Per i coltivatori di mais, la decisione di quando e quanto fertilizzante azotato applicare è una sfida perenne. Scienziati dell'Università dell'Illinois hanno dimostrato che i nanosatelliti noti come CubeSats possono rilevare lo stress da azoto all'inizio della stagione, potenzialmente dando agli agricoltori la possibilità di pianificare le applicazioni di fertilizzanti azotati durante la stagione e alleviare lo stress da nutrienti per le colture.

"Utilizzando questa tecnologia, possiamo forse vedere lo stress da azoto all'inizio, prima della nappa. Ciò significa che gli agricoltori non dovranno aspettare fino alla fine della stagione per vedere l'impatto delle loro decisioni sull'applicazione dell'azoto, "dice Kaiyu Guan, professore assistente presso il Dipartimento di Risorse Naturali e Scienze Ambientali dell'Università dell'Illinois, e professore di Blue Waters presso il National Center for Supercomputing Applications. È anche investigatore principale di un nuovo studio pubblicato su IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing .

Essere in grado di rilevare e affrontare i cambiamenti nello stato dei nutrienti delle colture in tempo reale è di vitale importanza per evitare danni in periodi critici e ottimizzare la resa. Generalmente, la tecnologia satellitare esistente non può raggiungere sia un'elevata risoluzione spaziale che un'alta frequenza di rivisitazione (quanto spesso un dato satellite torna nello stesso punto sopra la Terra). In alternativa, i droni possono rilevare lo stato dei nutrienti in tempo reale, ma di solito possono coprire solo aree locali; così, la loro utilità è limitata in scala.

CubeSats colma il divario tra la tecnologia satellitare esistente e i droni. Con più di 100 dei satelliti relativamente piccoli attualmente in orbita, Guan dice, "I CubeSat di Planet scendono a una risoluzione di 3 metri e rivisitano la stessa posizione ogni pochi giorni. Quindi, in questo momento possiamo monitorare lo stato dell'azoto delle colture in tempo reale per un'area molto più ampia rispetto ai droni".

Guan e i suoi collaboratori hanno testato le capacità di droni e CubeSats per rilevare i cambiamenti nel contenuto di clorofilla del mais, un proxy per lo stato di azoto della pianta. I ricercatori si sono concentrati su un campo sperimentale nell'Illinois centrale durante la stagione dei campi 2017. Il mais nel campo è stato sottoposto a stress da azoto a vari livelli a causa di molteplici tassi e tempi di applicazione dell'azoto, compreso tutto l'azoto applicato alla semina, e dividere le applicazioni in diverse fasi di sviluppo.

Il campo analizzato era uno dei tanti in uno studio più ampio che esaminava i tassi e i tempi di azoto, istituito da Emerson Nafziger, professore emerito presso il Dipartimento di Scienze delle colture dell'Illinois e coautore dello studio.

"L'idea era di vedere quanto effetto il tempo e la forma del fertilizzante azotato avrebbero avuto sulla resa. Questo studio consente una valutazione di quanto bene l'imaging potrebbe catturare le risposte della resa all'azoto applicato a velocità e tempi diversi, "dice Nafziger.

Gli scienziati hanno confrontato le immagini di droni e CubeSat, e i loro segnali corrispondevano bene alle misurazioni dell'azoto tissutale prese dalle foglie nel campo su base settimanale. Entrambe le tecnologie sono state in grado di rilevare i cambiamenti nel contenuto di clorofilla con un grado di accuratezza simile e nello stesso punto della stagione.

"Queste informazioni generano informazioni tempestive e fruibili relative allo stress da azoto, e quindi potrebbe fornire una guida per l'applicazione aggiuntiva di azoto dove è necessario, " dice Guan.

Le implicazioni vanno oltre l'ottimizzazione della resa.

"Il basso costo del fertilizzante azotato e l'alto potenziale di resa del mais motivano gli agricoltori ad applicare azoto extra come "assicurazione" contro la carenza di azoto che riduce la resa. Ma l'applicazione di più azoto di quanto la coltura richiede è un rischio sia finanziario che ambientale, "dice Yaping Cai, studente laureato nel gruppo di ricerca di Guan e autore principale dell'articolo.

Guan aggiunge, "Uno strumento migliore per l'uso dei fertilizzanti, reso possibile dalla nuova tecnologia satellitare e dalla modellazione dell'ecosistema, potrebbe in definitiva aiutare gli agricoltori a ridurre i costi, aumentare la resa, e nel frattempo ridurre l'impronta ambientale per un paesaggio agricolo sostenibile".

L'articolo, "Rilevazione dello stress da azoto delle colture durante la stagione del mais per prove sul campo utilizzando il rilevamento multispettrale basato su UAV e CubeSat, " è pubblicato in IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations e Remote Sensing.