在氣候變化日益嚴(yán)峻的背景下,,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著諸多挑戰(zhàn),,油菜作為重要的農(nóng)作物之一,,其健康狀況受到廣泛關(guān)注,。近幾年,,西班牙的Mónica Pineda團(tuán)隊(duì)在利用多光譜熒光成像等技術(shù)氣候評(píng)估油菜健康的應(yīng)用研究中取得了多項(xiàng)成果,,為油菜種植的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持,。相關(guān)論文發(fā)表在Plants,、Agronomy等期刊雜志上(原文附后)。
氣候變化導(dǎo)致的溫度升高,、降水模式改變等因素,,對(duì)油菜的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。研究模擬了不同的代表性濃度路徑(RCP,,RCP越大,,溫度、CO2濃度越高)研究不同條件下油菜的健康狀態(tài)和病害發(fā)生差異,。
不同RCP代表的氣候條件
研究表明,,在不同的代表性濃度路徑(RCP)情景下,油菜的生理指標(biāo)發(fā)生了顯著變化,。RCP4.5下,,第25天開(kāi)始F440、F520高于對(duì)照,,葉脈尤其明顯,。但到第32天,F(xiàn)520與對(duì)照差異不明顯,。RCP8.5下,,F(xiàn)440、F520與對(duì)照有顯著差異,。F680/F740與葉綠素含量成反比,,對(duì)照處理期間無(wú)變化,處理組則有明顯升高,,但到第32天兩個(gè)處理組基本一致,。
不同氣候條件處理的油菜葉片和多光譜熒光成像結(jié)果。F440藍(lán)色熒光,;F520綠色熒光通常發(fā)生在細(xì)胞壁上,,F(xiàn)680/740與葉綠素含量成反比。
通過(guò)ROI選區(qū)(上圖圓圈),、使用ROI直方圖數(shù)據(jù)(多光譜熒光成像系統(tǒng)可直接導(dǎo)出該數(shù)據(jù))及其數(shù)據(jù)特征參數(shù),優(yōu)化數(shù)據(jù),,并通過(guò)4種深度學(xué)習(xí)算法,,篩選出獲得顯著體現(xiàn)病害與對(duì)照組差異的參數(shù)(p<0.05),病害識(shí)別精度均高于85%
“氣候變化下,,植物與病原體的博弈正在升級(jí),。多光譜熒光成像與AI的結(jié)合,不僅是技術(shù)突破,,更是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán),。”研究負(fù)責(zé)人Mónica Pineda強(qiáng)調(diào)。該技術(shù)能夠通過(guò)捕捉油菜葉片在不同波長(zhǎng)下的熒光信號(hào),,快速,、無(wú)損地評(píng)估油菜的生理狀態(tài)。與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法相比,,它不僅具有高靈敏度和高分辨率的特點(diǎn),,還能實(shí)現(xiàn)大面積的快速檢測(cè),為油菜種植者提供及時(shí),、準(zhǔn)確,、早期的健康信息。而通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)和分類(lèi)算法,結(jié)合多光譜熒光成像技術(shù),,可以建立一種早期病害檢測(cè)評(píng)估模型,,為油菜病害的早期防治提供了有力支持。是走出實(shí)驗(yàn)室,、走向田野的重要技術(shù)手段,,將大大提高病害診斷、健康評(píng)估等效率,,從而提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,。
除了多光譜熒光成像技術(shù)外,紅外熱成像和高光譜成像技術(shù)也發(fā)揮了協(xié)同作用,。在RCP情景下,,溫度升高可能是氣候變化引起蒸騰減少的結(jié)果,而高光譜成像測(cè)量的植被指數(shù)(VIs)顯著下降,,表明植物活力降低,。通過(guò)提出新的植被指數(shù),并結(jié)合紅外熱成像和高光譜成像技術(shù),,研究人員能夠更全面地評(píng)估油菜的生理狀態(tài)和健康狀況,。
不同條件下的油菜葉紅外熱成像結(jié)果(左)及西藍(lán)花葉高光譜成像獲得的植被指數(shù)(VIs)(右)
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參考文獻(xiàn)
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