Вчені розробили технологію визначення вмісту азоту в ґрунті з повітря
Азотні добрива змінили сільське господарство, підвищивши врожайність сільськогосподарських культур і забезпечивши продовольчу безпеку. Проте, існує небезпека надмірного застосування добрив. При цьому агрохімікати забруднюють водойми, в тому числі підземні води, і атмосферу у вигляді потужних парникових газів.
Передбачити кількість азоту, необхідного конкретній культурі в конкретний час, непросто. Можна контролювати обсяг внесення добрив в режимі реального часу, але на практиці це фактично неможливо.
За вирішення непростої проблеми взялися дослідники з Університету Іллінойсу. Вчені встановили гіперспектральні датчики на літаках, щоб швидко і точно визначати кількість азоту в рослинах і здатність до фотосинтезу посівів кукурудзи.
"Вимірювання азоту в польових умовах вимагають дуже багато часу і праці, але технологія гіперспектрального зондування з літака дозволяє нам сканувати поля дуже швидко, зі швидкістю кілька секунд на акр. Це також забезпечує набагато більш високу спектральну та просторову роздільну здатність, ніж аналогічні дослідження з використанням супутникових знімків",-говорить Шен Ван, доцент-дослідник центру стійкості агроекосистем (ASC) та Департаменту природних ресурсів та наук про навколишнє середовище (NRES) в університеті.
Новий підхід заповнює прогалину між польовими вимірами і забезпечує економічно ефективний і високоточний метод внесення азоту під сільськогосподарські культури в стійкому точному землеробстві.
Високотехнологічні датчики здатні виявляти довжини хвиль у видимому і ближньому інфрачервоному спектрі (400-2400 нанометрів). Літак, оснащений такими приладами, тричі пролітав над експериментальним полем в Іллінойсі протягом вегетаційного сезону 2019 року. Дослідники також провели вимірювання листя і крон дерев в польових умовах в якості достовірних даних для порівняння з даними датчиків.
Завдяки зондуванню було визначено вміст азоту в листі і кронах рослин з точністю до 85%.
«Ми цілком можемо покладатися на бортові гіперспектральні датчики, щоб перейти від наземного збору даних без шкоди для точності дослідження. Тим часом, бортові датчики дозволяють нам охоплювати набагато більші площі при низьких витратах»,-говорить Кайю Гуан, співавтор дослідження, директор-засновник ASC і доцент NRES".
Дистанційне зондування вловлює енергію, відбиту від поверхонь на землі. Хімічний склад листя, включаючи вміст в них азоту і хлорофілу, непомітно змінює кількість енергії, що відбивається. Гіперспектральні датчики виявляють відмінності всього в 3-5 нанометрів у всьому діапазоні, що забезпечує чутливість, незрівняну з іншими технологіями дистанційного зондування.
Дослідники бачать застосування своїх висновків у популярному калькуляторі норми азоту кукурудзи з максимальною віддачею азоту (MRTN).
Нова методика визначення вмісту азоту дозволить вносити корективи в режимі реального часу при внесенні добрив. Дистанційне зондування дозволяє передавати інформацію про стан поживних речовин рослин в систему MRTN, дозволяючи дозувати внесення азоту.
Важливо відзначити, що дослідницька група розробила найкращий математичний алгоритм для визначення даних про віддзеркалення азоту з гіперспектрального датчика. Вони очікують, що це буде використано в міру появи нових технологій.
НАСА планує запустити новий проект у сфері супутникових гіперспектральних технологій. Тому дослідники з Іллінойсу можуть надати вже розроблений алгоритм. В кінцевому рахунку впровадження цієї технології є кінцевою метою, що дозволяє отримати уявлення про вміст азоту в ґрунті на кожному полі на початку вегетаційного періоду. Це удосконалення дозволить фермерам приймати більш обґрунтовані рішення про додаткову підгодівлі рослин.
Також читайте: