2020-01-14 05:45:01
纳米卫星改善了早期玉米氮胁迫的检测

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对于玉米种植者来说,决定何时以及何时施用氮肥是一个长期的挑战。伊利诺伊大学的科学家表明,被称为立方体卫星的纳米卫星可以在季节早期检测到氮胁迫,这可能使农民有机会计划季节性施氮肥并减轻作物的营养胁迫。

“使用这项技术,我们可能会在去雄之前就尽早看到氮的压力。这意味着农民不必等到季节结束时就可以看到氮施用决定的影响,”助理教授关凯宇说。在伊利诺伊大学自然资源与环境科学系任教,在国家超级计算应用中心担任蓝水教授。他还是一项新研究的主要研究人员,该研究发表在《 IEEE在应用地球观测与遥感中的精选主题期刊》上。

能够实时检测和解决作物营养状况的变化对于避免在关键时期造成损害并优化产量至关重要。通常,现有的卫星技术不能同时实现高空间分辨率和高访问频率(给定卫星多久回到地球上方的同一地点)。另外,无人驾驶飞机可以实时检测营养状况,但是它们通常只能覆盖本地区域。因此,它们的效用受到规模的限制。

CubeSats填补了现有卫星技术与无人机之间的鸿沟。关说,目前有100颗相对较小的卫星正在运行,“来自地球的立方卫星的分辨率下降到3米,每隔几天就会重新访问同一位置。因此,现在我们可以实时监视作物的氮状况比无人机要广阔得多。”

Guan和他的合作者测试了无人驾驶飞机和CubeSats两者检测玉米叶绿素含量变化的能力,玉米叶绿素含量是植物氮含量的替代指标。研究人员专注于2017年田野季节在伊利诺伊州中部的实验田。由于多种氮肥施用量和施用时间,包括种植时施用的所有氮肥和几个发育阶段的分批施用,田间玉米对氮肥的胁迫程度不同。

伊利诺伊州作物科学系名誉教授,也是该研究的合著者艾默生·纳夫齐格(Emerson Nafziger)建立了一项较大的研究,该研究领域是研究氮素含量和时机的几个研究领域之一。

纳夫齐格说:“其目的是观察氮肥的施用时间和形式对产量有多大影响。这项研究可以评估成像技术可以很好地捕捉到对不同比例和时间施氮的产量响应。”

科学家们比较了无人机和立方体卫星的图像,它们的信号与每周从田间叶片获取的组织氮测量值非常匹配。两种技术都能在季节的同一时间以相似的准确度检测叶绿素含量的变化。

关说:“这些信息可以及时而有效地得出与氮胁迫有关的见解,因此可以为在需要的地方额外施氮提供指导。”

其意义不仅仅在于优化产量。

蔡亚平说:“氮肥的低成本和高玉米产量的潜力促使农民使用额外的氮作为'保证'来防止氮素缺乏,从而降低产量。但是施用超过作物所需氮素既有财务风险,也有环境风险。”关研究小组的研究生,论文的主要作者。

管补充说:“通过新的卫星技术和生态系统建模,一种更好的肥料使用工具可以最终帮助农民降低成本,增加产量,并同时减少可持续农业景观的环境足迹。”

文章“使用基于UAV和CubeSat的多光谱传感检测玉米的季节作物氮胁迫以进行田间试验”已发表在IEEE应用地球观测与遥感精选主题期刊上。

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