Landbouwgewassen in beeld met compacte warmtebeeldcamera’s

De Japanse landbouw heeft te kampen met een groot aantal ernstige problemen, zoals de vergrijzing van de arbeidsmarkt, een gebrek aan opvolgers en handelsliberalisering onder het Trans-Pacific Partnership-verdrag. Om deze problemen op te lossen, wordt onderzoek gedaan naar digitalisering en automatisering van de landbouw.

De focus van dit onderzoek ligt op het bewaken van temperatuurbeelden van gewassen tijdens het teeltproces. Met vaste warmtebeeldcamera’s brengen de onderzoekers gedurende een bepaalde periode de oppervlaktetemperaturen van gewassen in beeld. Deze technologie was voorheen niet beschikbaar en levert een belangrijke bijdrage aan optimalisatie en automatisering van de landbouw.

Het onderzoek

Het huidige onderzoek draagt de titel ‘Development of plant growth ­estimation technologies combined with robust field monitors and micro-fluidic model simulating plant vascular system’. Het is het resultaat van een samenwerking tussen onderzoekers van verschillende universiteiten met steun van het CREST-programma, een financieringsprogramma voor onderzoek in teamverband van het Japan Science and Technology Agency. Tot de onderzoeksgroep behoren professor Ryo Miyake van de Universiteit van Tokio, professor Atsushi Ogawa van Akita Prefectural University en universitair hoofddocent Tetsushi Koide van de Universiteit van ­Hiroshima.

Koide en zijn team verzamelen en analyseren gegevens over het proces waarmee landbouwgewassen worden geteeld. Hiervoor gebruiken ze temperatuurbeelden van gewassen tijdens het teeltproces, afkomstig van de FLIR AX8 warmtebeeldcamera.

Vergrijzende boeren, verdwijnende kennis

“We willen de vakkennis van doorgewinterde boeren kunnen doorgeven, maar daarvoor moeten we een verscheidenheid aan gegevens verzamelen”, legt Koide uit. Met het oog op de vergrijzing van de arbeidsmarkt en het gebrek aan opvolgers in de Japanse landbouw zijn automatiserings­initiatieven in verschillende segmenten in een stroomversnelling geraakt. Japan is momenteel de op vier na grootste landbouw­grootmacht van de wereld. Meer dan 60 procent van de boeren is echter 65 jaar of ouder en slechts vijf procent van de beroepsbevolking is jonger dan 35.

Van oudsher wordt kennis over gewasverzorging doorgegeven van generatie op generatie. Dit is van cruciaal belang voor de Japanse landbouw, maar de afgelopen jaren is het aantal opvolgers afgenomen. Daarom moet dergelijke kennis nu uit diverse andere bronnen worden verworven. Weten hoe dergelijke gegevens in de praktijk kunnen worden gebracht, wordt een steeds dringendere kwestie. Maar het allerbelangrijkst is kennis van de bereiding van mest- en voedingsstoffen. Koide merkt op: “Het klimaat is vrijwel nergens in Japan hetzelfde. Zelfs in Japan verandert het klimaat, wat te wijten is aan tal van factoren. Vroeger was er in de regio Tohoku bijvoorbeeld te weinig zonlicht ten opzichte van normale jaren.”

Dankzij de FLIR AX8 hebben de onderzoekers nu echter zicht op de ­oppervlaktetemperatuur van landbouwgewassen. De onderzoekers ­verzamelen temperatuurgegevens en brengen landbouwgewassen ­daarmee steeds beter in beeld. Die kennis biedt nieuwe mogelijkheden. Zo kunnen ze nu het aantal zonuren in specifieke regio’s berekenen en algemene temperatuurverdelingen achterhalen. De jaarlijkse weers­voorspellingen kloppen niet altijd. Maar dankzij temperatuurgegevens, warmtebeelden en visuele beelden die in realtime en periodiek door een vast gemonteerde camera worden doorgegeven, krijgt het team mogelijk de kans de hoeveelheid mest- en voedingsstoffen aan te passen aan de veranderde omgeving.

Invloeden op korrelkwaliteit

Zoals eerder gezegd zijn er steeds minder opvolgers in de Japanse landbouw. Wel wordt er veel gedaan op het gebied van gewasveredeling, getuige bijvoorbeeld het toenemende aantal rijstvariëteiten. Er zijn in het land inmid­dels meer dan 800 geregistreerde rijstvariëteiten en de ­aandacht voor gewasveredeling neemt nog steeds toe. Bij die gewas­veredeling spelen infraroodcamera’s een belangrijke rol. De afgelopen jaren heeft Japan te maken gehad met abnormale weerpatronen die ­gepaard gingen met temperatuurstijgingen. De hogere temperaturen hebben niet alleen hun weerslag op de gezondheid van mensen en ­dieren, maar ook op de groei van landbouwgewassen zoals rijst. Als de temperatuur stijgt in de rijpingsperiode van de rijst, ontstaat er ­zogenaamde hitteschade. Hierbij groeit de plant door terwijl veel van de korrels nog onrijp zijn. Dit is niet alleen te wijten aan de buitengewoon hoge temperaturen, maar ook aan de manier waarop boeren water en meststoffen beheren. Zulke hitteschade is mede van invloed op de ­korrelkwaliteit van de getroffen rijst.

Met een infraroodcamera kunnen onderzoekers gegevens over de temperatuurverdeling en warmtebeelden in realtime in verband brengen met het ontstaan van hitteschade. Door zulke camera’s in een vroeg stadium te introduceren, zou het mogelijk kunnen worden een omgeving te scheppen waarin de rijst zo min mogelijk schade oploopt. Daarnaast kan het team temperatuurgegevens verzamelen om het aantal zonuren en de temperatuurverdeling over rijst en bladeren te controleren. Aan de hand hiervan kan de juiste hoeveelheid vocht worden bepaald, wat mogelijk minder schade aan de rijst tot gevolg heeft. Met nog meer gegevens kan het team ook beslissingen nemen over het versnellen of vertragen van de teelt in de daaropvolgende jaren. Op basis van alleen de bestaande kennis is dit niet mogelijk. In deze situaties zijn infraroodcamera’s effectief ­omdat hiermee de toestand van de bladtemperatuur in realtime wordt bewaakt. Van oudsher meten landbouwwetenschappers het stadium van fotosynthese door planten in een gesloten ruimte te plaatsen. Met een infraroodcamera kunnen zij de bladtemperatuur echter meten zonder de bladeren te belasten. Daarnaast kunnen zij zo het verband tussen de ­temperatuur en transpiratie verduidelijken.

Als binnen de rijstteelt gebruik wordt gemaakt van derge­lijke stadium­observaties, is het zeer aannemelijk dat de rijstkwaliteit zal toenemen en dat afname van de korrel­kwaliteit als gevolg van hitteschade en andere factoren zal worden tegengegaan. Koide: “In de toekomst willen we ons onderzoek verder uitbreiden. We zijn van plan infraroodcamera’s te ­gebruiken voor lokale gewassen in de prefectuur Hiroshima.”

Toekomstperspectieven voor de landbouw

Koide en het onderzoeksteam hebben als doel de nieuwste generatie teelttechnologie in de praktijk te brengen en het grootschalige gebruik van eldsensortechnologie onder boeren te bevorderen. Hierbij streven we ook het gebruiksgemak van dergelijke technologie na. “De ontwikkeling van landbouwtechnologie is traditioneel vooral gestoeld op de kennis en ervaring van boeren. Het is dan ook nieuw voor de onderzoekers om ­periodiek en in realtime temperatuurgegevens te verwerven en die ­gegevens te verwerken in een trendgrafiek van de temperaturen van rijst en rijstbladeren. Door de temperatuurtrends bij te houden, kunnen ­boeren in de toekomst mogelijk het stadium van de fotosynthese meten.
De FLIR AX8 speelt een zeer grote rol bij het in beeld brengen van de ­hitteschadetrend.

Momenteel is het doel voor de deelnemende universiteiten te achterhalen welke sensoren en sensorinformatie bruikbaar zijn voor de nieuwste generatie teelttechnologie. Volgens het team van Koide gaan de infraroodcamera’s van FLIR een grote bijdrage leveren aan de ontwikkeling van de landbouw, dankzij hun verzamel- en verwerkingsmogelijkheden op het gebied van temperatuurgegevens en -beelden.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.