美國賓州大學(xué)：植物葉子上安裝傳感器可告知農(nóng)民何時澆水

　　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)時機打開他們的灌溉系統(tǒng)，從而有效避免水資源浪費和植物干枯。

　　在干旱地區(qū)，持續(xù)監(jiān)測植物的“水應(yīng)力（waterstress）”尤其重要。在這方面，傳統(tǒng)做法是測量土壤含水量，或者開發(fā)計算地表蒸發(fā)和植物蒸騰總量的蒸散量模型。但是，新的技術(shù)可以更準確地檢測植物需水的時間點，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《美國農(nóng)業(yè)和生物工程師學(xué)會學(xué)報》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測量葉片厚度和葉片電容的功能，而在此之前還沒有人做過這方面的研究。

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

　　研究人員隨機選擇了6個直接暴露于光源的葉片，在上面安裝了傳感器，注意安裝時要避開主要葉脈和邊緣。他們每五分鐘記錄測量一次，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，沒有出現(xiàn)明顯的日間波動。然而，當(dāng)土壤水分含量低于枯萎點以下時，葉片厚度變化更為明顯。直到實驗的最后兩天，葉片厚度開始穩(wěn)定，那時水分含量達到5%。

　　電容能顯示葉子存儲電荷的能力，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時減小，并且在含水量為11%時完全停止，這表明基于對光合作用的影響，可以觀察到“水應(yīng)力”對電容的作用。

　　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。通過它，Afzal希望能最終開發(fā)出一個系統(tǒng)，其中，葉片傳感器將有關(guān)植物水分的精準信息發(fā)送到農(nóng)田里的中央單元，然后實時地與灌溉系統(tǒng)進行通信，以便確定何時對作物進行灌溉。他構(gòu)思了一個方案，可使傳感器、中央單元和灌溉系統(tǒng)進行無線通信，而傳感器則能用電池或太陽能無線供電。

　?。▉碓矗嘿e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)濟研究所）