I visse perioder av vekstsesongen må potetdyrkere regelmessig overvåke nitrogenstatusen til avlingene sine for å tilføre gjødsel på en mest mulig effektiv måte.
En vanlig praksis er å samle blader fra planter i hvert felt og deretter sende dem til laboratoriet for nitratanalyse. I løpet av få dager får dyrkere resultater som indikerer om det er behov for mer nitrogengjødsel eller om ytelsen er normal. Systemet fungerer, men denne prosessen kan akselereres, sier I. Wang, dosent University of Wisconsin-Madison, Institutt for hagebruk.
"Å samle blader tar mye tid og krefter," sier Wang.
"Og noen ganger kan resultatene være misvisende, fordi mengden nitrat i bladene kan påvirkes av mange faktorer, for eksempel værforhold eller tidspunktet for prøvetaking. I tillegg tar ikke resultatene hensyn til romlige forskjeller [nitrogenbehov] innenfor feltet."
Prosjekt finansiert USDA National Institute of Food and Agriculture, innebærer innsamling og behandling av data fra et hyperspektralt kamera. Den er installert på en UAV (ubemannet luftfartøy) eller et lavtflygende fly som flyr over de studerte potetområdene.
Wangs team utvikler datamodeller for å koble bilder til plantenitrogenstatus i sesongen, utbytte, kvalitet og økonomisk avkastning ved slutten av sesongen.
"De ansatte og jeg håper å utvikle et nettbasert program som vil konvertere hyperspektrale bilder til informasjon om når og hvor mye de skal gjødsle, slik at dyrkere kan maksimere fortjenesten med minimal miljøpåvirkning," sier Wang.
"Faktorer som forårsaker endringer i baldakinens tilstand, som næringsstatus, tilstedeværelse og fravær av fuktighet eller sykdom, er assosiert med spektral reflektans og kan derfor visualiseres i hyperspektrale bilder," sier Trevor Crosby, en doktorgradsstudent i Wang's. lab.
I en enkelt flytur over et forskningsfelt på 70 x 150 meter kan dusinvis av bilder samles, som hver inneholder hundrevis av spektralbånd. For å få fart på bildebehandlingen ansatte Wang to nøkkelmedarbeidere. Phil Townsend, professor i skog- og dyrelivsøkologi, er ledende innen fjernmålingsteknologi. Paul Mitchell, professor og spesialist ved Institutt for landbruk og anvendt økonomi, gjennomfører en økonomisk analyse der en datamodell gir anbefalinger for nitrogenpåføring.
Crosby, som tok ledelsen i bakkemålinger, samlet inn data fra feltundersøkelsessteder på ulike stadier av potetvekst. Dette inkluderer bladarealindeksen, den totale nitrogenkonsentrasjonen i blader og stengler, antall knoller og vekten av enkeltknoller, samt miljøfaktorer som jordfuktighet og temperatur, solinnstråling og vindhastighet. Ved høsting måler den det totale utbyttet av knoller og deres størrelse.
Crosby utviklet deretter forbedrede modeller som koblet hyperspektrale bilder til bakkebaserte målinger. Målet er å forutsi nitrogenstatusen til avlinger i sanntid og forutsi utbyttet av knoller ved slutten av sesongen. På dette tidspunktet er feltarbeidet og bildebehandlingen fullført, og Crosby fokuserer på modellutvikling.
Wang deler forskningen sin med statens potet- og grønnsaksdyrkere. Han har et godt forhold til bønder over hele staten og mange ser frem til resultatene av forskningen hans.