輕便型植物表型成像分析系統(tǒng)落戶農(nóng)科院土壤質(zhì)量國家野外科學(xué)觀測站

     
      近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司成功為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所交付一套PhenoPlot®輕便型植物表型成像分析系統(tǒng)。這臺系統(tǒng)集成高光譜成像分析、LEDIF 冠層葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)和Thermo-RGB成像融合分析技術(shù)，突破白天黑夜的時間壁壘，是一套為全天候植物表型研究量身打造的集成化工具。       這套系統(tǒng)硬件和軟件協(xié)同工作，共同構(gòu)建起從數(shù)據(jù)采集到分析的完整閉環(huán)：自動掃描軸與可調(diào)高度支架為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的自動化掃描動力與不同株高的植物靈活適配，既可帶動傳感器對植物進行全面掃描，又能滿足多樣本采集需求；供電單元與野外電池組成雙保障電力系統(tǒng)，前者保障室內(nèi)穩(wěn)定供電，后者支持野外長時間作業(yè)，擺脫場地限制；VISIR 高光譜成像傳感器可捕捉 400-1000nm 波段的高光譜反射信息，解析植物光合特性；藍色 LED 光源專為葉綠素?zé)晒饧ぐl(fā)設(shè)計，在夜間為熒光數(shù)據(jù)采集提供穩(wěn)定光環(huán)境；一體式雙鏡頭 Thermo-RGB 成像儀同步采集紅外熱成像與 RGB 圖像，實現(xiàn)植物溫度、形態(tài)與顏色信息的同步獲取。配套軟件提供強大分析體系：SpectrAPP 軟件處理高光譜反射數(shù)據(jù)，提取光譜曲線和植被指數(shù)；FluorVision 軟件專攻葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)分析；Thermo-RGB 數(shù)據(jù)采集分析軟件專注于溫度、形態(tài)及顏色參數(shù)的解析。

      系統(tǒng)各部分有機協(xié)作，實現(xiàn)從葉片尺度到冠層尺度全面采集解析植物-土壤反射光譜、葉綠素?zé)晒夤庾V時空動態(tài)變化，精準(zhǔn)反演葉綠素含量、光合效率、SIF（太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓�、植被指�?shù)、氣孔導(dǎo)度狀態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、光合物候、生物與非生物脅迫等，其中Thermo-RGB融合分析技術(shù)可以區(qū)分陽光葉片、陰影葉片、土壤、病害葉片等的溫度差異、面積比例等�？捎糜诒O(jiān)測評估群落生物多樣性、生物量與生產(chǎn)力、棲息地狀態(tài)、生態(tài)修復(fù)、土壤-植被互作、病蟲害狀態(tài)、干旱或高溫脅迫等。

• 反射高光譜：多波段光譜深度解析，精準(zhǔn)鎖定植物光合潛力與物候差異

      圖：上圖為三株辣椒樣本的RGB圖、三株辣椒冠層的反射高光譜曲線以及根據(jù)反射高光譜提取日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒庵笖?shù)（SIF1/3）、修正歸一化植被指數(shù)（NIRv）、衰老指數(shù)（PSRI）等多維度植被指數(shù)圖表，下圖為光合物候指數(shù)成像圖；助力數(shù)字化、可視化研究植物光合活性、光合物候階段及衰老趨勢，明確植株光合潛力的匹配度與穩(wěn)定性，為植物生長狀態(tài)評估提供深度數(shù)據(jù)支撐。

• 藍光激發(fā)葉綠素?zé)晒猓阂归g精準(zhǔn)捕捉熒光信號，揭秘光合系統(tǒng)協(xié)調(diào)性與健康狀態(tài)

      圖：上圖為三株辣椒樣本的藍光激發(fā)葉綠素?zé)晒飧吖庾V曲線和據(jù)此提取的葉綠素?zé)晒釬685和F740，以及葉綠素含量指數(shù)F735/F700和脅迫指數(shù)F685/F740的圖表，下圖為熒光指數(shù)成像圖；精準(zhǔn)反映光系統(tǒng) I/II 的功能狀態(tài)、葉綠素含量及脅迫程度，可清晰區(qū)分不同辣椒植株的光合系統(tǒng)活力差異。夜間藍光激發(fā)葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)優(yōu)勢在于規(guī)避日間光照干擾，以穩(wěn)定的夜間環(huán)境為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對植物光合系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的精細(xì)化解析。

• Thermo-RGB 成像：溫、色、形多維度同步捕捉，直觀呈現(xiàn)植物生長狀態(tài)

      圖：上圖從左到右為三株辣椒融合后的RGB圖，紅外熱成像圖以及HSV圖，下表為部分溫度參數(shù)、形態(tài)參數(shù)和顏色參數(shù)。Thermo-RGB技術(shù)通過一體式雙鏡頭同步采集紅外熱成像與 RGB 圖像，可同時解析植物的溫度參數(shù)（反映代謝活性）、形態(tài)參數(shù)（如冠層大小、生物量）及顏色參數(shù)（如葉綠素含量、成熟度）。成像圖與數(shù)值提取共探辣椒樣品 “代謝旺盛 - 生長平穩(wěn) - 發(fā)育滯后” 的梯度差異，與肉眼觀測高度吻合，為植物生長狀態(tài)評估提供直觀且全面的依據(jù)。Thermo-RGB技術(shù)的核心優(yōu)勢在于多維度數(shù)據(jù)聯(lián)動，既能通過溫度波動判斷受脅迫狀況和代謝旺盛程度，又能通過形態(tài)參數(shù)量化生物量差異，還能通過顏色指數(shù)反映植株鮮亮程度與成熟狀態(tài)。
 
      在面源污染監(jiān)測領(lǐng)域，PhenoPlot®輕便型植物表型成像分析系統(tǒng)潛力巨大。面源污染（如農(nóng)業(yè)化肥流失、農(nóng)藥殘留等）會通過土壤、水體等間接影響植物生長，導(dǎo)致其光合特性、健康狀態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)微變化。該系統(tǒng)可通過高光譜反射、葉綠素?zé)晒饧盁峒t外成像等多維度數(shù)據(jù)，早期捕捉植物受污染脅迫的表型信號，精準(zhǔn)量化污染對植物光合效率、葉綠素含量、生長活力的影響，為面源污染的分布范圍、影響程度評估提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，助力污染溯源與治理方案制定，推動農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的精準(zhǔn)保護與可持續(xù)發(fā)展。
 
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