artikel - Glas med garanti

Lavet af:
Morten Steg
JT 12-14, planter
Dato: 24/1 2014
Klorofyl, et redskab til
optimering af planteavl
Synopsis
Fag: Specialeprojekt
Erhvervsakademiet Lillebælt
Vejleder: Lenette Brock Iversen
Tegn: 5.993
1|Si de
Morten Steg
Erhvervsakademiet Lillebælt
JT 12-14
Vejleder: LBI
24.1.2014
Specialeprojekt
Kan, og hvordan kan NDVI-foto give en økonomisk- og eller
bæredygtigheds optimering?
I de senere år har der været markant fokus på droneteknologi og dens mange muligheder i planteavl. Planteavl, i
dag, har ikke meget gavn af den nye teknologi, der mangler tillid og beskrivelser til droners bidrag, økonomisk,
arbejds- og miljømæssigt. I følgende synopsis vil fokus være, måling af klorofyl i afgrøder og dets anvendelse.
Verdensbefolkningen forventes at
Naturens
stige med tre milliarder frem til
fabrik
2050, velstanden stiger, hvilket
Planters største og vigtigste egen-
samlet resulterer i en øget føde-
skab er fotosyntesen, der omdan-
1
grønne
kemiske
vareefterspørgsel . Øget fødevare-
ner vand og kuldioxid til stivelse
efterspørgsel kræver nytænkning
og ilt – og i sidste ende – liv til os. I
og optimering af landbrug. Det er
plantecellen er der kloroplastre
svært at forudse landbrugets ud-
(grønkorn) der indeholder thyla-
vikling, der er mange forhindringer
koider, hvor fotosyntesen sker. Et
undervejs, eksempelvis klimafor-
af de vigtigste stoffer til foto-
andringer, ødelagt jord- og nær-
syntesen er pigmentet, klorofyl,
ringsstofbalance, miljøtiltag m.v.
der opfanger lys og omdanner det
Axzon A/S har stor interesse i
optimering og nytænkning af deres landbrug, det er på de store
landbrug, en optimering har størst
gavnlig effekt, både for miljøet og
pengepungen. Direktør, Tom Axelgaard mener at bæredygtighed
altid skal kobles sammen med
nytænkning
og
optimering.2
Droneteknologien bliver mere og
mere interessant for landbrug. Der
findes i dag kameraer der kan
måle
planters
klorofylindhold
3
(NDVI-kamera ) og derved vurdere
plantesundhed.
1
Kilde 1, (Kristensen, 2010)
Kilde 2, (Axelgaard)
3
Normalized Difference Vegetation Index
til kemisk energi.4
Når der er brug for klorofyl ved
plantevækst begynder en lang
proces, klorofylsyntese. Figur 1
viser klorofyl a, der indgår kulstof,
hydrogen, ilt og mineralske næringsstoffer, nitrogen og magnesium, disse stoffer skal være til
stede ved en klorofylsyntese, plus
enzymer og energi.
Kornets modning er en ældningsproces, hvor afgrøder redder
værdifulde stoffer (sukker-arter,
proteinstoffer og nukleinsyrer) til
frø eller rødder. Fotosyntesen går i
stå, klorofylet spaltes til mindre
molekyler
og
kloroplastrene
skrumper til små tørre korn.
2
Figur 1, Klorofylmolekyle. Det er sammensat af molekylet Chlorophyllide (øverst) og
Phytol (nederst). Der kan ses magnesium i
midten af Chlorophyllide, derfor er
magnesium vigtig for planternes vækst.
(Kilde: Medicines Complete)
Kornene ender delvist med at
bestå af nedbrudte klorofylmolekylers phyto-del5, illustreret ved
figur 1.
Klorofylnedbrydning sker normalt
ved tre mekanismer.
1. Ved høj lysintensitet aktiveres
nedbrydningsenzymet chlorophyllase
2. Klorofylindholdet er bestemt af
plantens alder. Indkodet i gener.
3. Klorofyl indholdet kan variere
over nat og dag, endogent rytme.6
5
4
Kilde 3 (Torp, 2012)
6
Kilde 5 (Berg, 1995)
Kilde 4 (Goss, 1973)
1|Side
Morten Steg
Erhvervsakademiet Lillebælt
JT 12-14
Vejleder: LBI
24.1.2014
Specialeprojekt
Det er ikke fotografering der er
Forventet udbytte
svært, men at tage brugbare
For at afgrøden skal kunne opnå
billeder
det højst potentielle udbytte,
Klorofyls sammenhæng med foto-
kræver det kendskab til fald-
synteseaktivitet gør det muligt at
grupper og ageren derpå. Figur 3
forudsige meget når klorofyl-
viser
indholdet vides. Et NDVI-kamera
NDVI (klorofylindholdet) og det
tager billeder af bølgelængder
størst mulige potentielle udbytte.
hvor klorofyl har stor absorption
Ved
(rødt
med
knække en smule men stadig
reflekteres
stige, dog ikke med mulighed for
lys)
sammenholdt
bølgelængder
der
(nærinfrarødt lys) Det giver et
indeks for bladarealet i forhold til
pigmentindholdet. Figur 2 viser at
klorofyl
a,
har
den
største
absorption ved ca. 670 nm (rødt
lys). Formlen for NDVI ser således
ud:
NDVI=(R800–R670)/(R800+R670)7
sammenhængen
afgrødeskade
vil
mellem
kurven
100 % udbytte.8
Plantesundhed/Vækststadie
Figur 4 viser et eksempel på et
Figur 4, Almindeligt billede(RGB) og
NDVI-foto. Skalaen i NDVI-fotoet
viser at afgrøden ligger i bunden af
skalaen, dvs. det er en nyetableret
afgrøde. Allerede i dette vækststadie
kan der vurderes om eventuel
svampe-bekæmpelse er lønsom når
afgrøden har taget skade under
spiringsfasen (Skade i ”Overgang fra
bar jord” i figur 3). (Kilde: Public Lab)
NDVI-foto af en nyetableret afgrøde hvor plantebestanden er
lav. Med billedet kan planteavleren vurdere afgrøden i forhold
til vækststadiet og nærmiljøet.
Efterfølgende behandling kan vurderes og lønsomheden kan beregnes i forhold til det forventede
udbytte.
Figur2, viser klorofyl a og b´s absorption
i forhold til bølgelængde. Det er tydeligt
at det er de blå, lilla, gule og røde farver
der absorberes bedst.
(Kilde: Wikimedia commons)
Som planteavler har man interesse i informationer omkring sine
afgrøder,
mangler de
noget?,
virker mine behandlinger?, kan
Figur 3, Illustration af forholdet mellem NDVI og udvikling af afgrøder/potentielt
udbytte ved aktuelle vækstbetingelser. (Kilde: egen tilvirkning. 2014)
det betale sig at behandle?, hvilke
marker har størst potentiale og
hvilke er først høstklar?, m.v.
8
7
Kilde 6 (Wardlow, 2006)
Kilde 7 (Nidumolu, 2008)
Kilde 8 (Jianqiang, 2007)
2|Side
Morten Steg
Erhvervsakademiet Lillebælt
JT 12-14
Vejleder: LBI
24.1.2014
Specialeprojekt
Høstplanlægning
kalier og en mere bæredygtig pro-
- Sygdomme og ukrudt
Planlægning i planteavl er svær,
duktion.
- NDVI fejlkilder. Nye klorofyl/
fordi planters cyklus kan påvirkes
blad indeks systemer
af mange faktorer. Store plante-
Opsamling
avl, såsom Axzon A/S, har store
Der er mange muligheder, de skal
vendelsesmuligheder
planlægningsopgaver. Der er store
bare
potentiale for alle?)
chancer
ved
teknologien og metoden mestres
transporttid, afgrødespild, ineffek-
er der gode muligheder for økono-
tiv høstning m.v. NDVI-foto kan
misk bæredygtig optimering. Nu er
hjælpe med valg i forhold til høst.
det vigtigt at planteavlere får egne
Figur
erfaringer med drone- og NDVI-
5
for
ineffektivitet
viser
modenhed
for
- Oplistning af tænkelige an-
gribes.
Når
biologien,
sojabønner, hvor høsttidspunkter
teknologien.
er angivet. Der kan koordineres
sammenlignes
efter
fergusontraktorer der kom til
hver
marks
modenhed,
Teknologien
med
de
kan
første
(muligt
Litteratur
Kilde 1
Thorup-Kristensen, Kristian
Kunsten at brødføde verdens
befolkning
Aktuel Naturvidenskab 2010
og
Danmark i 1947, mange kunne
Kilde 2
høsttidspunkt på de knap så
ikke se ideen og var skeptiske,
Axelgaard, Tom. AXZON A/S
modne områder, eksempelvis ved
men i dag kan planteavlere ikke
Link: http://axzon.eu/da/om-
læhegn og lavninger.
undvære en traktor.
axzon
mejetærskerens
kapacitet
Sidst besøgt: 14.1.2014
Kilde 3
Cæsar Torp, Kresten
Biokemibogen
2. Udgave, 2. Oplag 2012
Nucleus Forlag ApS
Kilde 4
Goss, James A
Physiology of plants and their cells
Division of Biology, Kansas state
Figur 5, Kort over høsttidspunkt for sojabønner, Kina.
(Kilde: Precision agriculture 2013)
Der anvendes mange høstmetod-
University
Pergamon Press Inc. 1973
er, eksempelvis nedvisning, snit-
Diskussionsemner
ning, skårlægning m.v. Nedvisning
I indlægget vil følgende emner
Kilde 5
er miljøbelastende. Med et NDVI-
blive berørt, fordi de alle har
Berg, Rolf W
foto kan planteavleren, se prob-
betydning
Naturens verden 1995
lemområder, ukrudt og umodne
interesser:
arealer9.
Der
kan
præcisions-
for
- Forventet
anvendelse
og
Ny viden, Om bladgrønt og
udbytte
kontra
doseres kemikalier på problem-
vækststadie og NDVI, (behand-
områder der sikre et godt produkt,
lingslønsomhed)
effektivitet, besparelser på kemi-
efterårets farver
Rhodos, København 1995
- Planlægningsredskab til høst,
(økonomiberegningseksempel)
9
Kilde 9 (Warwick )
3|Side
Morten Steg
Erhvervsakademiet Lillebælt
JT 12-14
Vejleder: LBI
24.1.2014
Specialeprojekt
Kilde 6
Kilde 9
4.
Wardlow, Brian D & Egbert,
Warwick, Grace
Kuckenberg, Jan & Tartachnyk,
Stpephen L & Kastens, Jude H
AIRBORNE REMOTE SENSING
Iryna & Noga, Georg
Analysis of time-series MODIS 250
USING ARA-AWI TRISPECTRAL
Temporal and spatial changes of
m vegetation index data for crop
SCANNER
chlorophyll fluorescence as a basic
classification in the U.S Central
Airborne Research Australia
for early and precise detection of
Great Plains
Link:
leaf rust and powdery mildew
Remote Sensing of environment,
http://www.graceresearch.com
infections in wheat leaves, 2008
2006
Direkte link:
Institute of Crop Science and
http://www.graceresearch.com/R
Resource Conservation, Germany
Kilde 7
emote%20Sensing.html
Nidumolu, Uday & Sadras, Victor
Sidst besøgt: 16.1.2014
Billeder og figurer
Øvrige kilder
Forsidebillede, tværsnit af blad
1.
ASU, school of life science
Carthy, J. D
Link: https://sols.asu.edu/
Planternes liv
Direkte link:
Marshall Cavendish Books Ltd.,
http://askabiologist.asu.edu/imag
London 1969
es/aab-wallpaper-micro-2-small
Sats: Krohns bogtrykkeri A/S,
Sidst besøgt: 18.1.2014
& Hayman, Peter & Crimp, Steven
Comparison of NDVI seasonal
trajectories and modelled crop
growth dynamics
Australian Society of Agronomy
Link: http://www.regional.org.au/
Direkte link:
http://www.regional.org.au/au/as
a/2008/concurrent/managingsite-season/5783_nidumouu.htm
Sidst besøgt: 15.1.2014
Kilde 8
Jianqiang Rena, Zhongxin Chena,
Qingbo Zhoua, Huajun Tanga
Regional yield estimation for
København
2.
Can. J. Plant Sci
Effect of harvest date and
swathing in moisture content and
Forsidebillede, Ebee drone
Haefeli Lysnar
Link: http://www.hlse.com.au/
Direkte link:
chlorophyll content af canola seed,
http://www.hlse.com.au/detail/pr
1989
oducts/267/ebee--the-working-
winter wheat with MODIS-NDVI
data in Shandong, China.
3.
Remote Sensing of environment,
Haboudanee, Driss & R. Miller,
2007
John & Pattey, Elizabeth & J.
drone/
Sidst besøgt: 23.1.2014
Zarco-Tejada, Pablo & B. Srechan,
Ian
Hyperspectral vegetation indices
and novel algorithms for
predicting green LAI of crop
canopies: Modeling and validation
in the context of precision
agriculture, 2003
Remote Sensing of environment
4|Side
Morten Steg
Erhvervsakademiet Lillebælt
JT 12-14
Vejleder: LBI
Figur 1, Klorofyl molekyle
Figur 5, Høstplanlægning
Medicines Complete
Google Books
Link:
Precision agriculture 2013
www.medicinescomplete.com
Direkte link:
Direkte link:
http://books.google.dk/books?id=
https://www.medicinescomplete.
-
com/mc/martindale/current/login
2KXijRtUGwC&pg=PA212&lpg=PA
.htm?uri=http%3A%2F%2Fwww.m
212&dq=NDVI+harvest&source=bl
edicinescomplete.com%2Fmc%2F
&ots=4FDiNb_b_0&sig=WRRcmM
martindale%2F2009%2Fms-2385-
88Md9uigf5UEcG43QXFyc&hl=da
k.htm
&sa=X&ei=_-
Sidst besøgt 16.1.2014
TfUoqyNcnOtAaIqoCIBA&ved=0CG
Figur 2, Klorofyl absorption
Wikimedia commons
Link:
24.1.2014
Specialeprojekt
UQ6AEwBQ#v=onepage&q&f=fals
e
Sidst besøgt: 20.1.2014
http://commons.wikimedia.org/wi
ki/Main_Page
Direkte link:
http://commons.wikimedia.org/wi
ki/File:Chlorophyll_ab_spectra2.P
NG
Sidst besøgt: 18.1.2014
Figur 4, NDVI billed
Public Lab
Link: http://i.publiclab.org
Direkte Link:
http://i.publiclab.org/system/imag
es/photos/000/000/385/original/r
ows_6220.jpg
Sidst besøgt: 19.1.2014
5|Side