美國賓州大學(xué)：植物葉子上安裝傳感器可告知農民何時(shí)澆水

　　根據賓夕法尼亞州立大學(xué)農業(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用前景，那就是用于告訴農民如何在恰當時(shí)機打開(kāi)他們的灌溉系統，從而有效避免水資源浪費和植物干枯。

　　在干旱地區，持續監測植物的“水應力（waterstress）”尤其重要。在這方面，傳統做法是測量土壤含水量，或者開(kāi)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(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《美國農業(yè)和生物工程師學(xué)會(huì )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(shí)測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(cháng)在具有恒溫和12小時(shí)開(kāi)/關(guān)光周期功能的生長(cháng)室里。生長(cháng)用的培養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(shí)驗進(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量一次，發(fā)現每天葉片厚度變化較小，且當土壤水分含量從高到低變化時(shí)，沒(méi)有出現明顯的日間波動(dòng)。然而，當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)驗的最后兩天，葉片厚度開(kāi)始穩定，那時(shí)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(zhù)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，這表明基于對光合作用的影響，可以觀(guān)察到“水應力”對電容的作用。

　　本研究是賓夕法尼亞州立大學(xué)農業(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，其中，葉片傳感器將有關(guān)植物水分的精準信息發(fā)送到農田里的中央單元，然后實(shí)時(shí)地與灌溉系統進(jìn)行通信，以便確定何時(shí)對作物進(jìn)行灌溉。他構思了一個(gè)方案，可使傳感器、中央單元和灌溉系統進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，而傳感器則能用電池或太陽(yáng)能無(wú)線(xiàn)供電。

　?。▉?lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)網(wǎng)站；中文編譯：龔晶，北京市農林科學(xué)院農業(yè)信息與經(jīng)濟研究所）