Stiftelsen lantbruksforskning

Lantbruks- och trädgårdsföretagarnas egen forskningsstiftelse finansierar behovsdriven forskning för svenska förhållanden.
Läs mer

Target-N: Sentinel-2-baserad kväveoptimering i höstvete och maltkorn

Status: Avslutat
Projektnummer: O-18-20-162
Kategori: Focus area | Food & feed
Branschområden: Växtodling
Ansökningsår: 2018
Datum för slutrapport: 6 mars 2023
Huvudsökande: Kristin Piikki
Organisation: Kristin Piikki
E-postadress: kristin.piikki@slu.se
Telefon: 0511-67222
Medsökande: Henrik Stadig
Medsökande: Mats Söderström
Beviljade medel: 2 618 918 SEK

The goal is models for translating satellite data from the time of supplementary fertilisation directly to nitrogen (N) recommendation maps. The crops are winter wheat (Triticum aestivum L.) and malting barley (Hordeum vulgare L.). A new multispectral camera for drones, with nine bands of the same specifications as Sentinel-2 in the 400-900 nm spectral range, will be used to collect reflectance data in Swedish trial series L3-2299 and L3-2302. Robust models for economically optimal N rates will be developed and evaluated. If successful, models can be implemented in satellite-based decision support systems for precision agriculture, such as CropSAT. Key results will be implemented in a ‘Focus on Nutrients’ (national programme to improve nutrient use efficiency) module on precision agriculture. Potential benefits of the models can be large, by enabling wide application of more accurate N fertilisation. The project spans the knowledge chain from needs-driven research to evaluation.

Målet är prediktionsmodeller som direkt översätter satellitdata från tiden för tilläggsgödsling till kväverekommendationskartor. Grödorna är höstvete (Triticum aestivum L.) och maltkorn (Hordeum vulgare L.). En ny drönarburen multispektral kamera med nio våglängdsband med samma specifikationer som Sentinel-2 i det spektrala området 400-900 nm ska användas för att samla in reflektansdata i försöksserierna L3-2299 och L3-2302. Från insamlade data ska robusta modeller för ekonomiskt optimal kvävegiva utvecklas och utvärderas. Om dessa bedöms tillförlitliga ska de tillhandahållas fritt för implementering i satellitbaserade beslutsstödsystem för precisionsodling (t.ex. CropSAT). Viktiga resultat från projektet ska implementeras i Greppa Näringens precisionsodlingsmodul. Nyttan för näringen bedöms som stor då man möjliggör bred tillämpning av mer träffsäker kvävegödsling och projektet spänner över hela kunskapskedjan från behovsdriven forskning till produktutveckling och utvärdering.

I projektet utvecklades Target-N, en strategi för satellitbaserad modellering av platsspecifikt optimala givor för kvävekomplettering i sen stråskjutningsfas i höstvete (Triticum aestivum L.) och maltkorn (Hordeum vulgare L.). Först modelleras optimal medelgiva för fältet baserat på skördepotential, N-upptag i nollrutor mm. Sedan modelleras en relativ kvävegiva (ökning/minskning) som läggs till medelgivan baserat på fjärranalysbaserade vegetationsindex, även dessa uttryckta i relation till fältgenomsnittet. För modelleringen användes reflektansdata från en drönarkamera med nio våglängdsband som matchar Sentinel 2-satelliternas band (tio fältförsök per gröda under tre år i södra Sverige). I en korsvalidering som utelämnade ett helt försök i taget, hade de satellitbaserade kompletteringsgivorna ett genomsnittligt absolutfel på 17 kg N ha-1 i höstvete och 20 kg N ha-1 i vårkorn. Modeller från projektet testas för närvarande i CropSAT och tillgängliggörs därmed för bred användning.

Syftet med Target-N-projektet var att ta fram praktiskt tillämpbara satellitbaserade modeller för platsspecifik kompletteringsgödsling med kväve (N) under stråskjutningen i höstvete och maltkorn. Precisionskomplettering med N görs för närvarande antingen genom sensorer monterade på traktorer (vanligast Yara N-Sensor) eller genom webbaserade beslutsstödsystem som bygger på satellitdata (t ex CropSAT.se). Det har saknats fritt tillgängliga modeller för hur man fördelar N inom fält med hjälp av spektrala data i form av vegetationsindexkartor från fjärranalys. Det här projektet fyller en viktig funktion genom att ta fram robusta modeller som kan förbättra den här typen av satellitbaserade system som används i lantbruket.

För att ta fram modellerna använde vi data från fältförsök i höstvete och maltkorn utförda 2019-2021 (serierna L7-150 och L7-426). Vi flög med drönare som utrustats med en sensor som har nio våglängdsband inom det synliga till infraröda området som motsvarar viktiga band hos de Sentinel-2-satelliterna. Med detta upplägg kunde vi skapa modeller som passar för Sentinel-2-satelliterna trots att försöksrutor är för små för att direkt kunna kopplas till dessa satellitdata. Flygning med drönare gjordes över fyra försök per år och gröda, vid tre tillfällen per år (i början respektive slutet av stråskjutningen, samt i slutet av blomningen). Försöken fanns i Skåne, Halland, Västergötland, Östergötland och Närke. Veteförsöken innefattade tio sorter och sex kvävenivåer per år. Maltkornsförsöken omfattade sex sorter med fem kvävenivåer per år. Kalibrerade reflektansvärden från drönarkameran kopplades samman med information om gödsling, skörd och proteinhalt i de olika försöksrutorna. Med detta som underlag byggdes modeller för att förutsäga optimal kvävegiva baserat på spektral information om grödans status.

I projektet fann vi bland annat följande: skördepotential samt kväveupptag i ogödslade rutor, som ger information om markens egen kväveleverans, var viktigast för att bestämma fältets medelgiva. För att sammanfatta reflektansdata från fjärranalys av grödor beräknas ofta olika vegetationsindex. När man sedan ska bestämma hur mycket kväve som ska läggas till eller dras ifrån medelgivan i olika delar av fältet fungerar multispektrala vegetationsindex, som inkluderar något längre våglängder (mellan 700 och 870 nm; de s.k. rededge- och NIR-områdena) betydligt bättre än vegetationsindex som enbart baseras på grödans reflektans av synligt ljus (vilket exempelvis kan registreras med en vanlig drönarburen digitalkamera). Dessa resultat stämmer överens med tidigare forskning på området. I en utvärdering av strategin att först modellera optimal medelgiva, och sedan modellera den rumsliga variationen kring denna baserat på det bästa indexet för respektive gröda, kunde ett lägsta medelfel på 17 kg N ha-1 för höstvete respektive 20 kg N ha-1 för maltkorn erhållas. Att som i denna strategi använda relativa reflektansdata snarare än absoluta värden, bedömdes vara en bra metod då det gör överföringen mellan drönare och satellit säkrare.

Modellerna som togs fram har delvis redan publicerats vetenskapligt samt implementerats i CropSAT. En förenklad modell har testats sedan 2021, och inför 2023 kommer en mer avancerad funktion att utvecklas i det systemet. Optimering av kväveanvändningen så att tilldelningen anpassas till det faktiska behovet på fältets olika delar är grundläggande för att kunna höja skördar och erhålla önskad kvalitet. Dessutom är överoptimal kväveanvändning starkt kopplad till förluster av N till atmosfären eller sjöar och vattendrag. Metoden som användes här, där man snabbt kan överföra resultat från fältförsök till slutanvändare genom att kombinera avancerade drönarsensorer med satellitdata och digitala beslutsstödsystem bör vara mycket intressant att tillämpa framöver.

 

Antal träffar i projektbanken: 1745

Hållbarhet & strukturomvandling i svensk mjölkproduktion
Ruben Hoffmann

Projektnummer: O-20-20-475 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2020

Milk

This interdisciplinary project examines how Swedish dairy farmers, given different types of policy instruments, are affected by the ongoing structural transformation in the primary production. The study will improve our understanding about how the ongoing structural change affects profitability in …

Läs mer

Från hav till mule - alger minskar metanemissioner från mjölkkor
Rebecca Danielsson

Projektnummer: O-20-23-461 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2020

Meat
Milk

The purpose of this project is to investigate to what extent substances in algae inhibit microbial methane formation in cows. Several substances, so-called bioactive substances, in red, green and brown algae, have a significant methane reducing effect. These are promising results but in order to …

Läs mer

LÅGT SMITTRYCK -EN FÖRUTSÄTTNING FÖR FRISKA GRISAR OCH LÅG ANTIBIOTIKAFÖRBRUKNING
Magdalena Jacobson

Projektnummer: O-21-20-626 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

Meat

In modern large-scale pig production, first-rate hygienic conditions are necessary to avoid outbreaks of diseases and promote and maintain a good biosecurity, However, evaluation of pen hygiene is highly subjective. The project aims to adapt and evaluate a new method for the standardised measure of …

Läs mer

Ridskolan som framtida lärandecenter för en miljömässigt hållbar hästsektor och för samhället i stort
Susanna Hedenborg, Malmö University

Projektnummer: H-21-47-631 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

While the equine sector in Sweden and Norway provides leisure activities, entertainment and employment for many people of all ages, these come with associated negative effects. Studies of the environmental impacts caused by the sector show that nutrient leakage from manure piles, paddocks and …

Läs mer

Genomisk kartläggning som redskap för hållbart avelsarbete i inhemska nordiska hästraser
Susanne Eriksson, Swedish University of Agricultural Sciences

Projektnummer: H-21-47-653 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

The aim of the project is to characterize genomic diversity and inbreeding, within and between Nordic native horse breeds, with special focus on the Norwegian and Swedish breeds. For this we will use whole genome sequencing of individual and pooled DNA samples. Genomic characterization is an …

Läs mer

Filtermaterialets påverkan på underhållsbehov, vattenkvalitet och skörd vid täckdikning
Eva Edin, Hushållningssällskapet HS Konsult AB

Projektnummer: JTI-21-83-606 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

The overall purpose of the project is to generate a base for recommendations for construction of new subsurface drainage and re-drainage of clay soils in the area Water - resource efficient management. Efficient drainage of arable land is important to increase crop production, to achieve …

Läs mer

Verktyg för beslutsfattande och behandlingsoptimering för ammoniak-hygieniserings teknik - säker och uthållig återföring av resurser från decentraliserade sanitetssystem
Annika Nordin, Sveriges lantbruksuniversitet

Projektnummer: JTI-21-83-613 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

For a sustainable food production, the plant nutrients in the food we consume need to be redirected back to agricultural land. Ammonia sanitization is rather new but simple and scalable technology to sanitize waste fractions and have been implemented for decentralized reuse of source separated …

Läs mer

FeNomen: Fertilitet hos nasjonale norske hesteraser.
Ingrid H Holmøy, Norwegian University of Life Sciences, Veterinary Faculty

Projektnummer: R-21-47-575 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2021

Decreasing population sizes and risk of accumulation of inbreeding is a challenge for the national Norwegian horse breeds; the Dole, the Fjord and the Nordland/Lyngen. The average breed-specific reduction in covered mares is between 37% and 45%, when comparing the years 2000 to 2009 to the years …

Läs mer

Växtnäringseffekt hos nya gödselprodukter - Metodutveckling för kvalitetssäkring
Åsa Myrbeck, RISE, Jordbruk och Livsmedel

Projektnummer: JTI-20-83-494 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2020

For sustainable future development, it is essential to recirculate plant nutrients from different parts of society,
especially sewage plants, back to arable land. The aim of the proposed project is to ensure that high-quality fertiliser
products attractive for agricultural use are produced from …

Läs mer

Nya rotsjukdomar i korn och vete- okända hot mot svensk spannmålsodling
Lars Persson

Projektnummer: O-20-20-472 • Status: Pågående • Ansökningsår: 2020

Crop production

Cereal production is limited by many different factors. Leaf diseases are often well known, while diseases on roots are more difficult to identify. Root diseases are often caused by oomycetes, fungus-like microorganisms that live for years in soil and on old root debris, parasitizing the roots of …

Läs mer
Prenumerera på vårt nyhetsbrev