Use of reflectance measurements for the early detection of N, P, Mg, and Fe deficiencies in Zea mays L.

Mineral deficiencies can seriously reduce crop yield and economic returns to farmers. Reflectance measurements may provide inexpensive and fast estimates of the mineral status of plants. This study was conducted to examine specific changes of leaf reflectance due to nutrient deficiencies. During the 1998 and 1999 growing seasons leaf scans of N-, P-, Mg-, and Fe-deficient corn plants were performed with a digital LEICA S1 PRO camera under controlled light conditions. Leaf scans were evaluated with the L*a*b*-color system. This is a three-dimensional system with parameter a* describing the green/red percentage and parameter b* the blue/yellow percentage of a color. L* represents the lightness of a color. The a* and b* parameters provided good prediction of N, P, Mg, and Fe status of the plants in the wavelength ranges of 380—390 nm, 430—780 nm, 516—780 nm, 516—IR, and 540—600 nm because reflectance changed specifically due to the nutrient deficiency. Analyses of water-soluble and propanol-soluble pigments showed no significant changes in absorbance during latent deficiency. The results indicate that reflectance measurements may provide a powerful tool for the specific detection of latent nutrient deficiencies in corn plants. Reflexionsmessungen zur frühzeitigen Erkennung von N-, P-, Mg- und Fe-Mangel bei Zea mays L. Mangel an Pflanzennährstoffen vermindert vielfach den Ertrag und führt zu wirtschaftlichen Einbußen für den Landwirt. Zur Vermeidung von Ertragsverlusten ist eine spezifische und frühzeitige Erkennung von Mangelsituationen erforderlich. Reflexionsmessungen könnten eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit für die Bestimmung der Nährstoffversorgung von Pflanzen sein. Zur Vermeidung von Ertragsverlusten ist allerdings eine sichere und frühzeitige Erkennung von Mangelsituationen erforderlich. Die vorliegende Studie diente der Untersuchung spezifischer Reflexionsänderungen bei Pflanzen, ausgelöst durch einen Nährstoffmangel. In den Jahren 1998 und 1999 wurden Blatt-Scans von Maispflanzen mit N-, P-, Mg- und Fe-Mangel mit einer digitalen LEICA-S1-PRO-Kamera unter kontrollierten Lichtbedingungen durchgeführt. Die Scans wurden im L*a*b*-Farbraum ausgewertet. Es handelt sich um ein dreidimensionales System, wobei der Parameter a* den Grün/Rot-Anteil und der Parameter b* den Blau/Gelb-Anteil einer Farbe beschreibt. L* repräsentiert die Helligkeit einer Farbe. Anhand der a*- und b*-Werte konnten die untersuchten Nährstoffmängel eindeutig in den Wellenlängenbereichen 380—390 nm, 430—780 nm, 516—780 nm, 516—IR und 540—600 nm identifiziert werden, da sich die Reflexion nährstoffspezifisch änderte. Die Analyse der wasser- und propanollöslichen Pigmente zeigte jedoch keine signifikanten Unterschiede in der Absorption während eines leichten Nährstoffmangels im Vergleich zur Kontrolle. Die Ergebnisse der Reflexionsmessungen stellen eine gute Grundlage für die Früherkennung von Ernährungsstörungen dar.