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CubeSats helfen Maisbauern bei der Optimierung des Düngereinsatzes

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CubeSats kann Stickstoffstress früh in der Maisanbausaison erkennen, ein Fortschritt, der den Landwirten mitteilen könnte, wann und wie viel Stickstoffdünger auf die Pflanzen ausgebracht werden muss.

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Dies ist die Schlussfolgerung von Wissenschaftlern der University of Illinois, die gezeigt haben, dass CubeSats Stickstoffstress erkennen kann, was den Landwirten potenziell die Möglichkeit gibt, den Einsatz von Stickstoffdünger während der Saison zu planen und Nährstoffstress zu mildern.

"Mit dieser Technologie können wir möglicherweise den Stickstoffstress frühzeitig erkennen, bevor wir uns mit der Quaste beschäftigen. Das bedeutet, dass die Landwirte nicht bis zum Ende der Saison warten müssen, um die Auswirkungen ihrer Entscheidungen zur Stickstoffanwendung zu sehen", sagte Kaiyu Guan, Assistenzprofessor im Fachbereich für natürliche Ressourcen und Umweltwissenschaften an der Universität von Illinois und leitender Forscher einer neuen Studie, die im IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing veröffentlicht wurde.

Die Erkennung und Behandlung von Änderungen des Nährstoffstatus von Nutzpflanzen in Echtzeit hilft, Schäden an der Ernte in kritischen Phasen zu vermeiden und den Ertrag zu optimieren. Im Allgemeinen kann mit der bestehenden Satellitentechnologie keine hohe räumliche Auflösung und eine hohe Wiederholungsfrequenz erreicht werden. Laut der Universität können Drohnen den Nährstoffstatus in Echtzeit erkennen, aber sie sind in der Regel darauf beschränkt, lokale Gebiete abzudecken, was ihren Nutzen einschränkt.

"Die CubeSats von Planet gehen auf eine Auflösung von 3m herunter und besuchen alle paar Tage den gleichen Standort", sagte Guan in einer Erklärung. "So können wir jetzt den Stickstoffstatus der Pflanzen in Echtzeit für ein viel größeres Gebiet als Drohnen überwachen

Guan und seine Mitarbeiter testeten die Fähigkeiten von Drohnen und CubeSats, Veränderungen im Chlorophyllgehalt von Mais zu erkennen, der ein Proxy für den Stickstoffstatus der Pflanze ist. Die Forscher konzentrierten sich in der Saison 2017 auf ein Versuchsfeld in Zentral-Illinois. Der Mais auf dem Feld war in unterschiedlichem Maße stickstoffbelastet, was auf mehrere Stickstoffauftragsraten und Zeitpunkte zurückzuführen ist, einschließlich des gesamten Stickstoffs, der bei der Auspflanzung aufgetragen wurde, sowie auf geteilte Anwendungen in verschiedenen Entwicklungsstadien.

Das analysierte Feld war eines von mehreren in einer größeren Studie, die sich mit den Stickstoffraten und dem Zeitplan befasste und von Emerson Nafziger, emeritierter Professor im Department of Crop Sciences in Illinois und Mitautor der Studie, erstellt wurde.

"Die Idee war, zu sehen, wie viel Einfluss der Zeitpunkt und die Form des Stickstoffdüngers auf den Ertrag haben würde. Diese Studie ermöglicht eine Bewertung, wie gut die Bildgebung die Ertragsreaktionen auf Stickstoff, der mit unterschiedlichen Raten und Zeiten aufgebracht wird, erfassen könnte", sagte Nafziger.

Die Wissenschaftler verglichen multispektrale Bilder von Drohnen und CubeSats, und ihre Signale sollen gut mit den wöchentlichen Stickstoffmessungen von Blättern im Feld abgestimmt sein. Beide Technologien waren in der Lage, Veränderungen des Chlorophyllgehalts mit ähnlicher Genauigkeit und zum gleichen Zeitpunkt in der Saison zu erkennen.

"Diese Informationen generieren zeitnahe und umsetzbare Erkenntnisse im Zusammenhang mit Stickstoffstress und könnten so eine Anleitung für zusätzliche Stickstoffanwendungen bieten, wo diese benötigt werden", sagte Guan.