U određenim razdobljima tijekom vegetacijske sezone uzgajivači krumpira moraju redovito pratiti stanje dušika u svojim usjevima kako bi osigurali primjenu gnojiva na najučinkovitiji način.
Uobičajena praksa je sakupljanje lišća s biljaka na svakom polju i zatim slanje u laboratorij na analizu nitrata. Unutar nekoliko dana uzgajivači dobivaju rezultate koji pokazuju je li potrebno više dušikovog gnojiva ili su razine normalne. Sustav funkcionira, ali taj se proces može ubrzati, kaže I. Wang, docent Sveučilište Wisconsin-Madison, Zavod za hortikulturu.
"Sakupljanje lišća zahtijeva puno vremena i truda", kaže Wang.
“Rezultati ponekad mogu biti varljivi jer na količinu nitrata u lišću mogu utjecati mnogi čimbenici, poput vremenskih uvjeta ili vremena uzorkovanja. Osim toga, rezultati ne uzimaju u obzir prostorne varijacije [u potražnji za dušikom] unutar polja.”
Projekt financiran Nacionalni institut za hranu i poljoprivredu USDA, uključuje prikupljanje i obradu podataka s hiperspektralne kamere. Instalira se na UAV (besposadnu letjelicu) ili niskoleteću letjelicu koja leti iznad proučavanih površina krumpira.
Wangov tim razvija računalne modele za povezivanje slika sa statusom dušika u biljkama tijekom sezone, prinosom, kvalitetom i ekonomskim povratom na kraju sezone.
"Moji suradnici i ja nadamo se da ćemo razviti online program koji pretvara hiperspektralne slike u informacije o tome kada primijeniti gnojivo i koliko primijeniti, tako da uzgajivači mogu povećati profit uz minimalan utjecaj na okoliš", kaže Wang.
"Čimbenici koji uzrokuju promjene u zdravlju krošnje, kao što su status hranjivih tvari, prisutnost i odsutnost vlage ili bolesti, povezani su sa spektralnom refleksijom i stoga se mogu vizualizirati u hiperspektralnim slikama", kaže Trevor Crosby, diplomirani student u Wangovom laboratoriju.
U jednom letu iznad istraživačkog polja dimenzija 70 x 150 metara, mogu se prikupiti deseci slika, od kojih svaka sadrži stotine spektralnih raspona. Kako bi ubrzao obradu slike, Wang je zaposlio dva ključna zaposlenika. Phil Townsend, profesor na Odsjeku za ekologiju šuma i divljih životinja, vodeći je u tehnologiji daljinskog očitavanja. Paul Mitchell, profesor i specijalist na Odsjeku za poljoprivrednu i primijenjenu ekonomiju, provodi ekonomsku analizu koja koristi računalni model za izradu preporuka za primjenu dušika.
Crosby je, preuzimajući vodstvo u mjerenjima na tlu, prikupio podatke s terenskih istraživanja u različitim fazama rasta krumpira. To uključuje indeks lisne površine, ukupnu koncentraciju dušika u lišću i stabljici, broj gomolja i pojedinačne težine gomolja, kao i čimbenike okoliša kao što su vlažnost i temperatura tla, sunčevo zračenje i brzina vjetra. Prilikom žetve mjeri ukupni prinos i veličinu gomolja.
Crosby je zatim razvio poboljšane modele koji povezuju hiperspektralne slike s mjerenjima na zemlji. Cilj je predvidjeti stanje dušika u usjevima u stvarnom vremenu i predvidjeti prinose gomolja na kraju sezone. U ovom trenutku terenski rad i obrada slike su završeni, a Crosby se koncentrira na razvoj modela.
Wang svoja istraživanja naširoko dijeli s državnim uzgajivačima krumpira i povrća. Ima dobre odnose s poljoprivrednicima diljem države i mnogi željno iščekuju rezultate njegovih istraživanja.