Kooistra geïnaugureerd als hoogleraar Remote Sensing: ‘Werken aan optimale landbouwsystemen’

Kooistra is met zijn team aan de slag met remote sensing-technieken die op millimeterschaal gedetailleerd zijn, om zo op veld- en plantniveau informatie in te winnen over productie en oogst. “De aarde heeft de capaciteit om in 2050 tien miljard monden te voeden, maar onze landbouwsystemen moeten daarvoor optimaler worden”, stelt Kooistra in zijn rede. “Denk aan precisie-bemesting, efficiënte inzet van chemische middelen en omgaan met droogte. Daar wil ik me voor inzetten.”

Binnen het vakgebied vindt Kooistra het belangrijk om techniek niet op te dringen, maar te denken vanuit de vraag van een gebruiker. “Er is heel veel interessante technologie, en daarmee willen we ook innoveren. Maar ik vind het wel belangrijk om gericht keuzes te maken. Met studenten redeneer ik daarom ook terug vanuit een toepassing naar de gebruikersvragen. Soms is het voor een teler al genoeg om het veld met behulp van satellieten in zones in te delen die andere vormen van management vragen. In andere situaties kan juist meer technologie en sensorwerk nodig zijn.”

Onderzoek naar plantenstress

Een voorbeeld van een hightech project waar Kooistra aan meewerkt is het Europese samenwerkingsproject I-Seed. Daar worden sensors zo klein als zaadjes ontwikkeld, die biologisch afbreekbaar zijn. Deze kunnen op moeilijk bereikbare plekken uitgestrooid worden en de temperatuur, vocht of kwikconcentratie in de bodem meten. “Dit noemen we soft robotics. Het is een vrij experimenteel onderzoek, maar we gaan het binnenkort in het veld testen. Het onderdeel waar ik vooral aan werk, is het meten van actieve fluorescentie. Met een fluorescentiecamera willen we straks over een gebied met uitgestrooide mini-sensoren heen vliegen, en het fluorescentiesignaal meten. Dit is echt een hele nieuw sensorprincipe.”

Voor planten is fluorescentie een onderdeel van het fotosyntheseproces. “Als er op plantniveau meer grip kan komen op processen van fotosynthese, kunnen we zien waar beperkingen zitten, en wat daar aan gedaan kan worden. Welke stresscondities hebben effect op fotosynthese, zoals droogte? Een resultaat kan zijn dat je ziet dat een plantengroep bijvoorbeeld meer irrigatie nodig heeft, om een hogere productie te creëren. Dan ga je richting preciesielandbouw.”

Het fluorescentieonderzoek is breder dan alleen het I-Seed project en een belangrijk onderzoeksdoel voor Kooistra. “Het is ook interessant voor veredelaars. Welke planten kunnen beter tegen droogte? Veredelaars willen steeds meer gebruik maken van deze technieken om data in te winnen. Zo kunnen ze genetica uit het lab combineren met processen in het veld, en keuzes te maken voor de beste variëteiten.”

Infrarood, 3D en stikstofmetingen

Bij Remote Sensing worden ook camera’s ontwikkeld die in andere delen van het spectrum kunnen kijken, zoals ultraviolet (uv). “Insecten zien dit uv-deel om bloemen te spotten. Wanneer wij dit ook waarnemen, leren we insecten beter te begrijpen in de routes die ze afleggen.” Daarnaast zijn er camera’s zoals LiDAR, die 3D-beelden kunnen maken om bijvoorbeeld ziektes op te sporen in het veld. “We leren modellen om vanuit de cameraobservaties visuele uitingen van ziekte op te sporen, zoals bij machine learning. Dit is mogelijk een goede oplossingen voor de arbeidstekorten in het veld, want het is tijdrovend werk, vooral op grote percelen.”

Kooistra wil met al deze technieken weten hoe planten en insecten met elkaar interacteren, hoe planten groeien en hoe je plagen kunt opsporen. Agronomen en telers kunnen daar dan weer mee aan de slag, om maatregelen te nemen. “Beter zicht op plantengroei in agrarische systemen is het doel. Daarvoor is zowel hoog over – letterlijk, met behulp van satelieten – als gedetailleerde informatie vanuit drones nodig.”

“Om nog één voorbeeld te noemen: we hebben ontdekt dat het telen van tuinbonen met kolen een goede combinatie is. We hebben gemeten dat er stikstof vrij komt wanneer tuinbonen geoogst worden. Kolen krijgen daardoor een boost in de groei. Dit is ideale informatie voor het telen op stroken, een opkomende vorm van landbouw waar er met een grote diversiteit aan gewassen naast elkaar wordt gewerkt.”

‘Open overleg en duurzaam AI-gebruik belangrijk’

Kooistra, die na zijn studie Bodem, Water, en Atmosfeer aan Wageningen University & Research (WUR) een PhD deed bij de Radboud Universiteit in Nijmegen, startte in 2003 als researcher bij WUR. In 2012 begon hij de mogelijkheden voor drones in onderzoek te zien. Nu ziet hij dat drones steeds vaker standaard worden ingezet, complementair aan traditionele informatie. “WUR was daarin tien jaar geleden pionier. Nu gebruiken al minimaal tien onderzoeksgroepen binnen de WUR drones voor de inwinning van beelden. Denk bijvoorbeeld aan Marine Research, die ze inzet om de zeehondenpopulatie op de Wadden te onderzoeken. Zij willen ook 3D-cameratechnieken gaan gebruiken, om te onderzoeken of de zeehonden gezond zijn.”

Om dronegebruik goed te organiseren coördineert Kooistra al sinds 2012 de Unmanned Aerial Remote Sensing Facility (UARSF). “Hierin overleggen we binnen alle WUR-groepen over de innovatiemogelijkheden en het veilig gebruik van drones en over de data-inwinning.” Binnen de groep wordt ook veel over de toepassing van AI uitgewisseld. Hoe ziet Kooistra AI? “Ik wil blijven weten hoe het precies werkt. Voor mij kan het niet een black box blijven. Waarom kan AI onkruid herkennen, hoe doet het systeem dat? Een ander punt waar ik aan wil werken is het efficiënt toepassen van trainingsdata voor machine learning: inwinnen van velddata is duur en hergebruik is belangrijk. Vaak zijn algoritmes specifiek getraind op een bepaalde dataset, zoals onkruid opsporen op zandgrond. Het generaliseren van dat soort modellen heeft aandacht nodig. Net als eerlijke data, en hergebruik van data. Het is belangrijk om elkaar te blijven ontmoeten, zodat je hierin kunt samenwerken. Dat vind ik duurzaam bezig zijn.”

Kooistra vindt het mooiste aan Remote Sensing dat er met een stukje technologie ruimtelijke informatie verkregen kan worden, waarmee je weer ruimtelijke verbanden kunt leggen. “Ik ben niet eens zo’n supertechneut, maar de vragen die het oproept, en de kans om te weten hoe planten precies groeien, vind ik ontzettend interessant. Daarom zitten er in mijn groep ook veel diverse mensen, van agri-onderzoekers tot optische natuurkundigen. We bevragen elkaar telkens, en ik leer ook weer elke dag nieuwe dingen. Die open geest blijft nodig, ook voor een hoogleraar.”