Japońskie rolnictwo boryka się z wieloma poważnymi problemami, takimi jak starzenie się pracowników, brak następców oraz liberalizacja handlu w ramach Partnerstwa Transpacyficznego (TPP). Grupa badawcza pracuje nad optymalizacją i automatyzacją rolnictwa, aby rozwiązać te problemy, wykorzystując kamerę termowizyjną FLIR AX8 do zbierania obrazów temperatury upraw podczas procesu uprawy. Dzięki wizualizacji temperatur powierzchni upraw w postaci szeregu czasowego – technologii niedostępnej w przeszłości – uzyskane dane mogą przyczynić się do poprawy optymalizacji i automatyzacji rolnictwa.
Grupa badawcza, w skład której wchodzą profesor Ryo Miyake z Uniwersytetu Tokijskiego (Graduate School of Engineering), profesor Atsushi Ogawa z Akita Prefectural University (Faculty of Bioresource Sciences), docent Tetsushi Koide z Uniwersytetu w Hiroszimie (Research Institute for Nanodevice and Bio Systems, czyli RNBS) oraz inni eksperci, pracuje nad projektem zatytułowanym „Development of plant growth estimation technologies combined with robust field monitors and micro-fluidic model simulating plant vascular system” w JST CREST (przyp własny: „Opracowanie technologii szacowania wzrostu roślin w połączeniu z solidnymi monitorami polowymi i mikroprzepływowym modelem symulującym układ naczyniowy roślin” w JST CREST) . Profesor Koide i jego zespół zajmują się gromadzeniem i analizą danych dotyczących procesu uprawy roślin rolniczych.
Starzenie się ludności rolniczej i know-how
W związku ze starzeniem się pracowników i brakiem następców w japońskim rolnictwie, w różnych segmentach coraz częściej dąży się do automatyzacji. Japonia jest obecnie znana jako piąta co do wielkości potęga rolnicza na świecie. Jednak ponad 60% ludności rolniczej ma 65 lat i więcej, podczas gdy ludność pracująca poniżej 35 roku życia stanowi niestety tylko 5%.
Ponieważ niezwykle ważna wiedza rolnicza na temat pielęgnacji upraw nie jest już przekazywana w tradycyjny sposób, trzeba ją gromadzić z różnych źródeł. „Aby przekazać wiedzę rolników-weteranów, konieczne jest zebranie różnych danych” – wyjaśnia docent Koide.
Przede wszystkim trzeba wiedzieć, jak przygotować nawozy i składniki odżywcze. „W Japonii prawie nie ma takich samych klimatów” – zauważa Koide. „Środowisko klimatyczne zmienia się nawet w Japonii z powodu różnych czynników. W przeszłości w regionie Tohoku brakowało słońca, w porównaniu z normalnymi latami.”
Za pomocą kamery FLIR AX8 można określić temperaturę powierzchni upraw rolnych. Gromadząc dane dotyczące temperatury, naukowcy mogą tworzyć „wizualizacje” upraw rolnych, aby umożliwić stosowanie nowych praktyk, takich jak obliczanie godzin nasłonecznienia na określonych obszarach lub identyfikowanie ogólnych rozkładów temperatury.
Urządzenie FLIR AX8 stale obserwuje wzrost roślin.
W rzeczywistości coroczne prognozy meteorologiczne nie zawsze były dokładne. Jednak dzięki gromadzeniu danych dotyczących temperatury, obrazów termicznych i obrazów widzialnych w czasie rzeczywistym i okresowo za pomocą zainstalowanej na stałe kamery stacjonarnej, możliwe jest dostosowanie się do zmian środowiskowych poprzez odpowiednie dostosowanie ilości nawozów i składników odżywczych.
Co wpływa na klasy ryżu
Choć w japońskim rolnictwie maleje liczba następców, doskonalenie ras roślin uprawnych jest bardzo aktywne, czego dowodem jest rosnąca liczba odmian ryżu. Obecnie w kraju zarejestrowanych jest ponad 800 odmian ryżu, a doskonalenie ras nabiera tempa.
Dużą rolę w doskonaleniu ras odgrywają kamery na podczerwień. W ostatnich latach w Japonii wystąpiły anomalie pogodowe, którym towarzyszył wzrost temperatur. Wyższe temperatury mają wpływ nie tylko na zdrowie ludzi i zwierząt, ale także na wzrost upraw rolnych. W przypadku ryżu, jeśli temperatura wzrośnie w okresie dojrzewania, roślina doznaje „uszkodzeń spowodowanych wysoką temperaturą” i wyrasta z niej wiele niedojrzałych białych ziaren itp. Przyczyną tego są nie tylko zbyt wysokie temperatury, ale także sposób gospodarowania wodą i nawozami przez rolników. Uszkodzenia wysokotemperaturowe wpływają również na klasę jakościową ryżu.
FLIR AX8 generuje obrazy w podczerwieni o rozdzielczości 80 x 60 pikseli wraz z informacjami o temperaturze.
Kamera na podczerwień umożliwia badaczom identyfikację wszelkich powiązań danych dotyczących rozkładu temperatury i obrazów termicznych w czasie rzeczywistym z tendencją do występowania uszkodzeń spowodowanych wysoką temperaturą. Wprowadzenie kamer termowizyjnych na wczesnym etapie może umożliwić stworzenie środowiska, które zminimalizuje uszkodzenia ryżu.
Ponadto, gromadząc dane dotyczące temperatury, badacze mogą sprawdzić rozkład godzin nasłonecznienia i temperatury ryżu i liści, co może pomóc w ograniczeniu uszkodzeń ryżu poprzez określenie odpowiedniej ilości wilgoci. Dalsze gromadzenie danych pomoże również rolnikom w podejmowaniu decyzji o przyspieszeniu lub opóźnieniu uprawy w kolejnych latach, co byłoby niemożliwe przy wykorzystaniu jedynie istniejących zapisów i wiedzy.
Kamery na podczerwień są szczególnie skuteczne w tych okolicznościach, ponieważ mogą monitorować stan temperatury liści w czasie rzeczywistym. W konwencjonalnych metodach można mierzyć fotosyntezę, często umieszczając roślinę w specjalnej komorze, ale dzięki podczerwieni można mierzyć temperaturę liści bez narażania ich na stres, a także śledzić związek temperatury z transpiracją.
Jest wysoce prawdopodobne, że zarządzanie ryżem przy pomocy takiej obserwacji stanu roślin poprawi ich jakość, a także zapobiegnie spadkowi jakości spowodowanemu uszkodzeniami spowodowanymi wysoką temperaturą i innymi czynnikami. „W przyszłości chcielibyśmy dalej rozwijać nasze badania, tak aby kamery na podczerwień mogły być stosowane w lokalnych uprawach w prefekturze Hiroszima” – mówi docent Koide.
Godziny nasłonecznienia i rozkład temperatur na liściach są mierzone na podstawie danych temperaturowych.
Perspektywy na przyszłość dla rolnictwa
Celem docenta Koide jest „praktyczne zastosowanie technologii uprawy nowej generacji i promowanie szerokiego wykorzystania technologii detekcji obrazu wśród rolników, przy jednoczesnym dążeniu do łatwości korzystania z tej technologii”. Tradycyjnie, technologie rolnicze były opracowywane głównie w oparciu o praktyczną wiedzę i doświadczenie rolników. Zupełnie nowym doświadczeniem jest dla nich okresowe zbieranie danych o temperaturze w czasie rzeczywistym i wykorzystanie tych danych do uzyskania wykresu trendu temperatur ryżu i liści ryżu.
Monitorowanie temperatury liści za pomocą AX8.
Prowadząc rejestry trendów temperaturowych, rolnicy mogą mierzyć stan fotosyntezy. FLIR AX8 odgrywa ogromną rolę w wizualizacji trendów uszkodzeń spowodowanych wysoką temperaturą.
Obecnie uniwersytety uczestniczące w projekcie badawczym JST CREST wykorzystują go do testowania czujników i informacji sensorycznych przydatnych w technologii upraw nowej generacji. Oczekuje się, że kamery FLIR do ciągłego monitoringu, zdolne do zbierania i przetwarzania danych i obrazów dotyczących temperatury, w znacznym stopniu przyczynią się do rozwoju rolnictwa.
Źródło artykułu i fotografii: https://www.flir.eu/discover/rd-science/optimizing-japanese-agricultural-practices-with-the-flir-ax8/