Pepper Plants Leaf Spectral Reflectance Changes as a Result of Root Rot Damage

辣椒根腐病對葉片光譜反射率的影響

使用非侵入性工具很難檢測到根部應(yīng)力的癥狀。這項(xiàng)研究為植被指數(shù)的能力提供了概念證明，植被指數(shù)通常用于感知冠層狀態(tài)、檢測根系壓力和性能狀態(tài)。辣椒植株在受控條件下的溫室中在不同鉀和鹽度處理下生長。在實(shí)驗(yàn)的最后一天測量植物的光譜反射率，當(dāng)時(shí)超過一半的植物已經(jīng)自然感染根病。計(jì)算植被指數(shù)以測試使用光譜測量區(qū)分健康植物和根部受損植物的能力。雖然在葉子中沒有觀察到明顯的癥狀，但植被指數(shù)和紅邊位置在健康和根部感染植物之間顯示出明顯的差異。這些結(jié)果是在 32 天的生長期后獲得的，以上表明能夠使用葉片光譜反射在早期生長階段監(jiān)測根部損傷。

圖1.上：整個(gè)實(shí)驗(yàn)的光合有效輻射 (PAR) 和蒸汽壓差 (VPD)。下：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中根系損傷水平的每日蒸騰作用。

在圖1描繪了植物通過損傷水平和每日 PAR 和 VPD 變化的每日蒸騰作用。受感染植物的最終重量顯著降低，并且從第 14 天到實(shí)驗(yàn)結(jié)束它們的每日蒸騰量也較低。非嚴(yán)重根損傷 (r1-r3) 的小樣本量表明這些植物可能在實(shí)驗(yàn)后期受損，而不是 r4-r5 植物。圖 1 顯示了健康和受感染植物的每日蒸騰作用如何對環(huán)境條件的變化做出反應(yīng)，即在第 13 天和第 30 天，因?yàn)闇厥抑械?PAR 和 VPD 較低。

圖2.A: 健康（r0）和重病植株（r4，r5）的平均反射光譜；B：重新采樣到 Sentinel 2 波段的光譜

比較感染植物組和健康植物組的平均光譜表明，在高分辨率和重采樣低分辨率方面，光譜差異較小。然而，這些微小的光譜差異在光譜的可見光和紅邊部分顯著，但在任何其他波段都不顯著（圖2）。盡管損傷影響了根部，但r4–r5組的光譜在綠色區(qū)域顯示出最高的反射率，而r5從近紅外平臺（~750 nm）到ASD光譜區(qū)域上限（2500 nm）的反射率最低。當(dāng)光譜重新采樣到較低的光譜分辨率時(shí)，ASD光譜儀的高光譜分辨率所顯示的不同根損傷組之間的光譜差異并未丟失：450 到 750 nm 之間的波段在各組之間有顯著差異，但該區(qū)域之外的波段，即 B1 和 B7-B11，無顯著差異。此外，從健康植物到受感染植物，這些群體的紅邊位置向較低波長方向顯著減少5–6 nm（圖3）。

圖3. 左：每個(gè)根部損傷水平的平均指數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；右：每個(gè)根部損傷等級的平均紅邊位