מגדלי תפוחי אדמה חייבים לפקח על מצב החנקן של היבול שלהם כדי להפרות בצורה היעילה והקיימת ביותר. זה נעשה לעתים קרובות על ידי איסוף עלי כותרת - חלקי הצמח המחברים בין עלים לגבעולים - מכמה צמחים בכל שדה. מגדלים שולחים עמוד עלי כותרת למעבדה לניתוח חנקתי ומחכים לתוצאות. המערכת פועלת אך יכולה להיות טובה יותר, לדברי יי וואנג, פרופסור ומומחה לייצור ירקות בר קיימא מאוניברסיטת ויסקונסין.
"איסוף עלי כותרת הוא גוזל זמן ועתיר עבודה, ולעיתים התוצאות עלולות להטעות מכיוון שהרבה גורמים יכולים להשפיע על מספרים של חנקות עלי כותרת, כגון תנאי מזג האוויר או זמן איסוף הדגימה," אמרה. "והתוצאות לא תופסות שונות במרחב (של צרכי חנקן) בשטח."
לכן היא מובילה מאמץ לפתח מערך כלים שיעניקו למגדלי תפוחי האדמה דרך פוטנציאלית קלה, מהירה ומקיפה יותר להעריך את צרכי החנקן של היבול. הפרויקט כולל איסוף ועיבוד נתונים ממצלמה היפר-ספקטרלית. המצלמה מותקנת על כלי טיס בלתי מאויש או מטוס נמוך טס המוטס מעל חלקות מחקר תפוחי אדמה שגדלו ברמות חנקן שונות. מודלים בעזרת מחשב פותחו כדי לקשר בין התמונות למצב חנקן צמחי בעונה ותשואה בסוף עונה, תשואה איכותית וכלכלית.
"המטרה היא לעזור למגדלי תפוחי האדמה בניהול החנקן שלהם באמצעות פלטפורמה המכסה את השדה כולו בניגוד לבדיקת החנקות הפטיו-מסורתיות המסורתיות," אמר וואנג.
מצלמות היפר-ספקטרליות מצלמות תמונות המאתרות מאות או אלפי רצועות אור ספקטרליות המשתקפות מחופת היבול.
"גורמים הגורמים לשינוי בבריאות החופה, כגון מצב התזונתי, מצב המים או לחצי המחלה קשורים להחזרת הספקטרום ולכן ניתן לדמיין אותם בתמונות היפר-ספקטרליות", אמר טרבור קרוסבי, סטודנט לתואר שני שעובד בפרויקט.
טיסה אחת על פני שדה מחקר של 70 מטר על 150 מטר יכולה לאסוף עשרות תמונות עם מאות להקות ספקטרליות. לוקח זמן לרסק את הנתונים ולכן צוות המחקר מחפש לזרז את עיבוד התמונה.
וואנג עובד עם שני משתפי פעולה. פיל טאונסנד, פרופסור במחלקה לאקולוגיה ביערות וחיות בר ב- UW-Madison, משתמש בטכנולוגיות חישה מרחוק. פול מיטשל, פרופסור וכלכלן חקלאי UW-Extension, יעזור בניתוח כלכלי המודיע על המלצות יישום החנקן של מודל המחשב.
"ד"ר. הקבוצה של טאונסנד יצרה תוכנית שהופכת את עיבוד התמונות ליעיל באמת ", אמר וואנג.
קרוסבי אוסף מדידות קרקע, אוסף נתונים מחלקות מחקר בשלבי גידול שונים של תפוחי אדמה. הוא בוחן אינדקס שטח עלים, תכולת החנקן הכוללת של עלה וגפן וגורמים סביבתיים כמו לחות וטמפרטורה בקרקע, קרינת שמש ומהירות רוח. בקציר הוא ימדוד את תפוקת הפקעות הכוללת ואת פרופיל הגודל.
לאחר מכן הוא יפתח מודלים לקישור בין תמונות היפר-ספקטרליות למדידות קרקע. הוא ישתמש בתמונות בעונה כדי לחזות את מצב החנקן היבול בזמן אמת. בהנחיית מיטשל, הוא ישתמש גם בסטטוס החנקן היבול המעוצב, יחד עם נתוני גורמים סביבתיים, כדי לחזות את תפוקת פקעות סוף העונה ואת התשואה הכלכלית.
"בנושאים הנוגעים לחנקות במי תהום, עלינו למצוא דרכים לנצל טוב יותר את תשומות הפוריות שלנו; אנו מקווים כי הפרויקט החדש של יי יכול לעזור להפנות את המאמצים הללו, "אמר אנדי דירקס, מגדל תפוחי אדמה בחוות קולומה.
"להדמיה היפר-ספקטרלית יש פוטנציאל להראות את תגובת הצמח לחסרים בתשומות לפני שהעין האנושית יכולה לראות את זה", אמר דירקס. "אם נצליח להרוויח כמה ימים בתגובה למתח תזונתי, ההשפעה על בריאות הצמחים תהיה משמעותית. והאפשרות להשתמש בפחות תשומות לתיקון המצב תהיה win-win רציני. "
הפרויקט ממומן על ידי המכון הלאומי למזון ולחקלאות של משרד החקלאות האמריקני. לְבַקֵר גננות. wisc.edu או איש קשר wang52@wisc.edu לקבלת מידע נוסף.