По мере того, как мир урбанизируется, а такие технологии, как светодиодное освещение для растений, снижают затраты, выращивание в помещении становится все более важной частью продовольственного снабжения. В конце концов, методы ведения сельского хозяйства в помещении могут помочь людям поддерживать здоровую диету в космосе. Однако из-за полностью закрытых систем, в которых выращиваются комнатные культуры, дисбаланс питательных веществ в почве, солености, температуры и других факторов необходимо быстро выявлять, чтобы не потерять весь урожай. В работе, опубликованной в недавнем выпуске Applications in Plant Sciences, доктор Роберт Ферл и его коллеги из лаборатории космических растений Университета Флориды разработали световой инструмент для быстрой, точной и недорогой оценки здоровья растений.
Неудивительно, что это исследование, проведенное в лаборатории космических растений, было направлено на внеземное земледелие. «Представьте себе оранжерею, которую роботы обслуживают на Марсе», - сказал доктор Ферл, автор исследования. «Единственные данные, которые мы можем получить из этой теплицы, - электронные. Возврат образцов невозможен. В таких условиях становится действительно выгодно получать как можно больше данных из фотонов, испускаемых листьями растений». Эти фотоны создают характерные световые сигнатуры, которые могут многое рассказать о состоянии растения при анализе с использованием нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI).
NDVI - это широко используемый показатель здоровья растений и скорости фотосинтеза, который изначально был разработан для спутникового мониторинга роста растений. Этот показатель сравнивает поглощение растениями различных спектров света; здоровые растения выделяют идентифицируемую световую сигнатуру, поглощая свет в фотосинтетически активной области светового спектра и отражая ближний инфракрасный свет. «[NDVI] оказался интересной отправной точкой для проекта просто потому, что существует большой набор данных и коллективное понимание, которое лежит в основе идеи использования различных спектральных компонентов для понимания здоровья растений», - сказал доктор Ферл. Они адаптировали NDVI с одним изображением (SI-NDVI), недорогую версию этого анализа, чтобы увидеть, будет ли он практичным для мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур в условиях закрытого грунта.
Доктор. Ферл и его коллеги оценили эффективность этого метода мониторинга, подвергнув два разных растения (рукколу и модельное растение Arabidopsis thaliana) двум разным стрессовым факторам (соленость и обработка высокой концентрацией нитрата аммония), которые вызывают характерные и хорошо понятные реакции на стресс. «Использование этих хорошо контролируемых стрессов, которые имеют четко определенную биохимическую основу для своих реакций, позволяет нам исследовать первопричины различий NDVI в обнаружении стресса или реакции на здоровье», - сказал доктор. Ферл. Они смогли обнаружить сигнатуры стресса от обоих методов лечения задолго до того, как стресс стал виден невооруженным глазом, что доказывает полезность этих методов в качестве систем раннего мониторинга, которые можно развертывать удаленно и относительно недорого..
Хотя эти авторы были в первую очередь заинтересованы в выращивании растений в космосе, разработанная ими техника мониторинга может оказаться полезной здесь, на Земле, для фермеров, выращивающих в помещении, которые хотят быстро выявить проблемы в гроубоксе. «Единичное изображение NDVI дает возможность получить спектральный характер из одного изображения RGB. Это снижает затраты», - сказал д-р Ферл. «Это также открывает двери большому сообществу гражданских ученых и разработчиков приложений, которые заинтересованы в коммерческом использовании концепций SI-NDVI». Это означает, что этот метод может быть адаптирован для наблюдения за различными культурами, выращиваемыми в комнатных условиях, что может означать более дешевую и полезную зелень для салата на вашем столе, будь то стол здесь или на Марсе.