يجب على مزارعي البطاطس مراقبة حالة النيتروجين لمحاصيلهم من أجل التسميد بأكثر الطرق كفاءة واستدامة. يتم ذلك غالبًا عن طريق جمع أعناق - أجزاء النبات التي تربط الأوراق بالسيقان - من العديد من النباتات في كل حقل. يقوم المزارعون بإرسال الأعناق بالبريد إلى المختبر لتحليل النترات وانتظار النتائج. يعمل النظام ولكن يمكن أن يكون أفضل ، وفقًا لما قاله يي وانج ، الأستاذ المساعد والمتخصص في إنتاج الخضروات المستدامة بجامعة ويسكونسن-إكستنشن.
وقالت: "جمع الأعناق يستغرق وقتًا طويلاً ويتطلب جهدًا كثيفًا ، وفي بعض الأحيان قد تكون النتائج مضللة لأن الكثير من العوامل يمكن أن تؤثر على أرقام النترات المطلقة مثل الظروف الجوية أو وقت جمع العينات في اليوم". "والنتائج لا تلتقط التباين المكاني (لاحتياجات النيتروجين) داخل المجال."
لذا فهي تقود جهدًا لتطوير مجموعة من الأدوات التي ستمنح مزارعي البطاطس طريقة أسهل وأسرع وأشمل لتقييم احتياجات النيتروجين للمحصول. يتضمن المشروع جمع ومعالجة البيانات من الكاميرا الفائقة الطيفية. تم تثبيت الكاميرا على مركبة جوية بدون طيار أو طائرة تحلق على ارتفاع منخفض فوق مساحات لأبحاث البطاطس المزروعة بمستويات نيتروجين مختلفة. تم تطوير النماذج المدعومة بالحاسوب لربط الصور بحالة نيتروجين النبات في الموسم وعائد نهاية الموسم والجودة والعائد الاقتصادي.
قال وانغ: "الهدف هو مساعدة مزارعي البطاطس في إدارة النيتروجين باستخدام منصة تغطي الحقل بأكمله على عكس اختبار النترات المطبق التقليدي".
تلتقط الكاميرات الفائقة الطيفية صورًا تكتشف مئات أو آلاف النطاقات الطيفية لأشعة الشمس المنعكسة من مظلة المحاصيل.
قال تريفور كروسبي ، طالب دراسات عليا يعمل في المشروع: "ترتبط العوامل التي تسبب تباينًا في صحة المظلة مثل حالة المغذيات أو حالة المياه أو ضغوط المرض بالانعكاس الطيفي ، وبالتالي يمكن تصورها في الصور الفائقة الطيفية".
يمكن أن تجمع رحلة واحدة فوق مجال بحثي طوله 70 مترًا و 150 مترًا عشرات الصور بمئات النطاقات الطيفية. يستغرق حل البيانات وقتًا لذلك يبحث فريق البحث عن تسريع معالجة الصور.
يعمل وانغ مع اثنين من المتعاونين. يستخدم Phil Townsend ، الأستاذ في قسم بيئة الغابات والحياة البرية في UW-Madison ، تقنيات الاستشعار عن بعد. سيساعد بول ميتشل ، الأستاذ وخبير الاقتصاد الزراعي في جامعة ويسكونسن ، في التحليل الاقتصادي الذي يوجه توصيات تطبيق النيتروجين لنموذج الكمبيوتر.
"الدكتور. قامت مجموعة تاونسند بإنشاء برنامج يجعل معالجة الصور فعالة حقًا ، "قال وانغ.
يقوم كروسبي بجمع القياسات الأرضية ، وجمع البيانات من قطع الأرض البحثية في مراحل نمو البطاطس المختلفة. إنه يدرس مؤشر مساحة الأوراق ومحتوى النيتروجين الكلي للأوراق والكروم والعوامل البيئية مثل رطوبة التربة ودرجة الحرارة والإشعاع الشمسي وسرعة الرياح. عند الحصاد ، سيقيس إجمالي محصول الدرنات وحجمها.
سيقوم بعد ذلك بتطوير نماذج لربط الصور الفائقة الطيفية بقياسات الأرض. سيستخدم الصور في الموسم للتنبؤ بحالة النيتروجين المحصول في الوقت الفعلي. بتوجيه من ميتشل ، سيستخدم أيضًا حالة النيتروجين المحصولية النموذجية في الموسم ، جنبًا إلى جنب مع بيانات العوامل البيئية ، للتنبؤ بإنتاجية الدرنات في نهاية الموسم والعائد الاقتصادي.
"مع القضايا المتعلقة بالنترات في المياه الجوفية ، نحتاج إلى إيجاد طرق للاستفادة بشكل أفضل من مدخلات الخصوبة لدينا ؛ قال آندي ديركس ، مزارع البطاطس في Coloma Farms LLC ، "نأمل أن يساعد مشروع Yi الجديد في توجيه هذه الجهود".
قال ديركس: "التصوير الفائق الطيفي لديه القدرة على إظهار استجابة النبات لأوجه القصور في المدخلات قبل أن تتمكن العين البشرية من رؤيتها". "إذا استطعنا كسب بضعة أيام في الاستجابة لإجهاد العناصر الغذائية ، فسيكون التأثير على صحة النباتات كبيرًا. وإمكانية استخدام عدد أقل من المدخلات لتصحيح الوضع ستكون مربحة للجانبين ".
يتم تمويل المشروع من قبل المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية. يزور البستنة أو الاتصال wang52@wisc.edu للمزيد من المعلومات.