Недорогие спектрометры эффективны для мониторинга здоровья растений

Исследователи из Нанкинского университета подтвердили эффективность бюджетных спектрометров низкой конфигурации для измерения солнечно-индуцированной флуоресценции хлорофилла (SIF) — красного свечения, которое растения излучают во время фотосинтеза и которое является критическим маркером здоровья и продуктивности растений. Это исследование способствует демократизации мониторинга экосистем и сельского хозяйства за счёт использования экономичных технологий.

Исследование было опубликовано в Journal of Remote Sensing 18 декабря.

Растения используют большую часть, но не весь поглощаемый солнечный свет для фотосинтеза; часть избыточной энергии выделяется в виде тепла и красного свечения, известного как SIF. Этот прямой и неинвазивный индикатор даёт уникальное представление о здоровье экосистем, продуктивности и реакции на изменения окружающей среды.

Однако измерение SIF — задача непростая и недешёвая. Обычно для этого требуются высококонфигурационные спектрометры, которые, хотя и точны, но дороги и сложны в обслуживании, что ограничивает их применение в полевых условиях.

«Наша цель состояла в том, чтобы определить, могут ли спектрометры низкой конфигурации служить жизнеспособными инструментами для наземных наблюдений SIF», — сказал Лэй Пэй, исследователь из Международного института наук о системе Земли Нанкинского университета и ведущий автор исследования.

Для этого команда сравнила производительность высококлассного спектрометра с более экономичной моделью на двух сельскохозяйственных участках, где выращивали пшеницу и рис в Китае. Они оценили, насколько хорошо спектрометры измеряют SIF, отслеживают продуктивность сельхозкультур (валовую первичную продуктивность, GPP) и определяют ключевые стадии роста.

«Мы обнаружили, что, хотя есть различия в величине получаемых значений SIF, оба типа спектрометров демонстрировали схожие тенденции и чувствительность», — отметил Пэй.

Спектрометр низкой конфигурации близко соответствовал производительности высококонфигурационного спектрометра, с корреляцией более 90% и минимальными ошибками. Он был особенно эффективен для пшеницы, точно отслеживая продуктивность растений и стадии роста со средней разницей во времени всего в 2,5 дня по сравнению с более дорогой моделью.

«Это открытие предполагает, что спектрометры низкой конфигурации могут удовлетворить определённые требования для полевых наблюдений SIF, что знаменует собой значительный шаг вперёд в развитии наземных исследований SIF», — заявил Пэй.

Эти результаты поддерживают создание более эффективных и экономичных систем полевых наблюдений, делая мониторинг экосистем и сельского хозяйства более доступным и масштабируемым.

Исследователи планируют дальнейшее повышение точности измерений SIF с помощью спектрометров низкой конфигурации, изучая дополнительные факторы, которые могут влиять на их работу.

«Наша конечная цель — разработать комплексную систему, демонстрирующую надёжность этих инструментов для поддержки миссий по наблюдению SIF in situ, тем самым расширяя доступ к этой важной области исследований», — заключил Пэй.