Ökológiai Mezőgazdasági Kutatóintézet

Távérzékelés

Távérzékelés a fenntartható mezőgazdaságban

Az emberi szem az elektromágneses spektrumnak csak igen kis részét, az úgynevezett látható fény tartományát (380-780 nm) képes színek formájában felbontani és értelmezni. Ennek ellenére a látás az egyik legfontosabb távérzékelési eszközünk. A műszaki fejlesztések és a fotográfia révén elterjedt képalkotási módszerek lehetővé teszik a különböző távolságból történő képi dokumentációt vagy fotográfiai távérzékelést. A latható és nem latható fény hullámhosszonkénti felbontása és mérése a spektroszkópia illetve a spektrometria alkalmazásával vált lehetővé, amelynek mérőeszköze a spektrométer. A spektrométer képes az adott felületről érkező különböző elektromágneses hullámok érzékelésére és a mérési eredmények rögzítésére. A mért felületről érkező hullámhosszok összetétele és eloszlása jellemzi az adott felület fizikokémiai állapotát. A hullámhosszokból felépülő spektrum „ujjlenyomat” szerűen kódol számos anyagjellemzőt. Ez az analitikai labortechnikában már régóta ismert módszer új értelmezést kapott a műholdakon, repülőkön vagy kézi műszerként való alkalmazása során. A kontrollált labormérést felváltotta a távolsági mérés, amelyben a mérőműszer és a minta között 1m, 1000 m vagy akár jóval nagyobb távolság is lehetséges, létrehozva ezzel a spektrális távérzékelés tudományát.

A spektrális távérzékelés egyik fontos előnye, hogy lehetővé teszi a roncsolás- és vegyszerhasználattól mentes kémiai adatgyűjtést. A spektrális távérzékelés mára jelentősen kiszélesedett, mind műszaki megoldásaiban, mind alkalmazási területeiben. A műholdak mellett megjelentek a repülőgépes szenzorok (spektrális szkennerek), majd az utóbbi években a terepi és mobil földfelszíni platformok (snapshot spektrométerek) úgy, mint a távirányítós multikopterek, terepi robotok vagy spektrális videokamerák.

A spektrális távérzékelési technikák és platformok kibővülésévél a mezőgazdasági távérzékelés új formái jelentek meg, melyek figyelembe veszik a termelés speciális tulajdonságait, különösképpen a termelési cikluson belüli nagy térbeli, spektrális és időbeli skálákat. A távérzékelés egyik legnagyobb jelenlegi kihívása az időbeli felbontás növelése, amely önálló és/vagy távirányított platformokkal és szenzorfejlesztésekkel valósítható meg. Ez a fajta mobilitás és rugalmasság alkalmazkodik a mezőgazdaság időbeli és térbeli változékonyságához és alkalmas kisebb területek pontosabb vizsgálatára is, ami jól illeszkedik a fenntartható ökológiai gazdálkodás elvárásaihoz.

A spektrális távérzékelés az ökológiai gazdálkodás számos területén alkalmazható, így például a talajheterogenitás-, a talajerőgazdálkodás-, az állománytisztaság-, a vitalitás-, a kór- és károkozók vizsgálata, valamint a termésbecslés, az öntözéstervezés, a növényi stressztérképezés során és meg sok más felhasználási területen is.

A termésminőség előrejelzése távérzékeléssel

Az ÖMKi 2014-ben új szántóföldi távérzékelési kísérletet indított szoros együttműködésben az ELTE TTK Biológiai Fizika Tanszékével (CollDrones Project), az MTA Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézetének Növénytermesztési Osztályával, a Lipcsei Egyetem Távérzékelési TanszékévelPannon Egyetem Georgikon Kar Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszékével. A vizsgálat célja új módszerek kifejlesztése az őszi búza tápanyag ellátottságának valósidejű monitorozására. Célunk továbbá annak megállapítása, hogy a tenyészidő folyamán végzett mérésekkel mennyiben jelezhető előre a termés minősége.

A kísérlet során elsőként ismert nitrogén dózissal kezelt (0; 80; 160 kg N/ha), a hazai ökológiai gazdálkodásban is elterjedt őszi búza fajtákat (Mv Karizma és Mv Kolo) vizsgálunk a martonvásári Koltay-féle vetésforgós trágyázási tartamkísérletben, konvencionális körülmények között. A zászlóslevelek relatív klorofill tartalmát, ill. összes nitrogén (N%) tartalmát virágzás idején mértük közvetlen optikai módszerrel (SPAD-502 Plus klorofill méterrel), majd laboratóriumi vizsgálattal (Kjeldahl módszer). A SPAD méréssel egy időben távérzékelési eszközökkel is felvételeztük a parcellákat.

Az adatok elemzésekor összevetjük a közvetlen optikai és távérzékelési módszerek alkalmasságát a növények aktuális nitrogén ellátottságának modellezésére. Továbbá elemezzük a korrelációt a virágzáskor mért nitrogén értékek, valamint a termés mennyisége és beltartalmi adatai között. Összehasonlítjuk továbbá a vizsgált fajták reakcióját az eltérő nitrogén ellátottsági fokokra.

Vizsgálataink kapcsolódnak az ökológiai szántóföldi gazdálkodásban engedélyezett növénykondicionáló szerek teszteléséhez, hiszen a nitrogén ellátottság hiányának pontos kimutatását a megfelelő hatékonyságú tápanyag utánpótlásnak kell követnie.

Aktuális távérzékelési kísérlet

A növénykondicionálók alkalmazását 2014-ben kiegészítettük a gabona minőségét potenciálisan előrejelző módszerek tesztelésével. A Franckenkorn fajtájú tönkölybúza növénykondicionáló szeres kezelései mellett a távérzékelés (remote sensing) valamint a közvetlen optikai érzékelés (SPAD-502 klorofill-mérő) módszereit alkalmazzuk a gabona fehérje-tartalmának előrejelzésére.

Kísérleteinket két termőhelyen, Csárdaszálláson és Galgahévízen, működő ökológiai gazdaságok tönkölybúza tábláin, mikroparcellás kísérletben állítottuk be. A kísérleti parcellákon kilenc különböző kezelést alkalmazunk, három ismétlésben, véletlen blokk elrendezésben. A növénykondicionáló szerek kijuttatása kézi permetezővel történt, a gyártó által előírt maximális koncentrációban valamint hígítatlanul, egyszeri és kétszeri kijuttatásban. A kezelések szárbaindulás és kalászolás között történtek. A klorofill-méréseket három alkalommal végeztük: a kezelés előtt, a kezelések között és a második kezelés után. A 27 darab kijelölt parcellából véletlenszerűen 30-30 levélnek a SPAD értékét regisztráltuk és ugyanezen levekből gyűjtöttünk átlagmintát laboratórium nitrogén-meghatározás céljából. A levél-mintavételeket a kezeléseket megelőzően, majd az azokat követő 10-14. napon végeztük, hogy a kezelések hatására a tápanyag-ellátottságban jelentkező esetleges különbségeket már mérhessük. Méréseink során feljegyeztük a növények fenológiai állapotát (BBCH skála szerint), magasságát és a mintavétel pontos dátumát. A SPAD mérővel mért leveleket a keszthelyi Pannon Egyetem Georgikon Kar Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszéknek laboratóriumában Kjeldahl-féle nitrogén meghatározási módszerrel vizsgáljuk. A termés betakarítása után rögzítjük az egyes mikroparcellák hozamát, valamint elvégezzük a gabona-minták minőségi vizsgálatait fehérje- és sikértartalom illetve esésszámra vonatkozóan.

Kérdések, amikre keressük a választ:

  • Gyakorolnak-e hatást a növénykondicionálós szeres kezelések a tönköly mennyiségi- és minőségi paramétereire? Milyen koncentrációban és hányszoros kijuttatásban érdemes őket alkalmazni?

  • Melyik fenofázisban és mely módszerekkel érdemes mérni a levelek klorofill tartalmát ahhoz, hogy biztonsággal előre jelezhető legyen a szemtermés fehérjetartalma?

 

Bővebben...