本研究開(kāi)發(fā)了一種用于監測植物對非生物變化動(dòng)態(tài)響應的新型高光譜生理系統。該系統是一個(gè)傳感器連接到植物的平臺，可以確定一天中的最佳時(shí)間，在此期間可以通過(guò)光譜方法成功識別生理特征。直接測量的性狀包括整個(gè)白天的瞬時(shí)和每日蒸騰速率以及每日和周期性的植物減重和增重。該系統監測和評估辣椒植物對不同水平的鉀肥的反應。在07:00–10:00和14:00–17:00期間，不同處理之間發(fā)現了顯著(zhù)的瞬時(shí)蒸騰速率差異。同時(shí)頻繁測量的高分辨率光譜數據提供了關(guān)聯(lián)兩個(gè)測量數據集的方法。光譜和瞬時(shí)蒸騰速率之間的顯著(zhù)相關(guān)系數產(chǎn)生了用于捕獲的三個(gè)波段（ρ523、ρ697和ρ818nm）的選擇在上午、中午和下午使用標準化差異公式的蒸騰速率差異。這些差異還表明，當光譜（遠程或近距離）測量通常在中午前后進(jìn)行時(shí)（當太陽(yáng)光照度最高時(shí)），并不總能獲得最佳結果。當根據植物全天的動(dòng)態(tài)生理狀態(tài)對光譜測量進(jìn)行定時(shí)時(shí)，可以獲得有價(jià)值的信息，這可能因植物物種而異，在規劃遙感數據采集時(shí)應予以考慮。

圖1.成像平臺在植株上方移動(dòng)時(shí)的視圖. 該平臺由輕質(zhì)材料制成, 僅需幾個(gè)小時(shí)即可部署.

圖2.溫室平臺上72株辣椒植物的RGB圖像.相機從右到左移動(dòng),從用于曝光時(shí)間校準的白色參考面板開(kāi)始.

溫室的屋頂和側板由透明的PVC材料制成，可以漫射進(jìn)來(lái)自然光。本試驗修改并安裝了一個(gè)移動(dòng)灌溉系統連接到溫室天花板的傳感器承載平臺，以便將攝像機移動(dòng)到桌子上方一個(gè)恒定的速度。移動(dòng)平臺由輕質(zhì)材料制成，由溫室基礎設施支撐，沒(méi)有任何結構變化，使其跨越溫室的整個(gè)長(cháng)度(25m)。該平臺用緊固件、螺栓和電纜連接，并在幾個(gè)小時(shí)內建成。一臺小型筆記本電腦控制相機并收集數據。連接到筆記本電腦的微控制器被編程為在白天每小時(shí)運行平臺（圖1）。

圖3.上：示例植物及其周?chē)尘埃ㄋ{色）的平均光譜，運行 Otsu 過(guò)濾器后沒(méi)有背景的平均光譜（紅色），第二次運行 Otsu 過(guò)濾器后沒(méi)有葉子邊緣的植物的平均光譜.下：邊界框的直方圖和Otsu過(guò)濾器計算的值.

圖4.白天和不同處理組的平均±SE蒸騰速率

時(shí)間為三天的分組分別在上午、中午和下午進(jìn)行了1041,831,1363 次測量，每個(gè)處理均有數百次測量。分組后，不同每日組之間的平均TR仍然存在顯著(zhù)差異（圖4）。接下來(lái)，通過(guò)按處理組分組對數據庫進(jìn)行進(jìn)一步分區。在中午期間，各個(gè)處理組之間沒(méi)有發(fā)現顯著(zhù)差異。然而，在上午所有處理組彼此之間均存在顯著(zhù)差異，而在下午，低鉀處理組與中高鉀處理組之間存在顯著(zhù)差異（圖 4）。

圖5. 三個(gè)處理組的平均反射率值：三天期間（上午-紅色、中午-綠色和下午-藍色）缺鉀（低，虛線(xiàn)）、中等（實(shí)線(xiàn)）和過(guò)剩（高，虛線(xiàn)）

通過(guò)每個(gè)組和日周期的平均光譜檢查一天時(shí)間和鉀肥對樣本光譜的綜合影響（圖5（A1-A3））。在可見(jiàn)光和近紅外光譜中可以直觀(guān)地看到各組之間的反射率變化。然而，在SNV轉換后，日間光譜差異顯著(zhù)減?。▓D5（B1–B3）），從而在一天中形成均勻的光譜。綠色波段區域（~560nm）和葉綠素吸收波段（460和680nm）存在微小變化，并且消除了近紅外反射率的降低。此外，在~940 nm處出現一個(gè)急劇的吸收特征，然后在~970 nm處出現一個(gè)平坦的吸收特征，這屬于水蒸氣和液態(tài)水的O-H鍵第一泛音吸收特征。