PlantArray系統結合高光譜：測定日蒸騰速率和日反射率

瀏覽次數：1261　發布日期：2021-12-14　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

本文介紹了一種用于監測植物對非生物變化動態響應的新型高光譜生理系統。該系統將PlantArray（PA）3.0與一個定制的推掃式光譜成像系統相結合，在植物上方移動，以高光譜和高空間分辨同時成像實驗陣列中的幾十種植物。PA 3.0是一個完整的植物生理測量系統，因此采集的數據是通過平均植物光譜信號及其相應的生理響應進行分析的。就已發表的文獻而言，這是首次嘗試使用移動的高光譜相機、自然光和靜態植物（由生理測量系統（PA）連續監測）進行多個日間溫室測量。直接測量的性狀包括整個白天的瞬時蒸騰速率和每日蒸騰速率，以及每日和定期的植物減重和增重。該系統監測和評估了辣椒植株對不同水平鉀肥的反應。

該系統是在以色列雷霍沃特農業食品和環境學院的一個半商業溫室中開發的。溫室的屋頂和側面板由透明的PVC材料制成，可以漫射進入的自然光。為了將成本保持在最低水平，我們調整并安裝了一個移動灌溉系統，安裝在位于溫室天花板的傳感器載體平臺上，以便以恒定速度將攝像機移動到植株上方。使用一臺小型筆記本電腦控制相機并采集數據。由于相機和筆記本電腦位于溫室的天花板上，溫度和相對濕度可以達到45攝氏度和92%，為了解決這個問題，在計算機下面放置了一個額外的冷卻風扇以及一個大的保護性聚苯乙烯板。另外，相機一直處于開啟狀態，以避免鏡頭內部冷凝。該系統不會在植物上方投射陰影，不需要使用人工光源。白天（07:00–17:00）使用高光譜相機自動拍攝植物圖像。該相機為推掃式傳感器，光譜范圍為400-1000nm，通常稱為VIS-NIR攝像機（可見光400-700 nm，近紅外700-1000 nm）。相機位于生長臺上方2米處。72株辣椒幼苗在可控條件下播種，在發芽后約四周種植在盆中。

鉀被認為是植物必需的大量營養素。負責多種生理功能，如光合作用調節、酶激活、蛋白質合成、滲透調節和氣孔調節。缺鉀影響保衛細胞和氣孔關閉，這可能與較高的蒸騰作用有關。此外，鉀過剩可以大大減少限制灌溉造成的谷物損失。然而，它在光譜的可見光和近紅外（VIS-NIR）部分缺乏直接吸收特性。使用PlantArray的計算機化灌溉管理系統，進行了三種不同的鉀濃度處理：低鉀(L)、中鉀(M)和高鉀(H)。利用這兩個系統的連續監測能力來跟蹤光譜的二次變化，并將光譜日變化與生理特征聯系起來。

通過追蹤不同濃度的鉀離子溶液處理引起的植物反射光譜曲線變化表明：測定時需要考慮數據融合和分析的最佳時間。盡管兩個處理組之間沒有發現每日蒸騰量差異，但缺鉀處理組的蒸騰速率在上午明顯較高，下午較小，而過量鉀僅在上午對蒸騰速率有顯著影響。