Durante determinati periodi della stagione di crescita, i coltivatori di patate devono monitorare regolarmente lo stato di azoto delle loro colture per applicare il fertilizzante nel modo più efficiente.
Una pratica comune è raccogliere le foglie dalle piante in ogni campo e poi inviarle al laboratorio per l'analisi dei nitrati. Entro pochi giorni, i coltivatori ricevono risultati che indicano se è necessario più fertilizzante azotato o se le prestazioni sono normali. Il sistema funziona, ma questo processo può essere accelerato, dice I. Wang, docente Università del Wisconsin-Madison, Dipartimento di Orticoltura.
"La raccolta delle foglie richiede molto tempo e fatica", afferma Wang.
“E a volte i risultati possono essere fuorvianti, perché la quantità di nitrato nelle foglie può essere influenzata da molti fattori, come le condizioni meteorologiche o i tempi di campionamento. Inoltre, i risultati non tengono conto delle differenze spaziali [requisiti di azoto] all'interno del campo".
Progetto finanziato Istituto nazionale per l'alimentazione e l'agricoltura dell'USDA, comporta la raccolta e l'elaborazione di dati da una fotocamera iperspettrale. È installato su un UAV (veicolo aereo senza pilota) o un velivolo a bassa quota che sorvola le aree di patate studiate.
Il team di Wang sta sviluppando modelli computerizzati per collegare le immagini allo stato dell'azoto delle piante durante la stagione, alla resa, alla qualità e ai rendimenti economici di fine stagione.
"Io e il mio staff speriamo di sviluppare un programma online che converta le immagini iperspettrali in informazioni su quando e quanto fertilizzare in modo che i coltivatori possano massimizzare i profitti con il minimo impatto ambientale", afferma Wang.
"Fattori che causano cambiamenti nello stato della chioma, come lo stato dei nutrienti, la presenza e l'assenza di umidità o malattie, sono associati alla riflettanza spettrale e quindi possono essere visualizzati in immagini iperspettrali", afferma Trevor Crosby, uno studente laureato alla Wang's laboratorio.
In un unico volo su un campo di ricerca di 70 per 150 metri, è possibile raccogliere dozzine di immagini, ciascuna contenente centinaia di bande spettrali. Per accelerare l'elaborazione delle immagini, Wang ha assunto due dipendenti chiave. Phil Townsend, professore di ecologia delle foreste e della fauna selvatica, è leader nella tecnologia di telerilevamento. Paul Mitchell, professore e specialista presso il Dipartimento di economia agraria e applicata, conduce un'analisi economica, sulla base della quale un modello informatico fornisce raccomandazioni per l'applicazione dell'azoto.
Crosby, assumendo un ruolo guida nelle misurazioni del terreno, ha raccolto dati da siti di rilevamento sul campo in varie fasi della crescita delle patate. Ciò include l'indice di superficie fogliare, la concentrazione totale di azoto nelle foglie e negli steli, il numero di tuberi e il peso dei singoli tuberi, nonché fattori ambientali come l'umidità e la temperatura del suolo, la radiazione solare e la velocità del vento. Al momento della raccolta, misura la resa complessiva dei tuberi e le loro dimensioni.
Crosby ha quindi sviluppato modelli migliorati che collegano le immagini iperspettrali alle misurazioni a terra. L'obiettivo è prevedere lo stato di azoto delle colture in tempo reale e prevedere la resa dei tuberi a fine stagione. A questo punto, il lavoro sul campo e l'elaborazione delle immagini sono completati e Crosby si sta concentrando sullo sviluppo del modello.
Wang condivide ampiamente la sua ricerca con i coltivatori di patate e ortaggi dello stato. Ha un buon rapporto con gli agricoltori di tutto lo stato e molti non vedono l'ora di vedere i risultati della sua ricerca.