利用谐波调制叶绿素荧光技术检测植物中的磷胁迫

《IEEE Transactions on AgriFood Electronics》：Phosphorus Stress Detection in Plants Using Harmonically Modulated Chlorophyll Fluorescence

　　该研究提出了一种基于谐波调制的叶绿素荧光成像新方法，用于快速检测植物磷胁迫。相比传统方法，该方法抗干扰性强、计算需求低且检测速度快。实验采用小麦为对象，通过小波散射、小波包和快速傅里叶变换处理荧光信号，并利用支持向量机分类。结果显示，该技术能准确区分磷充足、不足和缺失的植株，在高低磷分类中准确率达98%，中间分类准确率79%-98%。其中小波包变换表现最优，稳定性高。该成果为精准农业提供了非侵入式营养监测工具。

　　

摘要：

本研究探索了一种利用谐波调制叶绿素荧光成像技术检测植物磷营养胁迫的新方法。与传统方法相比，该技术具有以下优势：对人造光源的敏感度较低，计算需求低于高光谱成像技术，且检测速度更快（无需经过长时间的光适应过程）。研究开发了一种正弦调制荧光成像系统，用于在不同磷含量条件下采集小麦植物的荧光信号。这些信号通过小波散射、小波包变换和快速傅里叶变换进行处理，随后利用支持向量机进行分类。实验结果表明，该方法能够有效区分磷充足（100%）、磷缺乏（50%）和磷严重缺乏（0%）的植物，在高磷与低磷条件下进行二分类时的准确率可达98%；在中等磷含量条件下，准确率为79%至98%。其中，小波包变换在所有对比组中均表现出最高的准确率（超过96%），且变异性最小。这项研究证实了谐波调制叶绿素荧光成像技术是一种快速、无损的营养胁迫检测工具，有助于推动精准农业的发展。