Двенадцатифутовые металлические столбы с длинными вытянутыми руками усеивают соевое поле на Среднем Западе для наблюдения за невидимым массивом света, излучаемого посевами. Согласно недавно опубликованному исследованию Университета Иллинойса, этот свет может выявить фотосинтез растений в течение всего вегетационного периода.
«Производительность фотосинтеза является ключевой характеристикой для мониторинга, поскольку она напрямую влияет на потенциальную урожайность», - сказал Кайю Гуан, доцент Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук (ACES) и главный исследователь этого исследовательская работа.«Этот метод позволяет нам быстро и неразрушающе отслеживать, насколько хорошо растения работают в различных условиях, как никогда раньше».
Опубликовано в Журнале геофизических исследований - Biogeosciences, группа из Иллинойса под руководством Гофанга Мяо, исследователя с докторской степенью в ACES и ведущего автора статьи, сообщает о первом непрерывном полевом сезоне с использованием солнечной флуоресценции (SIF).) данные для определения того, как соевые бобы реагируют на колебания уровня освещенности и стрессы окружающей среды.
«После недавнего открытия использования спутниковых сигналов SIF для измерения фотосинтеза ученые изучают потенциал применения технологии SIF для улучшения сельскохозяйственных экосистем», - сказал участник исследования Карл Бернакки, адъюнкт-профессор науки о растениях в Carl Институт геномной биологии им. Р. Вёзе (IGB). «Это исследование расширяет наше понимание физиологии сельскохозяйственных культур и SIF в местном масштабе, что проложит путь спутниковым наблюдениям для мониторинга здоровья растений и урожайности на обширных площадях пахотных земель."
Фотосинтез - это процесс, при котором растения преобразуют световую энергию в сахара и другие углеводы, которые в конечном итоге становятся нашей пищей или биотопливом. Однако от одного до двух процентов поглощаемой растением световой энергии излучается в виде флуоресцентного света, который пропорционален скорости фотосинтеза.
Исследователи фиксируют этот процесс, используя гиперспектральные датчики для обнаружения колебаний фотосинтеза в течение вегетационного периода. Они разработали это непрерывное исследование, чтобы лучше понять взаимосвязь между поглощенным светом, испускаемым флуоресцентным светом и скоростью фотосинтеза. «Мы хотим выяснить, согласуется ли это пропорциональное соотношение между различными экосистемами, особенно между сельскохозяйственными культурами и дикими экосистемами, такими как леса и саванны», - сказал Мяо.
«Мы также проверяем применимость этой технологии для фенотипирования сельскохозяйственных культур, чтобы связать ключевые признаки с лежащими в их основе генами», - сказала соавтор Кэтрин Мичем, научный сотрудник IGB..
«Технология SIF может помочь нам превратить фенотипирование из ручного труда, требующего больших групп исследователей и дорогостоящего оборудования, в эффективный автоматизированный процесс», - говорит соавтор Кейтлин Мур, также являющаяся исследователем с докторской степенью в IGB.
Сеть датчиков SIF была развернута по всей территории США для оценки пахотных земель и других природных экосистем. Лаборатория Гуана запустила две другие долгосрочные системы SIF в Небраске, чтобы сравнить богарные и орошаемые поля в севооборотах кукурузы и сои. «Применяя эту технологию в разных регионах, мы можем гарантировать эффективность этого инструмента в бесчисленных условиях выращивания множества растений», - сказал Си Ян, доцент Университета Вирджинии, который разработал систему мониторинга SIF для этого исследования.
«Наша способность связывать данные SIF в масштабе листа, полога и региона будет способствовать улучшению моделей, которые прогнозируют урожайность», - сказал Гуань. «Наша конечная цель - отслеживать эффективность фотосинтеза на любом поле по всему миру, чтобы оценивать состояние посевов и прогнозировать урожайность в глобальном масштабе в режиме реального времени."