Hoe dorstig zijn de gewassen?

Delftse ingenieurs scannen maisvelden met radar. Doel: een optimale oogst met zo min mogelijk sproeien, waar ook ter wereld.

BARD VAN DE WEIJER - Zachtjes ruist het mais onder het zuchtje wind dat over de polder trekt. Sommige van de windmolens in de velden draaien loom hun rondjes, maar op de meeste heeft de wind vandaag geen vat.


Onder een van de molens in het mais staan een keet en een bouwlift van een meter of tien hoog. In de top hangt een wit apparaat dat af en toe met een hoge zoemtoon heen en weer draait. Het is een scatterometer, een radarinstrument dat doorgaans in weersatellieten gemonteerd is. Deze worden onder meer gebruikt om op afstand windsnelheden en bodemvochtigheid te meten.


Het apparaat dat hier boven het mais op de velden rond Zeewolde staat opgesteld, is van ruimtevaartorganisatie ESA. 'Het wordt normaal gesproken gebruikt om in Finland de conditie van sneeuwoppervlakten te analyseren, voor onderzoek naar lawines', zegt Susan Steele-Dunne, universitair docent waterbeheer aan de TU Delft. 'Maar in de zomer hebben ze het niet nodig en mochten wij het gebruiken voor ons onderzoek.' Dus staat de SnowScat nu in het snikhete veld naar de mais te turen.


Scatterometers kunnen de zogenoemde diëlektrische eigenschappen van oppervlakten vaststellen. Die eigenschappen veranderen onder invloed van vocht en daarmee wijzigen de radarreflecties, de backscatter. Op basis van de reflecties kan de scatterometer zien hoe veel vocht er in de gescande oppervlakte zit. In het geval van mais zou een scatterometer kunnen vaststellen hoe veel water er in de planten zit en of het nodig is te sproeien.


Droogte, onder meer als gevolg van klimaatverandering, kan enorme gevolgen hebben voor oogsten, maar het is lastig te overzien waar de nood zo hoog is dat het vaak schaarse water ingezet moet worden voor irrigatie. Een satellietradar kan snel grote gebieden inventariseren. Zowel ESA als NASA heeft daartoe de afgelopen jaren sonden gelanceerd die met microgolven het vocht in de bodemoppervlakte meten. Voor deze satellieten vormt vegetatie echter een hindernis, omdat die het vrije zicht op de bodem verhindert. Ook kunnen de gebruikte instrumenten hooguit een centimeter of vijf de bodem in kijken, terwijl je eigenlijk wil weten hoe vochtig het is op de plaats waar de planten wortelen, en dat is meestal een stuk dieper.


Indicatie

Waarom, dacht Steele, zou je in plaats van naar de bodem niet direct naar het gewas kijken? Als je kunt bepalen of sprake is van waterstress bij planten, weet je direct of extra vocht nodig is. Eerdere waarnemingen met radar vanuit de ruimte lieten al zien dat backscatter een indicatie kan zijn voor de vochthuishouding van het gewas: in gebieden met voldoende water in de bodem laten radarwaarnemingen weinig verschil zien in backscatter in de ochtend en aan het eind van de middag. In gebieden waar de bodem uitgedroogd is, is de backscatter in de middag veel minder sterk.


Dat komt, zegt Steele, doordat er aan het eind van een hete dag minder vocht in de bovenste delen van het gewas zit, wat een aanwijzing voor waterstress kan zijn. Er is dus een sterke relatie tussen de hoeveelheid vocht in de bodem en de hoeveelheid water in de plant na een lange, hete dag. Door de verandering van de hoeveelheid vocht in de plant veranderen de diëlektrische eigenschappen, wat terug te zien is in de beelden van de radar.


Zou het niet mooi zijn als je op basis van deze eigenschappen per gewas kunt vaststellen hoe de vlag erbij hangt? Het probleem is alleen dat zo'n radar geen idee heeft wat hij ziet, zegt Steele. Hij registreert de veranderende vochthuishouding van de planten, maar of dit betekent dat er waterstress is of niet, dat weet hij niet. Daarom moeten de gegevens van de radar worden vergeleken met data die op andere wijze iets zeggen over de vochthuishouding van de plant. Daartoe hebben Steele en promovendus Tim van Emmerik een tweede miniradar, die met een kleine antenne diëlektrische eigenschappen kan meten. Elke dag om zes uur 's ochtends en zes uur 's avonds worden de bladeren en stokken geanalyseerd van een levende maisplant uit een veldje naast het veld dat door de radar wordt gescand. De plantdelen worden tussen twee stukjes teflon geplaatst, waarna ze onder de antenne worden gehouden. Vervolgens worden de gemeten plantdelen afgesneden, gewogen, gedroogd en opnieuw gewogen, waarna precies bekend is hoeveel water erin zat.


Referentie

Door telkens de diëlektrische eigenschappen van de plantdelen te vergelijken met de hoeveelheid water, ontstaat een dataset die als referentie moet dienen voor de diëlektrische eigenschappen die de grote radar heeft gemeten. De ESA-radar is bijzonder omdat deze op uiteenlopende frequenties kan werken. Met de hoogste van 18 gigahertz wordt het bovenste bladerendek geanalyseerd, en door met telkens lagere frequenties te scannen, kunnen ook de delen dichter bij de grond worden bekeken. Eigenlijk is de laagste frequentie van 9 Ghz van ESA's SnowScat nog te hoog om helemaal bij de bodem te komen, zegt Steele, maar op de laagste frequentie kijk je in elk geval al een stuk dieper het gewas in.


De hoop is dat het deze zomer lang genoeg droog blijft, zodat de planten in waterstress zullen komen, en de onderzoekers weten welke diëlektrische eigenschappen overeenstemmen met het moment waarop de plant dreigt te verdorren. 'Voorlopig is het nog niet zo ver', zegt Steele. 'De grond lijkt kurkdroog, maar er zit nu nog vocht op zo'n 20 centimeter diepte.' Aangezien de wortels van een volwassen maisplant tot een meter diep reiken, zou het mooi zijn als het voorlopig nog even niet regent.


Maar eerst moet er nog een kalibratiebol in het veld worden geplaatst als basisreferentie voor de radar. Steele en Van Emmerik plaatsen de aluminium bol van 30 centimeter doorsnede daartoe op een 5 meter lange bamboestok. De kunststof spies waaraan de bol vastzit, wordt met tiewraps en ducttape aan de stok vastgemaakt. 'Engineering op het hoogste niveau', grapt Van Emmerik. 'Zelfs met de mooiste instrumenten moet je soms een beetje klussen', zegt Steele. Beide onderzoekers hopen dat hun vinding over enkele jaren in een baan om de aarde draait, in een satelliet die boeren overal ter wereld helpt met schaars water een optimale oogst te bereiken.


Susan Steele hydrologe TU Delft

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden