美國(guó)賓州大學(xué)：植物葉子上安裝傳感器可告知農(nóng)民何時(shí)澆水

　　根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的研究，測(cè)量葉片厚度和電容的植物傳感器具有廣闊的應(yīng)用前景，那就是用于告訴農(nóng)民如何在恰當(dāng)時(shí)機(jī)打開(kāi)他們的灌溉系統(tǒng)，從而有效避免水資源浪費(fèi)和植物干枯。

　　在干旱地區(qū)，持續(xù)監(jiān)測(cè)植物的“水應(yīng)力（waterstress）”尤其重要。在這方面，傳統(tǒng)做法是測(cè)量土壤含水量，或者開(kāi)發(fā)計(jì)算地表蒸發(fā)和植物蒸騰總量的蒸散量模型。但是，新的技術(shù)可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)植物需水的時(shí)間點(diǎn)，因而在提高水資源利用效率方面存在巨大潛力。

　　研究成果發(fā)表在《美國(guó)農(nóng)業(yè)和生物工程師學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上。牽頭的研究人員AminAfzal是一位植物科學(xué)領(lǐng)域的在讀博士生。他在葉片傳感器中集成了同時(shí)測(cè)量葉片厚度和葉片電容的功能，而在此之前還沒(méi)有人做過(guò)這方面的研究。

　　研究是在番茄植株上進(jìn)行的，共進(jìn)行了11天，而番茄則生長(zhǎng)在具有恒溫和12小時(shí)開(kāi)/關(guān)光周期功能的生長(zhǎng)室里。生長(zhǎng)用的培養(yǎng)基是泥炭灌封混合物，其水分含量可利用土壤—水分傳感器測(cè)量。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，前3天土壤含水量保持在較高水平，此后8天時(shí)間里逐步脫水。

　　研究人員隨機(jī)選擇了6個(gè)直接暴露于光源的葉片，在上面安裝了傳感器，注意安裝時(shí)要避開(kāi)主要葉脈和邊緣。他們每五分鐘記錄測(cè)量一次，發(fā)現(xiàn)每天葉片厚度變化較小，且當(dāng)土壤水分含量從高到低變化時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的日間波動(dòng)。然而，當(dāng)土壤水分含量低于枯萎點(diǎn)以下時(shí)，葉片厚度變化更為明顯。直到實(shí)驗(yàn)的最后兩天，葉片厚度開(kāi)始穩(wěn)定，那時(shí)水分含量達(dá)到5%。

　　電容能顯示葉子存儲(chǔ)電荷的能力，它在黑暗期間大致恒定在最小值，但在光照期間迅速增大，這就意味著電容能反映光合作用的活性。此外，每日的電容變化在土壤水分低于枯萎點(diǎn)時(shí)減小，并且在含水量為11%時(shí)完全停止，這表明基于對(duì)光合作用的影響，可以觀察到“水應(yīng)力”對(duì)電容的作用。

　　本研究是賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)院系列研究中最新的一部分。通過(guò)它，Afzal希望能最終開(kāi)發(fā)出一個(gè)系統(tǒng)，其中，葉片傳感器將有關(guān)植物水分的精準(zhǔn)信息發(fā)送到農(nóng)田里的中央單元，然后實(shí)時(shí)地與灌溉系統(tǒng)進(jìn)行通信，以便確定何時(shí)對(duì)作物進(jìn)行灌溉。他構(gòu)思了一個(gè)方案，可使傳感器、中央單元和灌溉系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線通信，而傳感器則能用電池或太陽(yáng)能無(wú)線供電。

　　（來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)網(wǎng)站；中文編譯：龔晶，北京市農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所）