Praktyk foar presyslânbou omfetsje mear sekuere sied, yrrigaasje, befruchting en gebrûk fan bestridingsmiddels om gewaaksproduksje te optimalisearjen foar it fergrutsjen fan ynkomsten fan kwekers en it ferminderjen fan de ynfloed fan lânbou op it miljeu tagelyk. Yn dit artikel sille wy it brûken fan PA-praktiken besprekke, lykas yrrigaasje mei fariabele taryf en remote sensing, yn ierappelproduksje.
Neffens de International Society of Precision Agriculture is "precision agriculture (PA) in behearstrategy dy't tydlike, romtlike en yndividuele gegevens sammelet, ferwurket en analysearret en kombinearret mei oare ynformaasje om behearsbesluten te stypjen neffens rûsde fariabiliteit foar ferbettere effisjinsje fan boarnegebrûk. , produktiviteit, kwaliteit, profitabiliteit en duorsumens fan agraryske produksje."
Mei oare wurden, PA biedt de mooglikheid om it goede ding te dwaan, op it goede plak, op it juste momint en op 'e goede manier. Gewaaksen fan hege wearde lykas ierappels wurde erkend as goede kandidaten foar it oannimmen fan PA fanwegen de hege kosten fan ynput. Derneist makket de gefoelichheid fan 'e opbringst en kwaliteit fan ierappelknollen foar produksjepraktiken en miljeubetingsten it presysbehear ekonomysk kritysk.
Ferskillende taryf yrrigaasje
De technology foar yrrigaasje mei fariabele taryf (VRI) tapast wetter op fariabele tariven yn stee fan ien unifoarme taryf lâns de lingte fan 'e middenpivot. D'r binne twa stappen om de VRI oan te passen: as earste, basearre op grûn elektryske konduktiviteit (EC) of hichtemapping, wurdt it fjild ferdield yn ferskate behearsônes; secondly, it systeem jildt spesifike hoemannichte wetter op ferskillende behear sônes troch oan- en útskeakelje yndividuele sproeiers (nozzle control VRI) of it kontrolearjen fan de beweging snelheid fan de pivot (speed control VRI).
VRI kin wetter op ferskate tariven tapasse op ferskate gewaaksen as kultivars, wikseljende boaiemsoarten, gebieten mei hege ôfrin of lege gebieten dy't gefoelich binne foar wiet en verzadigd te wurden, en miljeu-gefoelige gebieten binnen it fjild. It oerkoepeljende doel fan VRI is om oer- en ûnder-yrrigaasje te foarkommen, sadat gjin wetter fergriemd wurdt en gjin wetterstress optreedt, wylst gewaaksopbringst en kwaliteit behâlden of ferhege wurde.
Yn 'e simmer fan 2018 hawwe wy in stúdzje útfierd om de foardielen te kwantifisearjen fan it brûken fan VRI op kommersjele ierappelproduksje (Russet Burbank) yn Wisconsin. Wy picked twa fjilden yrrigearre mei nozzle kontrôle VRI en snelheid kontrôle VRI respektivelik.
Yn elk fjild wie der sa'n 15 meter hichteferskil tusken it heechste en leechste gebiet. By rispinge evaluearren wy knolopbringst en kwaliteit fan it droechste gebiet, it meast represintatyf/gemiddelde gebiet, en it wietste gebiet fan elk fjild. Under nozzle control VRI (figuer 1a) wie der in signifikante opbringstreduksje (sawat 140 cwt / a, p<0.05) yn it wietste gebiet yn ferliking mei it gemiddelde gebiet. Opbringst fan it droechste gebiet wie wat heger (sawat 20 cwt/a, p>0.05) as dy fan it gemiddelde gebiet. Under snelheid kontrôle VRI (figuer 1b), der wie gjin signifikante opbringst ferskil tusken de trije lokaasjes, hoewol't it oantal yn it droechste gebiet wie heger as dy yn de gemiddelde en wietste gebieten.
Us gegevens suggerearje dat:
- In grut foardiel fan it brûken fan VRI is it ferbetterjen fan opbringst en kwaliteit, dus om potinsjeel de profitabiliteit te ferbetterjen yn it dreechste (of it hege ôfrin) gebiet fan in fjild dat kwetsberer is foar ûnderirrigaasje. VRI is yn steat om boaiemfocht te behâlden binnen de woartelsône fan 'e planten;
- VRI kin yrrigaasjewetter besparje en irrigaasje-effisjinsje ferbetterje yn it lege gebiet fan in fjild dat de neiging hat om wiet of verzadigd te wêzen. Mar sels ûnder VRI is it behearjen fan ierdappelopbringst en kwaliteit yn it lege gebiet noch altyd útdaagjend, om't planten faaks mear problemen hawwe mei rot en defekt;
- VRI is in kânsryk systeem om wetter te besparjen by it ferbetterjen fan de profitabiliteit fan ierdappels, mar fierdere fine-tuning is nedich om it better te behearjen op fjilden mei fariabiliteit.
Remote sensing en masine learen
Om de opbringst en rendabiliteit te behâlden moatte ierdappelboeren foldwaan oan it ferlet fan de gewaaksen oan stikstof. Om miljeu-degradaasje te minimalisearjen en de finansjele risiko's te ferminderjen dy't ferbûn binne mei regeljouwing en juridyske ûnwissichheid oer nitraat yn grûnwetter, hawwe ierdappelboeren nije behearynstruminten nedich om har te helpen de juste hoemannichte stikstof op it krekte momint yn it groeiseizoen oan te passen.
Faak brûkte metoaden foar it kontrolearjen fan stikstofstatus fan ierdappelplanten yn it seizoen binne arbeidsintensyf, tiidslinend, soms misliedend, en binne allinich plakspesifyk binnen it fjild. Dêrnjonken binne d'r gjin iepenbier beskikbere ark dy't hiele fjildkaarten generearje om yn-seizoen plantstikstofstatus en knolopbringst oan it ein fan it seizoen te foarsizzen mei help fan ferbylding op ôfstân.
Remote sensing is in ynnovative, tydlike, net-destruktive en romtlik wiidweidige oanpak om besteande yn-seizoen gewaaksproduksjebehearpraktiken te ferbetterjen. Remote sensing leveret typysk ferskate smelle spektrale banden (~ 3-10 nm), dy't fyne absorptionfunksjes fan gewaaksfiedings kinne fange. Oant no ta hawwe in protte stúdzjes oanjûn dat remote sensing effektyf kin wurde tapast op it foarsizzen fan gewaaksparameters / fariabelen, lykas blêdgebietyndeks, biomassa, foliar N-konsintraasje, ensfh.
De metoaden dy't brûkt wurde om gewaakskenmerken te foarsizzen/modellen rjochtsje har benammen op it bouwen fan foarsizzende algoritmen tusken spektrale sinjalen en fjildmjittingen. In typyske modelfoarsizzer is vegetaasje-yndeksen (VI), dy't wiskundige kombinaasjes binne fan reflektânsje by twa of mear spektrale banden. Bygelyks, normalisearre ferskil fegetaasje-yndeks (NDVI) is in protte brûkt yn eardere stúdzjes fanwegen syn ienfâldige tapassing foar it kontrolearjen fan fegetaasjedynamyk op regionale en wrâldwide skalen.
Wy hawwe studearre op trije masine-learmodellen (beslútbeam (DT), stipe-vektormasine (SVM) en willekeurige bosk (RF)) dy't NDVI brûkten om de N-status en definitive opbringst fan fjouwer ierappelkultivars te foarsizzen (twa russets ynklusyf Silverton en Lakeview Russet, twa chippers ynklusyf Snowden en Hodag) oer twa groeiseizoenen yn 2018 en 2019.
Us foarriedige resultaten jouwe oan dat NDVI in grut potensjeel hat foar it foarsizzen fan de ierappel N-status oanjûn troch petiole NO3-N, hiele blêd totaal N, of hiele wynstok totaal N en ek de totale opbringst oan it ein fan it seizoen (tabel 4). Wy brûkten R2 dy't farieart fan 0 oant 1 om goedheid fan fit te mjitten foar de modellen. Hoe heger de R2, hoe better de foarsizzing. It wurdt beskôge as in heul goede foarsizzing as R2 heger is as 0.75.
Under beide VRI-systemen hiene knollen út it wietste gebiet legere spesifike swiertekrêft yn ferliking mei dy fan 'e droechste en gemiddelde gebieten, en it ferskil ûnder it nozzle-kontrôlesysteem wie signifikant (tabel 1).
Figure 2 liet sjen dat knollen út it wietste gebiet fan elk fjild in signifikant hegere ferhâlding fan lingte oant breedte hiene. Sadwaande wie der hegere ynsidinsje fan
hol hert yn knollen út de wietste gebieten fan beide fjilden, en it ferskil wie signifikant ûnder de snelheid kontrôle systeem (tabel 2).
By opslach ûnder 48 ° F observearre wy hegere ynsidinsje fan rotting yn knollen út 'e wietste gebieten fan beide fjilden (figuer 3). It wurdt tocht dat de knollen groeid yn verzadigde boaiem hie fergrutte lenticels op it oerflak, dy't makke perfekte yngong punten foar sykteferwekkers yn fjild en by opslach.
Derneist, wy berekkene yrrigaasje effisjinsje (IE) fan de snelheid kontrôle VRI systeem (nûmers fan de nozzle kontrôle VRI wiene net beskikber), en it die bliken dat der wie in signifikante ferbettering fan IE yn it wietste gebiet yn ferliking mei it gemiddelde gebiet fan de fjild. IE yn it droechste gebiet wie wat heger as it gemiddelde (tabel 3).
Foar stikstofstatus generearre it brûken fan NDVI om petiole nitrate-N te foarsizzen de bêste R2-resultaten foar beide ierdappelsoarten, fergelike mei folsleine blêd totaal N en folsleine wynstok totaal N. Foar totale opbringstfoarsizzing wiene DT en RF better dan SVM, en de resultaten foar 2019 wiene better dan 2018 (tabel 4, hjirboppe).
Oant no hawwe wy fûn dat:
- 1) beslút beam en willekeurige bosk binne better as stipe vector masine foar in foarsizze sawol yn-seizoen N status en ein-of-seizoen opbringst foar ierpels;
- 2) petiole nitrate-N kin better foarsizze mei NDVI en masine learen modellen yn ferliking mei totale N yn blêden of wynstokken. Wy sille de modellen validearje en dit wurk útwreidzje mei mear jierren oan gegevens oer mear ierdappelsoarten.
De skriuwer wol de Wisconsin Potato and Vegetable Growers Association, de Wisconsin Department of Agriculture, Trade and Consumer Protection, de Wisconsin Fertilizer Research Council, en de University of Wisconsin-Madison College of Agricultural and Life Sciences betankje foar finansiering fan ús ûndersyk.
- Yi Wang is in assistint heechlearaar yn 'e Universiteit fan Wisconsin-Madison's Department of Horticulture. Se is in eardere winner fan Spudman's Emerging Leader Award.