衛星画像で省力化！　広域的な秋まき小麦の追肥判断

道総研 十勝農業試験場　研究部　農業システムグループ・生産技術グループ

１．背景と目的
　「きたほなみ」の追肥判断の指標となる起生期茎数と止葉期窒素吸収量の測定は、時間を要するとともに、定点情報のため大区画圃場での代表値の把握に課題がある。衛星画像は広範囲を一度に撮影して地点毎にデータを取得できるため、圃場毎に代表値を簡易に把握できる。衛星画像と定点の生育情報を併用することで、生育情報を広域的に把握して追肥等の意思決定に活用することが期待される。そこで、本研究では衛星画像を用いた秋まき小麦の起生期茎数および止葉期窒素吸収量の推定手法開発を目的とした。

２．試験の方法
１）起生期における茎数推定および無追肥判定手法の確立
衛星画像により茎数推定および起生期無追肥判定手法を確立するとともに精度を検証する。
供試圃場：十勝農試場内および現地の小麦圃場（十勝管内）
検討項目：越冬前と起生期のNDVIと茎数の関係、NDVIに影響を及ぼす条件（局所的な生育不良、表面の凍結）、中央化と標準化、茎数推定と無追肥判定の手順、茎数推定誤差、無追肥判定の適合率
２）止葉期における窒素吸収量推定手法の確立
衛星画像により広範囲で止葉期窒素吸収量の推定を可能とする手法を確立する。
供試圃場：十勝農試場内および現地の小麦調査圃場（十勝、オホーツク管内）
検討項目：止葉期の正規化指数と窒素吸収量の関係、止葉期と撮影日の日数差、窒素吸収量推定範囲

３．成果の概要
１）PlanetDove衛星群とSentinel-2衛星において、越冬前および起生期の茎数2000本/m2未満の範囲で茎数とNDVIの間に有意な相関が認められ、全画像でRMSEは300本/m2未満となったものの、回帰係数は撮影日毎で異なった。これは、NDVIの標準偏差および平均値が撮影日毎で異なるためである。
２）同一年次・対象地域内の小麦圃場ではNDVIの標準化（sNDVI）により、異なる撮影日の画像でも、越冬前茎数推定の回帰式は同じになった。一方、sNDVIから起生期茎数を推定する際は撮影日毎に推定する必要がある。
３）異なる年次・地域の比較では、茎数とsNDVIによる回帰式の傾きおよび切片は異なった。そのため、対象地域内の茎数の標準偏差および平均値を考慮して茎数を推定することとし、本手法では茎数の標準偏差から推定式の傾きを決定した。茎数の実測調査で対象地域内における茎数の標準偏差および平均値を算出し、推定式の傾きおよび切片を決定した（図1）。冬損等の障害がなく越冬前から起生期にかけて茎数は減少しないと仮定すると、茎数推定と起生期無追肥判定は越冬前に可能であり、越冬前に追肥要否を判断できなかった圃場のみで起生期にも実施する。
４）局所的な生育不良地点（葉色薄い、動物の食害など）および葉や土壌が凍結している地点は外れ値となるため、茎数調査地点に生育不良地点を選定しない。
５）2021年越冬前、2022年起生期に現地圃場（A町、B町）で茎数を推定すると、RMSEは越冬前で286本/m2、起生期で300本/m2となった。無追肥判定すると、300本/m2の誤差を許容した際の適合率は90%であった（図2）。
６）止葉期窒素吸収量はSentinel-2衛星画像から、NDRE2、止葉期と撮影日の日数差、NDRE1とNDRE3の差を用いて、年次・地帯・土壌型を問わず、15 kg N/10aまでの範囲で推定可能である（図3、推定誤差2.8 kg N/10a）。止葉期とその前後の窒素吸収量との比較から、止葉期の10日以内の衛星画像であれば止葉期窒素吸収量を推定可能であるため、追肥判断に活用できる。

４．留意点
　茎数推定および無追肥判定の具体的な手順を道総研のウェブページ（農業技術情報広場）で公開している。

詳しい内容については、次に問い合わせください。
道総研十勝農業試験場 農業システムグループ
電話（0155）62-2431
Email: tokachi-agri@hro.or.jp

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