UAV-based NDVI assessment of frost impacts on native maize in the Ecuadorian Andes

Stel je voor dat je een boer bent die probeert het perfecte gewas te verbouwen, maar je hebt een sluwe, onzichtbare vijand: de kou. In de hoge bergen van de Andes kan de temperatuur 's nachts zo laag dalen dat het water in de plantencellen bevriest, uitzet en de celwanden doet knappen als kleine knappende ballonnen. Dit is vorst, en het verandert gezonde groene bladeren in bruine, dode brij. Om dit te bestrijden, hebben wetenschappers een speciale vorm van "supervisie" gebruikt die remote sensing wordt genoemd. Denk aan een gezondheidsmonitor voor planten. Net zoals een arts je hartslag kan controleren om te zien of je gezond bent, gebruiken wetenschappers een instrument genaamd NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) om te controleren hoe "groen" en krachtig een plant is. Gezonde planten weerkaatsen veel licht, wat een hoge score oplevert, terwijl zieke of dode planten er dof uitzien en een lage score geven. Stel je nu voor dat je deze gezondheidscontrole niet met een handbediend apparaat uitvoert, maar door een drone over het veld te laten vliegen, waarbij duizenden foto's worden gemaakt om een enorme, gedetailleerde kaart van de plantgezondheid te creëren. Dit is de wereld van precisielandbouw, waar technologie ons helpt te begrijpen hoe het weer onze voedselvoorziening schaadt en hoe we dat mogelijk kunnen oplossen.

In dit onderzoek besloot een team onderzoekers van de Universiteit van Cuenca in Ecuador deze dronetechnologie op de proef te stellen bij een zeer specifiek type maïs genaamd "Zhima". Dit is niet zomaar een gemiddelde supermarktmaïs; het is een inheemse variëteit die de lokale bevolking al generaties lang verbouwt in de hoge Andes, waar het ongeveer negen maanden duurt voordat de plant rijp is. De onderzoekers zetten een experiment op bij de Nero Experimentele Boerderij, gelegen hoog op 3.100 meter boven zeeniveau. Hun oorspronkelijke plan was om te kijken of het veranderen van het aantal maïszaadjes dat ze per vierkante meter plantten of het toevoegen van verschillende hoeveelheden stikstofmeststof de maïs beter zou laten groeien. Ze vlogen vijf keer met hun drone over het veld terwijl de maïs groeide, van het moment dat deze net vier bladeren had tot wanneer de korrels volledig rijp waren.

De natuur had echter een ander plan. In plaats van alleen maar te groeien, werd de maïs getroffen door herhaalde vorstperiodes. De onderzoekers volgden de situatie nauwlettend; de temperatuur daalde soms tot 2°C of raakte zelfs de 0°C, vooral wanneer de lucht erg vochtig was. Ze gebruikten hun dronefoto's om de NDVI-score van de maïs in elke fase te berekenen. De resultaten waren spectaculair. Voordat de vorst echt toesloeg, deed de maïs het redelijk goed, met NDVI-scores rond de 0,746. Maar toen de koude nachten arriveerden, stortten de scores in. Bij de vierde vlucht, toen de temperatuur nabij de 2°C lag en de luchtvochtigheid hoog was, kelderde de NDVI-score naar negatieve getallen (-0,047). Een negatieve score is een groot ding; het betekent dat de planten zo beschadigd waren dat de drone vooral de kale, bruine bodem eronder zag in plaats van groene bladeren. De maïs was in feite ingestort.

Het team voerde vervolgens serieuze berekeningen uit om te achterhalen wat de oorzaak van deze crash was. Ze vergeleken de weergegevens met hun landbouwtechnieken (meststof en plantdichtheid). Het antwoord was duidelijk en enigszins somber: het weer was de baas. De studie vond dat de minimumtemperatuur en de maximale luchtvochtigheid de grootste drijfveren waren voor de gezondheid van de plant, wat de effecten van de meststof of de dichtheid van de beplanting ver overtrof. Hoewel het toevoegen van meer stikstof of het planten met een specifieke dichtheid hielp om de maïs er iets groener uit te laten zien wanneer het kalm was, was het alsof je een dunne trui draagt tijdens een sneeuwstorm — het was simpelweg niet genoeg om de vorst de schade te laten aanrichten. De gegevens lieten zien dat de inheemse Zhima-maïs, hoewel op veel vlakken taai is, een zeer beperkte veerkracht heeft tegen deze extreme koudefronten.

Uiteindelijk suggereert het artikel dat hoewel we onze landbouwmethoden kunnen aanpassen, we de vorst niet gemakkelijk met standaardtrucs alleen kunnen slim af zijn. De drone bewees een uitstekende detective te zijn, die het exacte moment ontdekte waarop de planten van gezond naar verwoest gingen. De onderzoekers concluderen dat om deze gewassen in de toekomst te redden, we niet alleen kunnen vertrouwen op betere meststoffen; we moeten maïsvariëteiten ontwikkelen die van nature taaier zijn tegen de kou of nieuwe manieren vinden om de velden actief te beschermen tegen de vrieskou in de nacht. De studie bevestigt dat voor boeren in de hoge Andes de vorst een machtige, destructieve kracht blijft die technologie kan helpen zien aankomen, maar die met de huidige methoden niet noodzakelijkerwijs kan stoppen.