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小区尺度作物蒸散量的高通量生理表型分析

发布时间：

2024-07-17

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背景：田间高通量植物表型分析（FHTPP）平台已经很好地开发出来以测量作物育种和农学研究的重要性状。然而，研究主要集中在形态和光谱性状上，对于小区地块主要生理过程（如蒸散量（ET））的估算方法仍然缺乏。

目标：在本研究中，我们提出了一种新的分析框架，通过集成来自FHTPP系统（即NU-Spidercam）的频繁表型数据（多光谱和热红外图像、冠层反射率和LiDAR点云）、气象数据、简化的两源能量平衡模型，以及参考ET和作物系数计算，来估算小区尺度的ET。

图1 田间高通量表型平台数据采集和处理过程

方法：在五个涉及玉米和大豆作物的田间试验中，测试了新的小区尺度ET方法，这些试验在两个生长季节中使用了不同灌溉水处理水平。将每个小区生长季节内估算的小区尺度ET累积起来，并通过回归分析研究其与谷物产量的关系。

图2 小区尺度ET估算模型

结果：结果显示，小区尺度累积的ET捕捉到了小区水分使用的季节性趋势，并清楚地区分了灌溉处理。观察到小区尺度ET与谷物产量之间存在强线性相关性，R2值范围为0.35至0.93（平均R2 = 0.71）。与作物高度、绿色像素分数、冠层温度下降和红边归一化差异植被指数等多种形态和光谱性状相比，小区尺度ET在各季节中似乎是一个更稳定和更强的谷物产量预测指标。

结论：高时空分辨率的田间表型数据以及所报道的新分析框架成功估算了小区尺度的ET，这是其他系统或方法难以实现的。

意义：我们的小区尺度ET估算工作可以应用于其他地面平台和无人机，从而使生理学家、育种家和农学家能够进行高通量表型分析水分使用相关性状和干旱响应评估。

来源

Bai et al, High-throughput physiological phenotyping of crop evapotranspiration at the plot scale, Field Crop Research, Volume 316, 1 August 2024, 109507

编辑

通讯作者1：白更，北卡罗来纳州立大学，生物与农业工程系，助理教授；

通讯作者2：葛玉峰，内布拉斯加大学林肯分校，生物系统工程系，讲席教授。

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