美国宾州大学：植物叶子上安装传感器可告知农民何时浇水

　　根据宾夕法尼亚州立大学农业科学院的研究，测量叶片厚度和电容的植物传感器具有广阔的应用前景，那就是用于告诉农民如何在恰当时机打开他们的灌溉系统，从而有效避免水资源浪费和植物干枯。

　　在干旱地区，持续监测植物的“水应力（waterstress）”尤其重要。在这方面，传统做法是测量土壤含水量，或者开发计算地表蒸发和植物蒸腾总量的蒸散量模型。但是，新的技术可以更准确地检测植物需水的时间点，因而在提高水资源利用效率方面存在巨大潜力。

　　研究成果发表在《美国农业和生物工程师学会学报》上。牵头的研究人员AminAfzal是一位植物科学领域的在读博士生。他在叶片传感器中集成了同时测量叶片厚度和叶片电容的功能，而在此之前还没有人做过这方面的研究。

　　研究是在番茄植株上进行的，共进行了11天，而番茄则生长在具有恒温和12小时开/关光周期功能的生长室里。生长用的培养基是泥炭灌封混合物，其水分含量可利用土壤—水分传感器测量。实验进行时，前3天土壤含水量保持在较高水平，此后8天时间里逐步脱水。

　　研究人员随机选择了6个直接暴露于光源的叶片，在上面安装了传感器，注意安装时要避开主要叶脉和边缘。他们每五分钟记录测量一次，发现每天叶片厚度变化较小，且当土壤水分含量从高到低变化时，没有出现明显的日间波动。然而，当土壤水分含量低于枯萎点以下时，叶片厚度变化更为明显。直到实验的最后两天，叶片厚度开始稳定，那时水分含量达到5%。

　　电容能显示叶子存储电荷的能力，它在黑暗期间大致恒定在最小值，但在光照期间迅速增大，这就意味着电容能反映光合作用的活性。此外，每日的电容变化在土壤水分低于枯萎点时减小，并且在含水量为11%时完全停止，这表明基于对光合作用的影响，可以观察到“水应力”对电容的作用。

　　本研究是宾夕法尼亚州立大学农业科学院系列研究中最新的一部分。通过它，Afzal希望能最终开发出一个系统，其中，叶片传感器将有关植物水分的精准信息发送到农田里的中央单元，然后实时地与灌溉系统进行通信，以便确定何时对作物进行灌溉。他构思了一个方案，可使传感器、中央单元和灌溉系统进行无线通信，而传感器则能用电池或太阳能无线供电。

　　（来源：宾夕法尼亚州立大学网站；中文编译：龚晶，北京市农林科学院农业信息与经济研究所）