Voor maïstelers, de beslissing wanneer en hoeveel stikstofmeststof moet worden toegepast, is een eeuwige uitdaging. Wetenschappers van de Universiteit van Illinois hebben aangetoond dat nanosatellieten, bekend als CubeSats, stikstofstress vroeg in het seizoen kunnen detecteren, waardoor boeren mogelijk de kans krijgen om in het seizoen stikstofmeststoffen te plannen en de nutriëntenstress voor gewassen te verlichten.

"Door deze technologie te gebruiken, we kunnen de stikstofstress mogelijk al vroeg zien, voor het kwasten. Dat betekent dat boeren niet hoeven te wachten tot het einde van het seizoen om de impact van hun stikstoftoedieningsbeslissingen te zien, " zegt Kaiyu Guan, assistent-professor bij de afdeling Natuurlijke Hulpbronnen en Milieuwetenschappen aan de Universiteit van Illinois, en Blue Waters-professor bij het National Center for Supercomputing Applications. Hij is ook hoofdonderzoeker van een nieuwe studie gepubliceerd in IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations en Remote Sensing .

In staat zijn om veranderingen in de voedingsstatus van gewassen in realtime te detecteren en aan te pakken, is van vitaal belang om schade in kritieke perioden te voorkomen en de opbrengst te optimaliseren. In het algemeen, bestaande satelliettechnologie kan niet zowel een hoge ruimtelijke resolutie als een hoge herhalingsfrequentie bereiken (hoe vaak een bepaalde satelliet terugkeert naar dezelfde plek boven de aarde). Alternatief, drones kunnen de voedingsstatus in realtime detecteren, maar ze kunnen meestal alleen lokale gebieden bestrijken; dus, hun nut is beperkt in omvang.

CubeSats overbrugt de kloof tussen bestaande satelliettechnologie en drones. Met meer dan 100 van de relatief kleine satellieten die momenteel in een baan om de aarde zijn, Guan zegt, "CubeSats van Planet bereiken een resolutie van 3 meter en bezoeken dezelfde locatie om de paar dagen opnieuw. Dus, op dit moment kunnen we de stikstofstatus van gewassen in realtime volgen voor een veel groter gebied dan drones."

Guan en zijn medewerkers testten de mogelijkheden van zowel drones als CubeSats om veranderingen in het chlorofylgehalte van maïs te detecteren, een proxy voor de stikstofstatus van de plant. De onderzoekers richtten zich tijdens het veldseizoen 2017 op een proefveld in Central Illinois. Maïs in het veld had in verschillende mate stikstofstress vanwege meerdere stikstoftoedieningssnelheden en timings, inclusief alle stikstof die bij het planten wordt toegediend, en split applicaties in verschillende ontwikkelingsstadia.

Het geanalyseerde veld was een van de vele in een groter onderzoek naar stikstofsnelheden en timing, opgericht door Emerson Nafziger, emeritus hoogleraar bij het Department of Crop Sciences in Illinois en co-auteur van de studie.

"Het idee was om te zien hoeveel effect timing en vorm van stikstofmeststof zou hebben op de opbrengst. Deze studie maakt een evaluatie mogelijk van hoe goed de beeldvorming de opbrengstreacties op stikstof kan vastleggen die met verschillende snelheden en tijden wordt toegediend, ' zegt Nafziger.

De wetenschappers vergeleken beelden van drones en CubeSats, en hun signalen kwamen goed overeen met weefselstikstofmetingen die wekelijks werden genomen van bladeren in het veld. Beide technologieën waren in staat om veranderingen in chlorofylgehaltes met een vergelijkbare mate van nauwkeurigheid en op hetzelfde punt in het seizoen te detecteren.

"Deze informatie genereert tijdige en bruikbare inzichten met betrekking tot stikstofstress, en zou dus een leidraad kunnen bieden voor extra stikstoftoediening waar dat nodig is, "zegt Guan.

De implicaties gaan verder dan het optimaliseren van de opbrengst.

"De lage kosten van stikstofkunstmest en het hoge opbrengstpotentieel van maïs motiveren boeren om extra stikstof toe te passen als 'verzekering' tegen stikstoftekort dat de opbrengst verlaagt. Maar meer stikstof toedienen dan het gewas nodig heeft, is zowel een financieel als een milieurisico, " zegt Yaping Cai, afgestudeerde student in Guan's onderzoeksgroep en hoofdauteur van het papier.

Guan voegt toe, "Een beter hulpmiddel voor het gebruik van kunstmest, mogelijk gemaakt door nieuwe satelliettechnologie en ecosysteemmodellering, landbouwers uiteindelijk kunnen helpen de kosten te verlagen, opbrengst verhogen, en ondertussen de ecologische voetafdruk verkleinen voor een duurzaam landbouwlandschap."

Het artikel, "Het detecteren van stikstofstress van maïs in het seizoen voor veldproeven met behulp van UAV- en CubeSat-gebaseerde multispectrale detectie, " is gepubliceerd in IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations en Remote Sensing.