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科学家研发出能监测室内作物健康的工具
日期:2019-01-08 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     随着全球城市化程度愈演愈烈,LED植物生长灯等技术让农业成本大大下降,室内农业正在成为食物供给愈加重要的一环,并且最终,室内农业技术能保证人类在太空维持健康饮食。不过,由于室内作物生长的环境是完全封闭式系统,土壤营养、盐度情况、温度以及其他因素都存在失衡可能性,必须迅速察觉才能避免损失一整株作物。在最新一期《植物科学应用》(Applications in Plant Sciences)刊登的一篇文章中,佛罗里达大学(University of Florida)太空植物实验室(Space Plants Lab)的罗伯特·福尔(Robert Ferl)博士和他的同事们研发了一款灯光型工具,帮助植物快速、精准、低成本地健康生长。
    意料之内的是,太空植物实验室进行的该项研究着眼的是外星农业。“你可以想象在火星上用机器维持一个温室,”该项研究的通讯作者福尔博士说道,“我们能从这个温室获取的唯一信息都是电子信息,也没有样本返回。这种情况下,能尽可能多地获取植物叶片上的光子就变得十分有用了。”这些光子能制造出独一无二的光签名,让研究人员在分析运用归一化植被指数时(normalized difference vegetation index, NDVI)了解植物的现状。
    NDVI起初是利用卫星技术观测植物生长情况,后来成为广泛用于衡量植物健康和光合作用率的度量标准。这种度量标准会将植物吸收的不同光谱进行比较:健康的植物会发出可识别的光签名,吸收光谱中光合有效区域的光,反射近红外光。“NDVI对这个项目来说是一个有趣的起点,因为有大量的数据集支持利用不同的光谱分量来了解植物健康,我们也都是这么认为的。”福尔博士表示。他们对NDVI分析法的低成本版本单一影像法(SI-NDVI)做出了修改,想看看是否能观测室内农业的作物健康状况。
    福尔博士和他的同事们将两种不同的植物(芝麻菜和模式植物:拟南芥)置于两种不同的压力源(盐度情况和高浓度硝酸铵)之下,制造出有差异又易于理解的压力反应,以此评估观测技术的有效性。福尔博士表示:“这些可控的压力源对于之后的压力反应都有明确定义的生物化学基础,这样我们就能探寻NDVI差值探测到压力或健康反应的根源在哪里。”研究人员能够在肉眼可见的压力源出现之前就从以上两种处理方式中探测到压力签名,证明了这一技术作为早期观测系统的实用性,可以进行远程配置,成本也相对较低。
    尽管该项研究的作者最初的研究动机是在太空中种植作物,但是他们研发的观测技术证明对于地球上的室内农业也十分有效,可以帮助农户快速发现植物生长中的问题。“单一影像的NDVI让我们有机会从单一的RGB影像中获取光谱特征,让成本大大降低,”福尔博士说道,“这为大量的公民科学家和应用开发人员打开了大门,利用SI-NDVI概念进行商业化操作。”也就是说,这一技术经过改动,可用于观测室内环境下的各种作物生长,这样您桌上的绿叶蔬菜可以变得更便宜、更健康,不论您身在地球还是火星都是如此。
(来源:美国植物学会  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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