理は完了しており、クロスビー氏はモデル開発に注力しています。

「州内で地下水中の硝酸塩に関する問題が多発しているため、私たちは肥沃な土壌をより有効に活用する方法を見つける必要があります。イー氏の新しいプロジェクトが、そうした取り組みの方向性を示すのに役立つことを期待しています」と、4代目ジャガイモ栽培農家のアンディ・ディルクス氏は言う。コロマファーム、Inc. 「その可能性は大きい。Yi 氏の新しいプロジェクトは、[窒素管理において] 飛躍的な前進を遂げるチャンスとなる。」

結果は生産者に影響を与える

ワン氏は、自身の研究成果を州内のジャガイモや野菜の生産者に広く伝えている。同氏は州内の農家と良好な協力関係を築いており、多くの農家が同氏の研究成果とその応用を心待ちにしている。

「ハイパースペクトル画像には、人間の目が反応を見る前に、植物が入力不足にどう反応するかを示す可能性があります」と Diercks 氏は言います。「栄養ストレスへの反応を数日早めることができれば、植物の健康への影響はかなり大きくなります。言うまでもなく、状況を改善するために入力を減らすことも可能になり、これは双方にとって大きなメリットです。」