隨著世界城市化和LED生長(zhǎng)燈等技術(shù)成本的降低，室內(nèi)農(nóng)業(yè)正成為食品供應(yīng)中日益重要的一部分。最后，室內(nèi)飼養(yǎng)技術(shù)可以幫助人類在太空中保持健康的飲食。但由于室內(nèi)作物生長(zhǎng)的完全封閉系統(tǒng)，需要快速捕捉土壤養(yǎng)分、鹽分、溫度等因素的不平衡，避免整個(gè)作物的損失。佛羅里達(dá)大學(xué)太空植物實(shí)驗(yàn)室的羅伯特Ferl博士和他的同事在最新一期《植物科學(xué)的應(yīng)用》上發(fā)表的一本書中，開發(fā)了一種基于光的工具，可以快速、準(zhǔn)確、低成本地評(píng)估植物的健康狀況。
毫不奇怪，對(duì)于太空植物實(shí)驗(yàn)室的工作來說，這項(xiàng)研究的目的是關(guān)注外星農(nóng)業(yè)。該研究的通訊作者Ferl博士說：“想象一下，火星上的機(jī)器人正在維護(hù)溫室?！拔覀兡軓臏厥抑蝎@得的唯一數(shù)據(jù)是電子數(shù)據(jù)。沒有樣品返回。在這種情況下，從植物葉片上下來的光子中獲取盡可能多的數(shù)據(jù)是非常有益的?！碑?dāng)歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)用于分析時(shí)，這些光子產(chǎn)生獨(dú)特的光特征，這可以很好地解釋植物是如何工作的。
NDVI是一種廣泛使用的植物健康和光合速率指標(biāo)，最初是為衛(wèi)星監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)而開發(fā)的。該指數(shù)比較植物對(duì)不同光譜的吸收；健康的植物發(fā)出可識(shí)別的光特征，吸收光譜中光合活性區(qū)域的光，并反射近紅外光?！笆聦?shí)證明，(NDVI)是這個(gè)項(xiàng)目的一個(gè)有趣的起點(diǎn)，因?yàn)橛写罅康臄?shù)據(jù)集和集體理解來支持使用不同光譜成分來了解植物健康的想法，”Ferl博士說。他們使用單一圖像NDVI(SI-NDVI)，這種分析的低成本版本，來確定在室內(nèi)農(nóng)業(yè)條件下監(jiān)測(cè)作物健康是否可行。
Ferl博士和他的同事通過將兩種不同的植物(芝麻菜和擬南芥)暴露于兩種不同的應(yīng)激源(鹽度和高濃度硝酸銨處理)來評(píng)估這種監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效性，這種應(yīng)激源產(chǎn)生獨(dú)特且易于理解的應(yīng)激反應(yīng)。“有了這些控制良好的壓力，這種反應(yīng)就有了明確的生化基礎(chǔ)，這使我們能夠通過檢測(cè)NDVI差異來檢測(cè)壓力或健康反應(yīng)的根源，”Ferl博士說。他們可以在壓力肉眼可見之前很好地檢測(cè)到兩種治療的壓力特征，這證明這些技術(shù)可以用作早期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程部署，并且成本相對(duì)較低。
雖然這些作者的主要?jiǎng)訖C(jī)是對(duì)在太空中種植植物感興趣，但他們?cè)诘厍蛏祥_發(fā)的監(jiān)控技術(shù)對(duì)想要快速發(fā)現(xiàn)種植室問題的室內(nèi)農(nóng)民非常有用?！皢螆D像NDVI提供了從單個(gè)RGB圖像獲得光譜特征的機(jī)會(huì)。這可以降低成本，”Ferl博士說?！斑@也為有興趣在商業(yè)上使用SI-NDVI概念的大型公民科學(xué)家和應(yīng)用程序開發(fā)人員打開了大門?！边@意味著這種方法可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)室內(nèi)種植的各種作物，這可能意味著餐桌上的沙拉蔬菜更便宜、更健康，無論是在這里還是在火星上。
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