红外热成像在农业领域得到了显著的认可，应用范围从灌溉调度、作物产量估算、植物病害检测、水果成熟度评估、挫伤检测到苗圃监测。本研究介绍了热成像在不同灌溉处理下园艺植物灌溉调度的实际应用。

　　主要目标包括：

　　(i)发现不同灌溉处理对盆栽植物的影响及其相应的热特征的变化，

　　(ii)发现植物变量和土壤变量之间的关系，并进一步开发灌溉调度的阈值

　　(iii)比较和简化计算冠层温度(temperature of the canopy，Tc)和水分胁迫指数，即作物水分胁迫指数(crop water stress index，CWSI)和气孔导度指数(stomatal conductance index Ig)，使用各种参考和非参考阈值技术并改进它们诊断准确性。

　　考虑了在四种不同的水分胁迫(轻微、温和、中度和严重的水分胁迫)下的木槿盆栽植物，如图1。地面热像采集、环境空气温度测量和被测植物重量的结合以及在本研究中如何利用如图2所示。使用地面手持热成像相机从不同的冠层区域(前视图、俯视图、左侧视图、右侧视图和前角视图)获得植物ABCD的热图像，如图3。

图1 实验装置包括植物A，植物B，植物C和植物D。

图2 本研究所用方法的图表。

　(植物A)                                                                            (植物B)                                                                               (植物C)                                                                         (植物D)

图3 A、B、C、D植物热和光学图像。 (a)土壤，(b)前视图冠层，(c)顶视图冠层，(d)左侧冠层，(e)右侧冠层(f)前角度冠层(g)灌溉后第2天下午2:30拍摄的干、湿和参考叶片。

　　在植物参数和土壤参数之间建立定量关系。冠层温度(temperature of the canopy，Tc)与土壤温度(temperature of soilTs)对之间的关系最适合发现水分胁迫下的植株，如图4。所研究植物的(Tc 和 Ts)阈值对：A植物29.5°C(Tc)和 28°C(Ts)，B植物29.5°C(Tc)和 27.5°C(Ts)，C植物29.5°C(Tc)和27°C(Ts)，D植物29.5°C(Tc)和26.5°C(Ts)。

　　图4 冠层温度(Tc)与土壤温度(Ts)的关系

　　从适用性和可扩展性来看，直方图梯度阈值法(histogram gradient thresholding，HG)是最适合准确测定Tc的方法，如图5。估计的临界值 m(standard deviation envelope thresholding，SDE)和像素变化率(ratio of pixel change，RPC)(HG 方法)可被视为植物水分胁迫的重要指标，如图6。在不同的水分胁迫指数计算方法中，与统计方法和SDE方法相比，简化方法和HG方法对植物A、B、C和D的均方根误差最小。

　　图5 HG方法与ROI方法分别计算(a)植物A (b)植物B(c)植物C和(d)植物D的Tc的比较

　　图6 柱状图分别表示A、B、C和D植物SDE方法的临界m值(a)和HG方法的临界RPC值(b)。

　　本研究建立了基于ET和Ts计算CWSI/Ig的各种阈值方法之间的重要关系。(i)经验方法和HG方法对Ts与CWSI和Ig的相关性最好，(ii)简化方法和SDE方法对ET与CWSI和Ig的相关性最好

　　这些结果鼓励了红外热成像技术在园艺植物中的应用。

　　来源：Parihar G, Saha S, Giri LI: Application of Infrared Thermography for Irrigation Scheduling of Horticulture Plants. Smart Agricultural Technology 2021:100021.

　　编辑：王春颖