För mycket av det goda kan vara dåligt. Det är verkligen sant för kvävegödselmedel.

Utan tillräckligt med kväve, grödor växer inte bra. Avkastningen reduceras avsevärt.

Applicera för mycket kvävegödsel, å andra sidan, kan skada miljön. Kväve kan komma in i vattendelen, förorenande vattenlevande ekosystem. Mikrober kan också omvandla överskott av kväve till lustgas, en växthusgas inblandad i klimatförändringarna.

"Att hantera kväve är avgörande för global livsmedelssäkerhet, "säger Yuxin Miao, en agronom vid University of Minnesota. "Det är också avgörande för att minska föroreningar och klimatförändringar."

Miao och hans kollegor har undersökt sätt att effektivt hantera kväve i jordbruket. De jämförde flera tillvägagångssätt. Forskarna fann att ett tillvägagångssätt, aktiv baldakinsensorbaserad kvävehantering, är den mest effektiva.

Sensorbaserad kvävehantering använder ljussensorer för att aktivt övervaka grödors hälsa och vitalitet. Sensorerna mäter olika våglängder av ljus som kommer från grödblad. Dessa mätningar fungerar som ombud för grödors hälsa.

Baserat på fältmätningar, mjukvara i sensorerna kan beräkna hur mycket kvävegrödor behöver. Jordbrukare kan använda dessa data för att applicera optimala mängder kväve på grödor.

Målet är att "matcha kväveförsörjningen med efterfrågan på växtkväve, "säger Miao. Det gör att grödor får tillgång till kvävegödselmedel exakt när de behöver det mest. I sin tur, som kan öka avkastningen.

Detta tillvägagångssätt har flera fördelar jämfört med andra strategier för hantering av kväve. "Det minskade den totala appliceringen av kvävegödsel, "säger Miao." Det minskade också kväveförlusten i miljön och minskade kväveoxidutsläpp. "

Canopy sensorbaserade system har också flera andra fördelar. "Att använda sensorer är snabbt och icke-destruktivt, "säger Miao." Det finns inga merkostnader utöver köpet av sensorerna. "

Också, de senaste sensormodellerna påverkas inte av miljöbelysning. Det betyder att odlare kan få en noggrann mätning oavsett väder - inga moln behöver rensas.

Det kan också finnas monetära fördelar. "Denna teknik kan minska användningen av kvävegödselmedel, "säger Miao." Jordbrukare kan sänka produktionskostnaderna och öka den ekonomiska avkastningen. "

För att testa olika kvävehanteringsstrategier, Miao och hans kollegor genomförde fältförsök från 2008 till 2012. Studieplatsen var i Hebei -provinsen i norra Kina. Forskarna testade de olika strategierna på ett vintervete och sommar majsrotationssystem.

Några av de andra kvävehanteringsstrategierna som testats av Miao minskade också användningen av gödningsmedel. Men de hade alla nackdelar. Till exempel, ett system krävde testning av jorden för kvävehalter. "Dock, detta system hade arbetskraft, tid, och kostnadsbegränsningar, säger Miao.

Miao arbetar nu med att göra förbättringar. Några av de nya systemen kommer att vara mer lämpliga för beskärningssystem med hög avkastning. Andra kan vara mer effektiva än de nuvarande handhållna.

Miao hoppas att dessa sensorsystem kommer att ha global räckvidd. "Denna strategi för kvävehantering skulle fungera med stora grödor i många länder."

Men Miao tror att bönder inte kan göra det ensamma. Bönder, forskare, och tjänsteleverantörer måste arbeta tillsammans. "Det kan underlätta utbredd användning av detta system, särskilt i utvecklingsländer, " han säger.

Miao presenterade dessa resultat vid mötet i november 2018 i American Society of Agronomy and Crop Science Society of America i Baltimore, MD.