Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Kartofler set i fugleperspektiv

Forskere fra Aarhus Universitet har testet brugen af satellit- og dronebilleder til at undersøge og forudsige kvælstof- og vandbehov hos kartofler dyrket i Danmark.

16.12.2020 | Camilla Brodam

Foto: Colourbox

Den første danske kartoffelknold blev plantet i Den Kongelige Botaniske Have i 1642. Mindre end 100 år senere begyndte danske landmænd at dyrke den knoldede grøntsag, som hurtigt blev en favorit på de danske middagsborde. Kartoffeludbyttet i Danmark er højt, nogle år endda dobbelt så højt som det gennemsnitlige europæiske udbytte. Og det er til trods for, at kartofler følsomme over for vand- og kvælstofmangel, begge noget, der kan opstå i et mere varierende klima. Forskere fra blandt andet Aarhus Universitet har undersøgt metoder til bedre at kunne vurdere vand- og kvælstofstatus hos kartoffelplanter for at undgå over- eller underforsyning. Håbet er at optimere produktionen af kartofler og dermed reducere tab.

”Vores hovedmål var at undersøge potentialet for at integrere sensorer og dataindsamlingsstrategier i de metoder, der allerede anvendes. På denne måde vil vi kunne bruge den forbedrede geografiske information til at gøre rådgivningen om kunstvanding og gødning til kartoffelavlerne endnu bedre. Derudover ønskede vi at forbedre nøjagtigheden og øge adoptionsgraden blandt landmændene,” fortæller professor Mathias N. Andersen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet, der ledede undersøgelsen i Danmark.

Se en poster fra projektet her.

Droner og satellitter

Som en del af projektet "POTENTIELT - Variable rate irrigation and nitrogen fertilization in potatoes: engage the spatial variation", har forskerne indsamlet og kombineret data fra blandt andet Sentinel-2, en satellit fra EU Copernicus-programmet. Valget faldt på Sentinel-2, fordi det gav fri adgang til data, høj rumlig opløsning, og derudover besøger satellitten det samme område igen og igen med korte mellemum og kan endda forblive i samme område i op til 5 dage.

”Det kan være meget overskyet på det nordlige Europa, også om sommeren, når kartoflerne dyrkes. Skyerne kan sløre billeder fra satellitter ganske betydeligt, og derfor har vi valgt også at supplere med billeder fra droner. De kan bevæge sig under skyerne, og så er de både billige og fleksible at bruge”, fortæller forsker Kiril Manevski fra Institut for Agroøkologi.

”Vi har sammenlignet og analyseret data fra satellitbilleder og droner og konstrueret en model for, hvordan plantevækst påvirkes af abiotiske faktorer. Og vi kunne se, at meget høje lufttemperaturer begrænser kartoflernes vækst markant, mens en mere diffus stråling som følge af et miks mellem solstråling, atmosfæriske aerosoler og skyer stimulerer væksten, fordi det giver energi til fotosyntese i de nedre bladlag. Diffus stråling forekommet oftere i de nordlige egne, hvor vejret er mere overskyet end i de solrige egne længere sydpå,” siger ph.d.-studerende Junxiang Peng fra Institut for Agroøkologi.

"Modellen, der beregner kartoflernes vækst viste denne variation meget godt ved hjælp af data fra både Sentinel-2 og droner", fortsætter han.

Kvælstofmangel kan måles i detaljer

”Vi valgte kartofler som testafgrøde, da de har lettilgængelig biomasse både over og under jorden, dvs. nettoprimærproduktion. Vi er dog sikre på, at det også er muligt at anvende metoden på andre afgrøder,” siger Kiril Manevski.

Det er vigtigt at kunne identificere afgrødens kvælstofstatus for at vide, om de skal gødes eller ej, både i forhold til at drive et effektivt og rentabelt landbrug, men også for at beskytte miljøet mest muligt mod udvaskning. Ved at sammenligne konventionelle (parametriske) og mere 'fleksible' (ikke-parametriske) statistiske modeller gennemførte forskerne en yderligere dybdegående analyse af data fra dronerne og satellitten Sentinel-2. Resultatet fra hver model og datatype blev brugt til at beregne kvælstofbehov, dvs. spørgsmålet om, hvor og hvor meget gødningskvælstof kartoflen har brug for på et hvilket som helst tidspunkt af sæsonen.

”Vi var overraskede over at se, at den ikke-parametriske model var meget nøjagtig i sin forudsigelse af kartoflernes kvælstof status. I dette tilfælde sammenlignede vi ”random forrest”-modellen med de konventionelle modeller for både drone- og Sentinel-2-data", fortæller Junxiang Peng og tilføjer, at resultatet er afgørende for estimeringen af ​​behovet for kvælstof.

Kan man opdage tørkestress ved hjælp af et "falsk signal" for kvælstofbehov?

I en perfekt verden ville man være i stand til at estimere kvælstof- og vandbehovet på planten nøjagtigt, men udfordringen er, at hver sæson er forskellig. For eksempel var sommeren 2017 våd og kølig over store dele af Nordeuropa, mens 2018 var blandt de tørreste og varmeste i de seneste årtier med temperaturer på op til 28 grader i Danmark. Faktisk blev kartoffeludbyttet det år reduceret markant, og ikke engang kunstvanding forbedrede situationen.

”Til gengæld har undersøgelsen vist os, at kartofler under tørkestress udviser tegn på kvælstofmangel, selvom der i virkeligheden er rigeligt med kvælstof i rodzonen, planten er bare ikke i stand til at udnytte det. Når tørkestressen stopper, genoptages kvælstofoptagelsen, skønt produktionstabet er irreversibelt. Vi står nu tilbage med spørgsmålet om, hvorvidt dette "falske signal" kan være til nogen nytte med hensyn til at opdage tørkestress tidligere og dermed forbedre vandingsstrategien for de tørre dage. Vi arbejder fortsat med at supplere resultaterne med termiske data, dvs. ændringer i temperaturanomalier for landbrugsjord. Der er en meget lovende kombination af reflekterende data, som vi kan bruge til at opdage og håndtere tørkestress,” konkluderer Kiril Manevski.

Bag forskningen

Samarbejdspartnere: Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet, Jordtjenesten i Belgien, VITO, Université de Liège, Fasterholt Maskinfabrik, Forschungszentrum Jülich og Agricultural University Wageningen, Sandholt Aps. 
Finansiering: Innovationsfonden har finansieret de to projekter: ERA-NET Co-fund Waterworks 2015-projektet:´POTENTIAL ’- Variable rate irrigation and nitrogen fertilization in potato; Engage the spatial variation – og 'MOIST' - Managing and optimizing irrigation by satellite tools - samt Graduate School of Technical Sciences ved Aarhus Universitet til økonomisk støtte samt China Scholarship Council
Interessekonflikter: Ingen
Læs mere: Publikationen “Environmental constraints to net primary productivity at northern latitudes: a study across scales of radiation interception and biomass production of potato” er skrevet af Junxiang Peng, Kiril Manevski, Kirsten Kørup, René Larsen, Zhenjiang Zhou og Mathias Neumann Andersen.

Kontakt: Professor Mathias Neumann Andersen, e-mail: mathiasn.andersen@agro.au.dk, telefon: 8715 7739, mobil: mobil: +45 2240 0842.

Ph.d.-studerende Junxiang Peng, e-mail: junxiang.peng@agro.au.dk, telefon: +45 8715 7795

Forskere Kiril Manevski, e-mail: kiril.manevski@agro.au.dk, telefon: +45 9352 2142 og Kirsten Kørup Sørensen, e-mail: kirstenkoerup@agro.au.dk, telefon: +45 9352 2131

Forskning, Agro, DCA, Teknik, Plantedyrkning