Under vissa perioder av växtsäsongen måste potatisodlare regelbundet övervaka sina grödors kvävestatus för att tillföra konstgödsel på det mest effektiva sättet.
En vanlig praxis är att samla löv från växter på varje fält och sedan skicka dem till labbet för nitratanalys. Inom några dagar får odlarna resultat som indikerar om det behövs mer kvävegödsel eller om prestandan är normal. Systemet fungerar, men den här processen kan påskyndas, säger I. Wang, docent University of Wisconsin-Madison, Institutionen för trädgårdsodling.
"Att samla löv tar mycket tid och ansträngning", säger Wang.
"Och ibland kan resultaten vara missvisande, eftersom mängden nitrat i löven kan påverkas av många faktorer, som väderförhållanden eller tidpunkten för provtagning. Dessutom tar resultaten inte hänsyn till rumsliga skillnader [kvävebehov] inom fältet.”
Projekt finansierat USDA National Institute of Food and Agriculture, innebär insamling och bearbetning av data från en hyperspektral kamera. Den är installerad på en UAV (obemannad aerial vehicle) eller lågtflygande flygplan som flyger över de studerade potatisområdena.
Wangs team utvecklar datormodeller för att länka bilder till växtkvävestatus under säsong, avkastning, kvalitet och ekonomisk avkastning vid slutet av säsongen.
"Min personal och jag hoppas kunna utveckla ett onlineprogram som kommer att omvandla hyperspektrala bilder till information om när och hur mycket som ska gödslas så att odlarna kan maximera vinsten med minimal miljöpåverkan", säger Wang.
"Faktorer som orsakar förändringar i baldakinens tillstånd, såsom näringsstatus, närvaro och frånvaro av fukt eller sjukdom, är associerade med spektral reflektans och kan därför visualiseras i hyperspektrala bilder", säger Trevor Crosby, doktorand i Wang's labb.
I en enda flygning över ett 70 gånger 150 meter stort forskningsfält kan dussintals bilder samlas in, var och en innehåller hundratals spektralband. För att påskynda bildbehandlingen anställde Wang två nyckelmedarbetare. Phil Townsend, professor i skogs- och djurlivsekologi, är ledande inom fjärranalysteknik. Paul Mitchell, professor och specialist vid institutionen för jordbruk och tillämpad ekonomi, gör en ekonomisk analys, baserad på vilken en datormodell ger rekommendationer för kvävetillförsel.
Crosby, som tog ledningen i markmätningar, samlade in data från fältundersökningsplatser vid olika stadier av potatisväxten. Detta inkluderar bladareaindex, den totala kvävekoncentrationen i blad och stjälkar, antalet knölar och vikten av enskilda knölar samt miljöfaktorer som markfuktighet och temperatur, solinstrålning och vindhastighet. Vid skörd mäter den den totala skörden av knölar och deras storlek.
Crosby utvecklade sedan förbättrade modeller som länkade hyperspektrala bilder till markbaserade mätningar. Målet är att förutsäga grödornas kvävestatus i realtid och förutsäga skörden av knölar i slutet av säsongen. Vid det här laget är fältarbetet och bildbehandlingen klar och Crosby fokuserar på modellutveckling.
Wang delar sin forskning med statens potatis- och grönsaksodlare. Han har en god relation med bönder över hela staten och många ser fram emot att se resultaten av hans forskning.