Измерение температуры растений, испытывающих жажду

Когда сельскохозяйственным культурам не хватает воды, они нагреваются. Ученые могут использовать температуру растительного покрова для определения водного стресса у растений. Инженер Службы сельскохозяйственных исследований в Колорадо нашел способ упростить этот процесс для фермеров. Цель — более эффективно управлять поливной водой в регионе, где экономия воды стала приоритетом.

Ключом в исследованиях Кендалла ДеЙонга в Форт-Коллинзе является использование инфракрасных радиометрических термометров (ИК-термометров) — доступных датчиков, которые определяют температуру растительного покрова и, как следствие, наличие у культуры водного стресса. ИК-термометры можно устанавливать на столбах в поле или системах кругового полива для сбора почасовых или ежедневных данных о температуре растений. Ученые интерпретируют данные с помощью одного из нескольких индексов, включая широко используемый Индекс водного стресса культур (CWSI). Разработанный учеными ARS в начале 1980-х годов, CWSI требует знания температуры и влажности воздуха для расчета «дефицита давления пара» в дополнение к температуре покрова. Процесс довольно технически сложен и требует дополнительных измерений, поэтому многие фермеры в Колорадо просто «прикидывают» необходимость полива. В некоторых случаях это приводит к перерасходу воды или недополиву и снижению урожайности. Предоставление фермерам простого и эффективного метода контроля потребности культур в воде является ключевым.

Рост населения и засухи сделали воду критическим ресурсом в Колорадо. ДеЙонг считает, что использование ИК-термометров для определения потребности культур в воде — разумное решение.

ДеЙонг и его коллеги сравнили CWSI с пятью другими индексами (формулами) для интерпретации данных ИК-термометров, чтобы оценить их эффективность в обнаружении водного стресса в течение 2 лет в севообороте кукуруза-подсолнечник. Все индексы использовали температуру растительного покрова. CWSI, часто считающийся «золотым стандартом», также требовал данных о температуре и влажности воздуха. Два индекса, разработанных для исследования, были проще: «Градусы выше нестрессового растения» (DANS) и «Градусы выше критической температуры» (DACT).

DANS рассчитывается путем сравнения температуры стрессового растения с температурой нестрессового растения в тех же условиях. DACT основан на установленном температурном пороге для культуры, где водный стресс определяется тем, на сколько градусов температура растения превышает этот порог. Температуру покрова для DANS и DACT измеряли ежедневно в 14:00, когда уровень водного стресса обычно максимален. Исследователи контролировали уровень влажности почвы и водопотребление культур, полностью орошая одну часть поля и намеренно создавая умеренный или сильный стресс на других участках. Все это время ИК-термометры непрерывно измеряли температуру растительного покрова.

Результаты показали, что индексы DANS и DACT так же эффективны, как и CWSI, для определения водного стресса, хотя требуют гораздо более простых измерений: однократного ежедневного считывания температуры растительного покрова.

ДеЙонг планирует разработать «коэффициенты водопотребления культур», которые установят потребность в воде конкретных культур в различных сценариях. С этими данными ИК-термометры вскоре могут получить широкое распространение среди фермеров. ДеЙонг предвидит, что в ближайшем будущем фермеры будут использовать ручные ИК-термометры, а в перспективе — устанавливать их на дроны для расчета потребности в воде на обширных территориях.