Billig och enkel bestämning av klöverhalt i vallförsök med hjälp av NIR-analys

Sammanfattning av slutrapport
I projektet har vi utvecklat en strategi där nära infraröd reflektans (NIR) spektroskopi används för bestämning av klöverandel i vall. Syftet var att hitta en metod som ersätter den tidskrävande manuella sorteringen som görs i vallförsök. I fältförsök gjordes botanisk analys genom manuell sortering, men dessutom torkades och maldes proven för NIR-analys. En modell för att förutsäga klöverhalten kalibrerades och validerades mot oberoende försök med R2=0,88 som resultat. Det genomsnittliga prediktionsfelet (RMSEP) blev 9,4% klöver. Med kalibreringsmodellen som bas testades olika metoder att förbättra prediktionerna genom att förstärka kalibreringen med ett fåtal av valideringsproven. En av metoderna förbättrade valideringen till R2=0,92 och RMSEP=6,8 %. Denna metod kräver manuell sortering av tre prov per försök. Resultaten betecknas som tillfredställande och klöverandel kan bestämmas med prov som ändå analyseras med NIR för olika kvalitetsparametrar.

Populärvetenskaplig sammanfattning
Billig och enkel bestämning av klöverhalt i vallförsök med hjälp av NIR-analys
Syftet med projektet är att utveckla en strategi där den NIR-analys som redan i dag görs på prover från vallförsök för fodervärdesbestämning, även skall kunna användas för bestämning av klöverhalt. Därigenom kan man komma ifrån tidsödande manuell sortering samtidigt som ingen extra analys behövs.

Resultaten var mycket lovande. Kalibreringar där NIR-spektrum relaterades till klöverandel validerades på helt oberoende prov och variationen i klöverandel i dessa kunde förklaras till 88 % (R2 = 0,88) och den genomsnittliga skillnaden mellan NIR-predikterad klöverhalt och den mätt genom sortering och vägning var 9,4 % klöver (RMSEP=9,4 %). Genom en strategi där så få som tre prov från respektive valideringsförsök användes för att förstärka kalibreringen kunde prediktionerna förbättras till ett R2 på 0,92 och ett RMSEP på 6,8 %. Eftersom NIR-analysen i normalfallet inte medför något merarbete innebär eftergiften att fortfarande sortera tre prov per försök och skörd ändå en påtaglig arbetsbesparing. Samtidigt bör dessa prov an-vändas för att förstärka databasen och framtida kalibreringar.

Dessa kalibreringar och valideringar utfördes på samma prov som de botaniska analyserna, men den skillnaden att de malts. I ett försök att ersätta NIR-spektrumen från den botaniska analysen med NIR-spektrum från den kemiska analysen som malts på samma sätt upptäcktes ett besvärande systematiskt fel. Orsaken till detta är inte helt utredd, men proverna har torkats på lite olika sätt och skillnader i NIR-spektrum tyder på en något högre vattenhalt i kempro-verna. Däremot verkade det inte skilja nämnvärt mellan vad de botaniska respektive kemiska proven representerade. Detta innebär att problemet av allt att döma enkelt kan övervinnas ge-nom att göra kalibreringen på prov för kemisk analys direkt.
Sambandet mellan klöverhalten och kalciuminnehållet gav ett R2 på 0,80. Det finska pro-grammet ”Artturi Klöverhalt utifrån Ca-halten” testades för att förutsäga klöverhalten det gav ett R2 på 0,70 och ett RMSEP på 13,3 % klöver.

Försök att skilja mellan klöverarter och gräsarter var inte lika framgångsrika. Det finns dock vissa utsikter för engelskt rajgräs och framförallt timotej. Detta behöver dock arbetas mer med.

Metoden är i första hand avsedd att användas för att förbilliga utvärderingen av vallförsök. För att efterlikna en verklig situation så gott vi kunde under de två år vi samlade in data an-vände vi en uppsättning försök till kalibreringen och en helt annan till validering. Under givna förutsättningar har alltså valideringen varit oberoende, men de två åren har varit represente-rade både i kalibrering och i validering.

I vallförsök där en botanisk analys sker ledvis vid skördetillfället har de sorterade proverna från den botaniska analysen samlats in. Dessa har sedan torkats och malts innan mätning av nära infraröd reflektans (NIR) utfördes. Våglängdsområdet som användes var mellan 971 och 2500 nm.

Slutsats, råd till näringen och behov av vidare studier
Möjligheterna för att få en väl så bra klöverbestämning med NIR-modellen som med många av de idag använda metoderna ser lovande ut. Svårigheterna ligger i att få metoden accepterad och att analysutförarna anammar modellen. Proverna finns lagrade och referensanalyser finns tillgängliga så att nya mätningar med ett annat NIR-instrument kan utföras. Rekommendationen är att de labb som utför kemiska vallanalyser med NIR-teknik analyserar dessa prov. Den oberoende validering vi gjort visar att dessa prov (2-300 st) bör utgöra en mycket bra utgångspunkt för en användbar kalibrering.

Det fanns ett tydligt samband mellan klöverhalten och kalciumhalten. Däremot lyckades inte det finska programmet Artturi att prediktera värdena tillräckligt bra. Sambandet med kal-ciumhalten var ungefär samma eller något sämre som den modell som togs fram med NIR-analysen. Detta talar till NIR-metodens fördel, dels eftersom den verkar något pålitligare, dels därför att den inte kräver någon meranalys.