Наноспутник в помощь фермеру
Для производителей кукурузы решение о том, когда и сколько вносить азотных удобрений, является постоянной проблемой. Ученые из Университета Иллинойса показали, что наноспутники, известные как CubeSats, могут обнаруживать азотный стресс в самой ранней стадии, что потенциально дает фермерам возможность планировать внесение азотных удобрений в течение сезона и облегчать питательный стресс для сельскохозяйственных культур.
«Используя эту технологию, мы, возможно, сможем увидеть дефицит азота на ранних стадиях, прежде чем приступить к по сбору урожая. Это означает, что фермерам не нужно ждать до конца сезона, чтобы увидеть влияние своих решений по применению азота», — говорит Кайю Гуан, доцент в отделе природных ресурсов и наук об окружающей среде в Университете Иллинойса и профессора Blue Waters в Национальном центре суперкомпьютерных приложений.
Возможность выявлять и учитывать изменения в состоянии питательных веществ сельскохозяйственных культур в реальном времени жизненно важна, чтобы избежать ущерба в критические периоды и оптимизировать урожай. В целом, существующие спутниковые технологии не могут обеспечить как высокое пространственное разрешение, так и высокую частоту повторного посещения (как часто данный спутник возвращается в одно и то же место над Землей). В качестве альтернативы, дроны могут определять состояние питательных веществ в режиме реального времени, но обычно они могут охватывать только локальные области, таким образом, их полезность ограничена в масштабе.
CubeSats устраняет разрыв между существующими спутниковыми технологиями и беспилотниками. Гуан говорит, что на данный момент на орбите находится более 100 сравнительно небольших спутников. CubeSats от Planet снижается до 3-метрового разрешения и повторно посещает одно и то же место каждые несколько дней. Поэтому, сейчас мы можем отслеживать состояние азота в культуре в режиме реального времени.
Гуан и его сотрудники проверили возможности дронов и CubeSats по обнаружению изменений в содержании хлорофилла в кукурузе, что является показателем уровня азота в растении. Исследователи сосредоточились на экспериментальном поле в Центральном Иллинойсе в течение полевого сезона 2017 года. Кукуруза в полевых условиях подверглась азотному стрессу в различной степени из-за периодичности внесения азота, включая весь азот, применяемый при посадке, и дополнительное его применение на нескольких стадиях развития.
«Идея заключалась в том, чтобы увидеть, как время и объем азотных удобрений будут влиять на урожай. Это исследование позволяет оценить, насколько хорошо визуализация может отражать реакцию урожая на азот, применяемый с различными скоростями и временем», — говорит ученый.
Ученые сравнили изображения с дронов и CubeSats, и их сигналы хорошо соответствовали измерениям содержания азота в тканях, проводимым на листьях в поле на еженедельной основе. Обе технологии смогли обнаружить изменения в содержании хлорофилла с одинаковой степенью точности и в одну и ту же точку сезона.
«Эта информация дает своевременные и действенные данные, связанные с азотным стрессом, и, следовательно, может служить руководством для дополнительного применения азота там, где это необходимо», — говорит Гуан.
Последствия выходят за рамки оптимизации доходности.
«Низкая стоимость азотных удобрений и высокий потенциал урожая кукурузы побуждает фермеров применять дополнительный азот в качестве страховки от его дефицита, который снижает урожай. Но применение большего количества азота, чем требует культура, является финансовым и экологическим риском», — говорит Япинг Кай, аспирант исследовательской группы Гуана и ведущий автор статьи.
Гуан добавляет: «Более совершенный инструмент для использования удобрений, реализованный с помощью новых спутниковых технологий и моделирования экосистем, может в конечном итоге помочь фермерам снизить затраты, увеличить урожайность и в то же время уменьшить воздействие на окружающую среду.
фото: newatlas.com
Предыдущая статья: Переключатель роста растений, это возможно?
