Недорогие спектрометры доказали свою эффективность для мониторинга здоровья пшеницы и риса.
Наземная технология непрерывного гиперспектрального дистанционного зондирования представляет уникальную возможность для улучшения мониторинга наземных экосистем.
Солнечно-индуцированная флуоресценция хлорофилла (chlorophyll fluorescence, SIF), тесно связана с фотосинтезом и служит индикатором для выяснения механизмов и динамики фотосинтеза растений, однако в значительной степени зависит от коммерчески доступных спектрометров с высоким спектральным разрешением. Такие спектрометры являются ресурсоемкими и сложными в обслуживании, что ограничивает их широкое распространение на наблюдательных площадках. Теперь ученые исследовали альтернативный недорогой спектрометр с низкой конфигурацией для извлечения SIF на двух участках, где выращивают пшеницу и рис.
Исследователи из Нанкинского университета, Китай, подтвердили эффективность бюджетных спектрометров с низкой конфигурацией для получения значений флуоресценции хлорофилла, вызванной солнечным излучением (SIF) - красного свечения, которое растения испускают во время фотосинтеза и которое является критическим маркером здоровья и продуктивности растений. Это исследование было направлено на удешевление мониторинга экосистем и сельского хозяйства за счет использования экономически эффективных технологий и опубликовано в журнале Journal of Remote Sensing.
Не весь поглощаемый растениями солнечный свет используется для фотосинтеза; некоторая избыточная энергия выделяется в виде тепла и красного свечения, известного как SIF. Этот прямой и неинвазивный индикатор предлагает уникальные сведения о здоровье экосистемы, ее продуктивности и реакции на изменения окружающей среды.
Однако извлечение SIF не является ни простым, ни дешевым. Часто для этого требуются спектрометры высокой конфигурации, которые, хотя и точны, дороги и сложны в обслуживании, что ограничивает их применение в полевых условиях.
«Наша цель состояла в том, чтобы определить, могут ли спектрометры с низкой конфигурацией служить жизнеспособными инструментами для наземных наблюдений SIF», - сказал Лэй Пэй, научный сотрудник Международного института наук о системах Земли при Нанкинском университете и ведущий автор этого исследования.
Чтобы сделать выводы, команда сравнила производительность высококлассного спектрометра с более экономичной моделью на двух сельскохозяйственных участках, где выращивают пшеницу и рис в Китае. Они оценили, насколько хорошо спектрометры измеряли SIF, отслеживали урожайность сельскохозяйственных культур (валовую первичную урожайность) и определяли ключевые стадии роста.
«Мы обнаружили, что, несмотря на различия в величине полученных значений SIF, оба типа спектрометров продемонстрировали схожие тенденции и чувствительность», - сказал Пэй.
Спектрометр с низкой конфигурацией почти соответствовал производительности спектрометра с высокой конфигурацией, с корреляциями, превышающими 90%, и минимальными ошибками. Он был особенно эффективен для пшеницы, точно отслеживая производительность растений и стадии роста со средней разницей во времени всего в 2,5 дня по сравнению с более дорогой моделью.
«Это открытие свидетельствует о том, что спектрометры с низкой конфигурацией могут соответствовать определенным требованиям для полевых наблюдений SIF, что является значительным шагом вперед в развитии наземных исследований SIF», - сказал Пэй.
Результаты подтверждают необходимость создания более эффективных и экономичных систем полевых наблюдений, которые сделают мониторинг экосистем и сельского хозяйства более доступным и масштабируемым.
Исследователи планируют дополнительно повысить точность извлечения SIF с помощью спектрометров с низкой конфигурацией, изучив дополнительные факторы, которые могут повлиять на их производительность.
«Наша конечная цель - разработать комплексную структуру, которая продемонстрирует надежность этих инструментов при поддержке миссий по наблюдению SIF на местах, тем самым расширяя доступ к этой важной области исследований», - заключил Пэй.
Источник: Journal of Remote Sensing.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.