Der größte Teil des Kaffees der Welt wird in tropischen Regionen angebaut. Ein sich änderndes Klima könnte jedoch dazu führen, dass Kaffee weiter nördlich wächst - zum Beispiel in Florida.
Um zu verstehen, wie das funktionieren könnte, bauen Wissenschaftler der University of Florida bereits Kaffeepflanzen in der UF / IFAS-Abteilung für pflanzenwissenschaftliche Forschung und Bildung an, etwa 30 Minuten südlich des Hauptcampus der UF in Gainesville.
Diese Forschung könnte eines Tages eine Tasse Freude am Morgen mit Ursprung im Sunshine State hervorbringen.
Dieses Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen dem UF Herbert Wertheim College of Engineering und UF/IFAS und wird durch ein Stipendium des USDA National Institute of Food and Agriculture finanziert.
Klimaschutz
„Kaffee ist eine Ernte von globalem Interesse, die aufgrund des Klimawandels bereits vor großen Herausforderungen steht. Gegenwärtig weiß die Welt sehr wenig über die Wurzeln von Kaffeepflanzen, ihre Architekturen und ihre Funktion unter den Bedingungen des Klimawandels. Die Wurzeln sind wichtige Punkte in diesem Prozess “, sagte Rowland.
Wurzeln sind jedoch nicht einfach zu studieren - und das nicht nur, weil sie sich im Untergrund befinden.
"Die meisten Methoden zur Untersuchung lebender Wurzeln umfassen letztendlich die Zerstörung der Wurzeln oder das Wachsen von Pflanzen in einer sehr künstlichen Laborumgebung", sagte Chris Wilson, Assistenzprofessor für Agrarökologie in der Abteilung Agronomie und Mitglied des Kaffeeforschungsteams. Zu diesem Team gehört auch Stefan Gerber, außerordentlicher Professor in der Abteilung Boden- und Wasserwissenschaften.
Um zu verstehen, wie Kaffee auf dem Feld wächst, verwenden die Forscher Minirhizotrons, klare Plastikröhrchen mit winzigen Kameras im Inneren. Die Geräte werden unterirdisch neben Pflanzen platziert, um Bilder ihrer Wurzeln aufzunehmen.
Minirhizotrons sammeln so viele Informationen, dass es sehr lange dauern würde, bis jemand alles durchgesehen hat, sagte Rowland.
Hyperspektrales Bildgebungssystem
Aus diesem Grund arbeiten die UF / IFAS-Wissenschaftler mit Alina Zare und Sanjeev Koppal am College of Engineering zusammen, um künstliche Intelligenz und Technologien für maschinelles Lernen anzuwenden, um diesen Prozess zu verbessern und zu beschleunigen.
Zare wird Ansätze für künstliche Intelligenz entwickeln, um die Minirhizotron-Bilder automatisch zu verarbeiten und zu verstehen. Koppal wird neue hyperspektrale Bildgebungssysteme auf Computer-Vision-Basis entwickeln, um mehr Informationen über die Wurzeln und den sie umgebenden Boden zu erfassen, als mit aktuellen Minirhizotron-Systemen erhalten werden können.
Dieses Projekt ist nur ein Beispiel dafür, wie UF-Forscher künstliche Intelligenz einsetzen, um Floridas Agrarsektor voranzubringen. Im Rahmen der Studie werden die Forscher laut Zare den Supercomputer HiPerGator 3.0 verwenden, um die Algorithmen zu testen, die sie für die Analyse von Daten der Minirhizotrons entwickeln. Der HiPerGator 3.0 ist Teil der 70-Millionen-Dollar-Partnerschaft zwischen Nvidia und UF und wird zu weiteren dieser KI-gesteuerten Forschungsprojekte in der gesamten Universität führen.
„Minirhizotron-Datensätze sind extrem groß, erfordern viel Bildverarbeitung und sind angesichts der kleinen Öffnungen mit einer enormen Messvariabilität behaftet. All diese Probleme sind für Ansätze des maschinellen Lernens zugänglich “, sagte Rowland. "Wir glauben, dass aktuelle Algorithmen, die durch unsere Zusammenarbeit entwickelt werden, in der Lage sein werden, wesentliche Teile der Datenerfassung aus Minirhizotron-Daten zu automatisieren und zu beschleunigen."
Geschützt von Zitrusfrüchten
Minirhizotrons werden Daten von Kaffeepflanzen sammeln, die in der UF / IFAS-Abteilung für Forschung und Bildung im Bereich Pflanzenwissenschaften wachsen, wo die Forscher neben vorhandenen Zitrusbäumen Kaffee gepflanzt haben.
„Kaffee reagiert sehr empfindlich auf Kälte. Deshalb wollten wir versuchen, ihn mit einem anderen Baum anzubauen, der ihn schützen kann. Darüber hinaus sind im Zitronenhain Frostschutzsysteme installiert, die auch den Kaffee schützen können “, sagte Rowland.
Während die Forscher derzeit aus praktischen Gründen neben Zitrusfrüchten auch Kaffee anbauen, könnte die Kombination eines Tages wirtschaftlich vorteilhaft sein, sagten sie.
„Als wir mehr darüber nachdachten, konnten wir auch die Kombination von Zitrusfrüchten und Kaffee als mögliches Anbausystem in Florida untersuchen - vielleicht eine zukünftige Option, die die Zitruszüchter in Betracht ziehen könnten. Dies ist ein Ausweg - verschiedene Fragen und Logistik müssten geklärt werden - aber definitiv eine Erkundung wert “, sagte Wilson.
Die Forscher untersuchen nicht nur die Leistung der Wurzeln ihrer Kaffeepflanzen, sondern sind auch neugierig, wie ihr in Florida angebauter Kaffee schmeckt. Sie planen, eine Testcharge zu rösten und zu brauen.
„Unsere Forschungsgruppe hat einen Mikrobatch-Präzisionskaffeeröster erworben. Wir freuen uns, verschiedene Röstmethoden für die von uns produzierten Kaffeebohnen auszuprobieren “, sagte Rowland.
Für weitere Informationen:
UF/IFAS
www.ifas.ufl.edu