Bij het onderzoek naar relaties tussen gewasreflecties en stikstof status is vanaf 1990 tot heden steeds een CropScan sensor gebruikt. Dit type sensor is er in een aantal verschillende uitvoeringen. Om het onderzoek door de jaren heen te kunnen vergelijken, is het belangrijk steeds deze sensor als standaard te gebruiken. De sensor zelf is echter niet geschikt om op landbouwwerktuigen te integreren, daarvoor is het apparaat te kwetsbaar. In dit onderzoek zijn, naast metingen met de CropScan sensor, de gewassen ook met andere typen sensoren gescand die ontwikkeld zijn voor toepassingen op landbouwmachines.
Hieronder worden de specificaties van de verschillende sensoren behandeld. Naast de CropScan sensor zijn dat de N-Sensor van Yara, de CropCircle en de GreenSeeker sensor. Uit de sensormetingen zijn vegetatie indexen berekend, waarvan uit onderzoek is gebleken dat zij een relatie hebben met de stikstofstatus van het gewas.
3.2.1
CropScan sensor
Afbeelding 1 De CropScan sensor Model MSR16R
De CropScan MSR87 en MSR16R (Afbeelding 1) zijn gebruikt voor het meten van de gewasreflecties. Booij gebruikte de MSR87 uitvoering. In het onderzoek in 2010 is, naast de MSR87, een MSR16R sensor gebruikt. De MSR87 meet in 8 nauwe banden in het bereik (460-810 nm) gecentreerd op de frequenties 460, 510, 560, 610, 660, 710, 760 en 810 nm, met een bandbreedte van 10 nm. Het model MSR16R kan tot maximaal 16 sensorbanden meten in een bereik van 450-1750 nm.De bandbreedtes van de MSR87 zijn hierbij inbegrepen. In Tabel 12 zijn golflengtefrequenties en bandbreedtes van beide typen CropScan sensoren weergegeven.
Tabel 12 CropScan meetbereik golflengtes, bandbreedtes, meetmethode Centrum golflengtes (CWL) en bandbreedtes (BW) van up en down sensor MSR87 en MSR16R
Centrum golflengte (CWL) nm Bandbreedte (BW) nm MSR87 MSR16R 460 blauw 10,0 X X 490 7,3 X 510 10,0 X X 560 groen 9,4 X X 610 10,3 X 660 (rood) 10,0 X 670 10,0 X 700 12,3 X 710 10,0 X 720 12,6 X 730 12,9 X 740 13,1 X 760 10,0 X X 780 10,0 X 810 infrarood 10,0 X X 870 12,2 X 900 12,7 X 970 10,0 X 1080 14,8 X
De stralingsmeter is aan een uitschuifbare stok bevestigd. De meethoogte kan variëren van 1,60 tot 3,00 meter. De sensor werd verticaal boven het bladerdek van het gewas gehouden. De diameter van de gemeten oppervlakte is gelijk aan de helft van de sensorhoogte boven het gewas. Aangenomen wordt dat de straling op de bovenzijde van de sensor gelijk is aan de straling die op het onderliggende bladerdek valt. De data worden verzameld via bijgeleverde terminal met software. Deze digitaliseert de stroomsterkte en rekent deze vervolgens om naar reflectiepercentages in de gekozen bandbreedtes. Met de software kan het gemiddelde van een van te voren ingesteld aantal metingen worden berekend. Bij elke scan of serie waarnemingen worden gegevens van plotnummer, tijd, temperatuur en stralingsintensiteit opgeslagen. Betrouwbare metingen kunnen worden uitgevoerd tot stralingsintensiteiten van minimaal 300 Watt per m2.
Uit de sensorgegevens zijn Vegetatie Indices (WDVI, NDVI en REP) berekend.
3.2.2
Yara N-sensor
Een veelgebruikte sensor is de Yara N-sensor. Deze sensor is door kunstmestfabrikant YARA ontwikkeld voor stikstof bijmest adviezen. Deze sensor meet invallend licht en gereflecteerd licht in een bereik van 600 tot 1100 nm, in 51 bandbreedtes van 10 nm (600, 610, 620….1090, 1100). De sensor wordt op het dak van een tractor gemonteerd (Afbeelding 2). De reflectie wordt bepaald met 4 sensoren die onder een hoek de gewasreflectie meten. De vier sensoren meten een oppervlakte van ongeveer 50 m2. De vijfde sensor is
recht naar boven georiënteerd en meet het invallende licht. Elke seconde wordt een meting gedaan. Omdat de vier sensoren die gewasreflectie meten onder een hoek staan, worden de waarden door de software gecorrigeerd.
Uit de gemeten waarden kunnen Vegetatie Indexen worden berekend, afhankelijk van het doel van de meting. Voor advisering voor stikstof bijbemesting zijn dit achtereenvolgens; WDVI, NDVI en REP.
© Praktijkonderzoek Plant & Omgeving 39
3.2.3
CropCircle sensor
Afbeelding 3 CropCircle sensor en GeoSCOUT datalogger voor het meten van de reflectie
De CropCircle sensoren zijn actieve licht sensoren met een eigen lichtbron. Hierdoor is de sensor niet afhankelijk van natuurlijke lichtomstandigheden en kan ook ’s nachts worden gemeten. De gebruikte sensoren zijn van het type ACS-470. De sensor werd gedistribueerd door Holland Scientific, maar wordt vanaf 2010 gedistribueerd door AGleader (onder de naam OptRx). De OptRx sensor is volgens de distributeur een verbeterde versie van de CropCircle sensor. Bij de CropCircle sensoren kunnen de golflengtes worden ingesteld door verschillende filters voor de sensoren te plaatsen. Bij akkerbouwer Claassen in Vierhuizen is gewerkt met de standaard configuratie en gemeten op de volgende golflengtes; 670 nm, 730 nm en 760 nm. De gemeten intensiteit van de golflengtes wordt met de bijgeleverde software omgerekend naar vegetatie indexen; de Standaard Vegetatie Index (NDVI) en de NDRE. Daarnaast worden ook de afzonderlijke reflectiewaarden vastgelegd in het systeem. Hierdoor is het mogelijk achteraf vegetatie indexen te berekenen, bijvoorbeeld de WDVI, en deze te vergelijken met de waarden die gemeten zijn met andere sensoren.
De data van de sensoren zijn vastgelegd met een GeoSCOUT GLS-420 datalogger (Afbeelding 3). De GeoSCOUT legt de data van de beide sensoren afzonderlijk vast en koppelt aan de sensorwaarde een GPS coördinaat. Dat coördinaat is een berekend coördinaat. De GPS ontvanger zelf is op de veldspuit
gemonteerd, maar op basis van de gemeten afstand van de sensor tot de ontvanger worden de
coördinaten van de afzonderlijke metingen van de beide sensoren berekend. De output van de sensor is een “.csv” bestand met daarin een aantal kolommen. In deze kolommen worden de WGS84 GPS coördinaten (in graden en decimalen), de berekende indexen, de sensor (nr. 1 of 2) en de reflectiewaarden van de 3 verschillende golflengtes (licht frequenties zoals die zijn geïnstalleerd op de sensor) weergegeven.
3.2.4
GreenSeeker
GreenSeeker (Afbeelding 4) is een actieve licht sensor, die rood en Infrarood licht meet met een gemiddelde golflengte van 660 (rood) en 770 nm (NIR) met een bandbreedte van ongeveer 25 nm. Uit de gemeten waarden worden twee vegetatie indexen berekend, die bij een aantal toepassingen voor precisielandbouw worden gebruikt, de ‘Ratio’ en de ‘Normalized Difference’ (NDVI). Deze indexen vergelijken de relatieve reflectie van grond en gewas bij de twee gemeten lichtbanden.
Door de sensor aan een computer te koppelen kan een andere vegetatie index op de sensor worden geïnstalleerd. In totaal kan uit vijf indexen worden gekozen. Naast RVI (Ratio) en NDVI zijn SA-NDVI (soil adjusted), WDR-NDVI (Wide Dynamic Range) en IRVI (Inverse Ratio) beschikbaar. Voor dit onderzoek is gebruik gemaakt van de NDVI.
NDVI = (r770 - r660) / (r770 + r660)
3.2.5
Reflectie-indices
Uit de golflengten zijn onderstaande vegetatie indexen berekend: NDVI, WDVI groen, WDVI rood, en REP volgens onderstaande formules:
NDVI = (r760 - r670) / (r760 + r670)
WDVIgr = r810 - (bare_r810 / bare_r560 ) * r560 WDVIro = r810 - (bare_r810 / bare_r670 ) * r670
REP = 700 + 40 * (((r760 + r670) / 2) - r700) / (r760-r700)
Tabel 13 Reflectiesensoren die meten in lichtfrequenties waarmee verschillende vegetatie indices kunnen worden berekend
CropScan CropCircle GreenSeeker Yara N-sensor
NDVI X X X X
WDVIgroen X
WDVIrood X X X X
REP X X
Tabel 13 geeft een schematische weergave van de sensoren en de vegetatie indices die ermee kunnen worden berekend. De praktijksensoren Yara N, GreenSeeker en CropCircle (Optrx) meten geen reflectie bij 560 nm. WDVIgroen kan niet met deze sensoren worden bepaald. WDVIrood kan in principe met de gemeten frequenties van alle sensoren worden berekend. Voor berekening van de WDVI is echter wel een aparte reflectiemeting van kale grond (bare) nodig. CropCircle en Yara leveren een Vegetatie index waarbij rekening wordt gehouden met een correctie voor grondreflectie. Bij de gebruikte GreenSeeker sensoren was dit niet het geval.