高光譜傳感器可即時了解作物氮狀況
2022/08/03 @國際
摘要
伊利諾大學 (University of Illinois) 一項研究發現，高光譜傳感器可提供具有成本效益且高精確度的現地量測。為了解玉米作物氮含量，研究小組將高光譜傳感器設在飛機上，檢測田間作物葉片和冠層氮含量，並將高光譜傳感器傳出的數據之最大氮素回收率Maximum Return To Nitrogen (MRTN) 與玉米氮含量計算器共同使用，為從事農業工作者進行農務時程調整，MRTN系統將根據土壤氮肥使用量和季末產量之間的經濟權衡，提供推薦的氮肥施用量。
示意圖
美國各地的農民常使用氮肥提高作物產量，隨著投入成本和汙染問題增加，農民正尋找方法確定氮肥最佳施用量。近期發表的研究中，為了解玉米作物氮含量，伊利諾大學 (University of Illinois) 研究小組將高光譜傳感器設在飛機上，此研究主要作者Sheng Wang於新聞發布會表示：「田間氮含量檢測費力耗時，透過飛機高光譜傳感技術，每英畝田地可於幾秒鐘內快速掃描，相較衛星圖像相關研究，高光譜傳感技術提供更高的光譜和空間分辨率。」
這架飛機與傳感器在2019年生長季節飛過一個實驗田3次，傳感器能檢測可見光和近紅外光譜中的波長，檢測葉片和冠層氮含量準確度高達85%。Sheng Wang說道：「此研究方法彌補現地量測與衛星之間的空缺，並可為農作物的氮管理提供一種高經濟效益且高精確度的方法。」
作物中的氮及葉綠素含量僅些微改變從地面反射的能量，研究人員使用高光譜傳感器發現整個範圍內檢測到3-5奈米的差異。研究人員Kaiyu Guan說道：「其他機載遙感技術只感測可見光譜和部分近紅外光譜四個光譜帶，與本研究高光譜傳感器差異甚大。」研究人員認為。
Sheng Wang表示：「本研究方法可檢測作物的氮含量，並為從事農業工作者進行農務時程調整，MRTN系統將根據土壤氮肥使用量和季末產量之間的經濟權衡，提供推薦的氮肥施用量。此遙感方法可將植物養分狀態輸入MRTN系統，進而實現即時作物氮管理，將原以生長前季節、土壤為主的施肥建議，轉變為即時診斷植物營養並提供所需氮含量，進而提供農業生態系統的氮利用效率。」
團隊開發用於檢測高光譜傳感器的氮反射率數據的演算法可應用於未來的技術。「NASA與其他商業衛星公司正計畫一項新的衛星高光譜任務，團隊可能為這些任務提供演算法，因為我們已經在飛機高光譜數據中證明其準確性。」 Sheng Wang補充道。最終目標是為衛星配備傳感器，讓農民在生長季節的前期即可了解作物營養狀況，結果將會是提供關於氮肥側施更明智的決策，並最終改善農藝系統的環境永續。【延伸閱讀】- 遙測技術應用於玉米田的氮肥管理
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