Development of optical sensing technology for eco-physiological functions and their integrated controls of crop leaf-root systems

作物叶根系统生态生理功能及其综合调控光学传感技术发展

基本信息

批准号：
21H02318
负责人：
安武大輔
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究初年度である令和３年度は，目標１「葉群の“透過光スペクトル”利用による光合成動態・関連パラメータの光センシング」と目標２「根群の“可視・ハイパースペクトル画像”利用による成長・養分吸収動態の光センシング」についてそれぞれ以下の内容に取り組んだ．目標１については，ホウレンソウ群落の床面に分光器（波長400 - 900 nmのスペクトルデータを計測可能）を設置することで，葉群を透過した光（透過光）のスペクトルデータを連続的に取得した．葉群の成長とともにスペクトルデータの変化を観察することができた．このようなデータに基づき，可視光領域と近赤外線領域の変化から，葉面積指数を非破壊・連続的にモニタリング可能であることを示した．ただし，本モニタリング手法においては誤差要因も大きく，推定精度の向上のための注意点（計測インターバル，受感部の設置方法など）についても整理した．目標２については，根群の観察システムとして透明材質で製作した栽培ベッドを準備した．続いて，透明栽培ベッドを水耕栽培装置に導入し，可視カメラとハイパースペクトルカメラも組込んでモニタリング装置を完成させた．ホウレンソウ群落の様々な生育状態の可視画像およびスペクトル画像を得て，根の異なる成長段階を表現できる最適な反射率比が得られ，それを用いて異なる成長状態の根を分類できた．すなわち，栽培期間を通して根の高次元成長状態を可視化することを達成できた．

在2021财年，即研究的第一年，我们将重点关注目标1：“利用叶子的‘透射光谱’对光合作用动力学及相关参数进行光学传感”和目标2：“光合作用动力学及相关参数的光传感”通过使用根的“可见光和高光谱图像”来测量参数。我们研究了有关“养分吸收动力学的光学传感”的以下主题。对于目标 1，我们在菠菜群体的地板上安装了光谱仪（能够测量波长 400 至 900 nm 的光谱数据），以连续获取穿过叶子的光（透射光）的光谱数据．随着叶群的生长，我们能够观察到光谱数据的变化。基于这些数据，我们表明可以从可见光区域和近红外光区域的变化无损地连续监测叶面积指数。但这种监测方法存在较大误差因素，我们也整理了需要注意的地方（测量间隔、传感单元安装方法等），以提高估算精度。关于目标2，我们准备了一个由透明材料制成的栽培床作为根群观察系统。接下来，水耕栽培设备中引入了透明栽培床，并加入了可见光相机和高光谱相机来完成监控设备。获得了菠菜群落各种生长状态的视觉和光谱图像，并获得了代表根系不同生长阶段的最佳反射率比，可用于对不同生长状态下的根系进行分类。也就是说，我们能够直观地看到根在整个培养过程中的高维生长状态。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Long-term estimation of the canopy photosynthesis of a leafy vegetable based on greenhouse climate conditions and nadir photographs

基于温室气候条件和最低点照片的叶类蔬菜冠层光合作用的长期估计

DOI：
10.1016/j.scienta.2021.110433
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
4.3
作者：
Nomura K.; Yasutake D.; Kaneko T.; Iwao T.; Okayasu T.; Ozaki Y.; Mori M.;Kitano M.
通讯作者：
Kitano M.

3Dカメラで計測した個葉の傾きを考慮した葉面受光量およびガス交換特性の推定

考虑使用 3D 相机测量的单个叶子的倾斜度来估计叶子表面接收的光量和气体交换特性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
平島彩香;安武大輔;広田知良;岡安崇史;伊藤次郎
通讯作者：
伊藤次郎

Long-term estimation of the canopy photosynthesis of a leafy vegetable based on greenhouse climate conditions and nadir photographs

基于温室气候条件和最低点照片的叶类蔬菜冠层光合作用的长期估计

DOI：
10.1016/j.scienta.2021.110433
发表时间：
2021-11-17
期刊：
Scientia Horticulturae
影响因子：
4.3
作者：
K. Nomura;D. Yasutake;T. Kaneko;T. Iwao;T. Okayasu;Y. Ozaki;M. Mori;M. Kitano
通讯作者：
M. Kitano

Long-term compound interest effect of CO2 enrichment on the carbon balance and growth of leafy vegetable canopy

CO2富集对叶菜冠层碳平衡和生长的长期复利效应

DOI：
10.1016/j.scienta.2021.110060
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
4.3
作者：
Nomura K.; Yasutake D.; Kaneko T.; Takada A.; Okayasu T.; Ozaki Y.; Mori M.;Kitano M.
通讯作者：
Kitano M.

ホウレンソウ群落内における鉛直方向の光強度の減衰－群落の成長に伴った減衰の挙動－

菠菜群落内垂直光强度的衰减 - 随着群落生长的衰减行为 -