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遙測技術應用於玉米田的氮肥管理

2020/02/13 @國際

摘要

伊利諾大學以無人機與立方衛星,進行玉米田間碳肥監測管理實驗,選定玉米葉綠色含量進行變化測量,其監測數據與田間葉片採樣的測量值非常接近,新技術盼能協助農民即時進行更有效率的肥量施用策略制定。

示意圖

遙測技術應用於玉米田的氮肥管理

  現代農業講求資源利用的效率,施用過量的化學肥料,未被作物吸收的養分可能透過揮發、脫氮作用、淋溶作用和徑流等引發環境問題。對作物進行肥料管理能夠有效避免養分逆境(nutrient stress),使作物發揮最大的生產潛力,並確保環境永續。

  在氮肥管理上,施用時機和用量是兩大關鍵要素,美國玉米帶的農民普遍會在春季和/或秋季施用大量氮肥,可能導致大雨過後,氮肥隨著雨水流出,反而造成作物生長後期的氮缺乏,後期追肥的時機與用量拿捏便顯得十分重要。過去已開發出數種檢測氮的方法,包含植株外觀檢查、組織分析和使用葉綠素儀分析等,但這些方法較需要豐富的判斷經驗,且難以進行大面積且長期的追蹤,部分研究人員就將希望放在遙測技術。此次伊利諾大學(University of Illinois)就測試了無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)與立方衛星(CubeSat)應用於玉米田的監測潛力。

  現有的衛星技術難以同時實現高空間分辨率和高拍攝頻率。而無人機可以即時檢測營養狀況,但只能於當地拍攝,兩者各有使用限制。CubeSat則填補了現有衛星技術與無人機之間的鴻溝,這種小型衛星的拍攝分辨率可以縮小到3公尺,且每隔幾天就會重新拍攝同一位置,目前約有100顆這類的小型衛星正在運行,故即時監測範圍可以比無人機更為廣闊。【延伸閱讀】美國使用光學遙測技術監測大豆的光合作用

  因玉米葉綠素含量是氮含量的替代性指標,研究人員針對玉米葉綠素含量進行監測不同的氮肥施用量與施肥時間所導致的變化。結果發現,無論是無人機或是CubeSat都可以用於追蹤玉米的氮肥需求變化,且結果與葉片實際採樣的測量值非常相近。透過這樣的新興技術開發,能夠提供更好的肥料管理工具,幫助農民及早訂定肥料的施用決策,以更有效率的管理方式降低成本、增加產量,並促進農業環境永續。相關研究發表於< IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing>。

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