Азотные удобрения изменили сельское хозяйство, повысив урожайность сельскохозяйственных культур и обеспечив продовольственную безопасность. Тем не менее, существует опасность чрезмерного применения удобрений. При этом агрохимикаты загрязняют водоемы, в том числе подземные воды, и атмосферу в виде мощных парниковых газов, сообщает сайт phys.org 
Предсказать количество азота, необходимого конкретной культуре в конкретное время, непросто. Можно контролировать объем внесения удобрений в режиме реального времени, но на практике это фактически невозможно.
За решение непростой проблемы взялись  исследователи из Университета Иллинойса. Ученые установили гиперспектральные датчики на самолетах, чтобы быстро и точно определять количество азота в растениях и способность к фотосинтезу посевов кукурузы.
«Измерения азота в полевых условиях требуют очень много времени и труда, но технология гиперспектрального зондирования с самолета позволяет нам сканировать поля очень быстро, со скоростью несколько секунд на акр. Это также обеспечивает гораздо более высокое спектральное и пространственное разрешение, чем аналогичные исследования с использованием спутниковых снимков», - говорит Шен Ван, доцент-исследователь Центра устойчивости агроэкосистем (ASC) и Департамента природных ресурсов и наук об окружающей среде (NRES) в Университете.
Новый подход восполняет пробел между полевыми измерениями и обеспечивает экономически эффективный и высокоточный метод внесения азота под сельскохозяйственные культуры в устойчивом точном земледелии.
Высокотехнологичные датчики способны обнаруживать длины волн в видимом и ближнем инфракрасном спектре (400-2400 нанометров). Самолет, оснащенный такими приборами, трижды пролетал над экспериментальным полем в Иллинойсе в течение вегетационного сезона 2019 года. Исследователи также провели измерения листьев и крон деревьев в полевых условиях в качестве достоверных данных для сравнения с данными датчиков.
Благодаря зондированию было определено содержание азота в листьях и кронах растений с точностью до 85%.
«Мы вполне можем полагаться на бортовые гиперспектральные датчики, чтобы перейти от наземного сбора данных без ущерба для точности исследования. Между тем, бортовые датчики позволяют нам охватывать гораздо большие площади при низких затратах», - говорит Кайю Гуан, соавтор исследования, директор-основатель ASC и доцент NRES».
Дистанционное зондирование улавливает энергию, отраженную от поверхностей на земле. Химический состав листьев, включая содержание в них азота и хлорофилла, незаметно изменяет количество отражаемой энергии. Гиперспектральные датчики обнаруживают различия всего в 3-5 нанометров во всем диапазоне, что обеспечивает чувствительность, несравнимую с другими технологиями дистанционного зондирования.
Исследователи видят применение своим выводам в популярном калькуляторе нормы азота кукурузы с максимальной отдачей азота (MRTN).
Новая методика определения содержания азота позволит вносить коррективы в режиме реального времени при внесении удобрений. Дистанционное зондирование позволяет передавать информацию о состоянии питательных веществ растений в систему MRTN, позволяя дозировать внесение азота.
Важно отметить, что исследовательская группа разработала наилучший математический алгоритм для определения данных об отражении азота с гиперспектрального датчика. Они ожидают, что это будет использовано по мере появления новых технологий.
НАСА планирует запустить новый проект в сфере спутниковых гиперспектральных технологий. Поэтому исследователи из Иллинойса могут предоставить уже разработанный алгоритм. В конечном счете внедрение этой технологии является конечной целью, позволяющей получить представление о содержании азота в почве на каждом поле в начале вегетационного периода. Это усовершенствование позволит фермерам принимать более обоснованные решения о дополнительной подкормке растений.
Фото - pexels.com

---