輕便型植物表型成像分析系統(tǒng)落戶農科院土壤質量國家野外科學觀測站

     
      近日，北京易科泰生態(tài)技術有限公司成功為中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(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 冠層葉綠素熒光成像技術和Thermo-RGB成像融合分析技術，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，共同構建起從數據采集到分析的完整閉環(huán)：自動掃描軸與可調高度支架為系統(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 光源專為葉綠素熒光激發(fā)設計，在夜間為熒光數據采集提供穩(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據，提取光譜曲線和植被指數；FluorVision 軟件專攻葉綠素熒光數據分析；Thermo-RGB 數據采集分析軟件專注于溫度、形態(tài)及顏色參數的解析。

      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、葉綠素熒光光譜時空動態(tài)變化，精準反演葉綠素含量、光合效率、SIF（太陽光誘導葉綠素熒光）、植被指數、氣孔導度狀態(tài)、形態(tài)結構、光合物候、生物與非生物脅迫等，其中Thermo-RGB融合分析技術可以區(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。可用于監(jiān)測評估群落生物多樣性、生物量與生產力、棲息地狀態(tài)、生態(tài)修復、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反射高光譜提取日光誘導葉綠素熒光指數（SIF1/3）、修正歸一化植被指數（NIRv）、衰老指數（PSRI）等多維度植被指數圖表，下圖為光合物候指數成像圖；助力數字化、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)評估提供深度數據支撐。

• 藍光激發(fā)葉綠素熒光：夜間精準捕捉熒光信號，揭秘光合系統(tǒng)協(xié)調性與健康狀態(tài)

      圖：上圖為三株辣椒樣本的藍光激發(fā)葉綠素熒光高光譜曲線和據此提取的葉綠素熒光F685和F740，以及葉綠素含量指數F735/F700和脅迫指數F685/F740的圖表，下圖為熒光指數成像圖；精準反映光系統(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)葉綠素熒光技術優(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，實現(xiàn)對植物光合系統(tǒng)協(xié)調性的精細化解析。

• 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、形態(tài)參數和顏色參數。Thermo-RGB技術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（反映代謝活性）、形態(tài)參數（如冠層大小、生物量）及顏色參數（如葉綠素含量、成熟度）。成像圖與數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。Thermo-RGB技術的核心優(yōu)勢在于多維度數據聯(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)參數量化生物量差異，還能通過顏色指數反映植株鮮亮程度與成熟狀態(tài)。
 
      在面源污染監(jiān)測領域，PhenoPlot®輕便型植物表型成像分析系統(tǒng)潛力巨大。面源污染（如農業(yè)化肥流失、農藥殘留等）會通過土壤、水體等間接影響植物生長，導致其光合特性、健康狀態(tài)、形態(tài)結構發(fā)生細微變化。該系統(tǒng)可通過高光譜反射、葉綠素熒光及熱紅外成像等多維度數據，早期捕捉植物受污染脅迫的表型信號，精準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)測數據，助力污染溯源與治理方案制定，推動農業(yè)生態(tài)環(huán)境的精準保護與可持續(xù)發(fā)展。
 
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