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在全球人口增长与资源压力加剧的背景下，为实现高效可持续农业生产，研究人员开展多植物传感器监测温室番茄干旱胁迫早期迹象的研究。结果表明，声发射、气孔导度（gsw）和茎直径对早期干旱胁迫敏感。该研究有助于精准农业的传感器选择与应用。
在全球人口持续增长的当下，粮食需求与日俱增，而自然资源却愈发紧张。气候变化又不断给农业生产带来新挑战，比如干旱等极端天气频繁出现，严重影响农作物产量。在传统农业生产中，灌溉往往缺乏精准性，水资源浪费现象普遍。若能实现对植物干旱胁迫的早期精准监测，就能及时调整灌溉策略，提高水资源利用效率，还能保障作物产量和品质。但目前相关检测手段存在不足，难以满足现代农业发展需求。基于此，来自荷兰的研究人员开展了一项针对温室番茄干旱胁迫早期监测的研究，该研究成果发表在《Agricultural Water Management》上，为精准农业发展提供了重要参考。
研究人员采用了多种关键技术方法：首先构建了 3D 温度传感网络，综合利用低功耗自主温度模块、分布式温度传感（DTS）技术和叶 - 气温传感器，全方位监测温度变化；其次使用超声麦克风收集植物声发射信号；还通过安装在植物茎部的树径计和液流计监测茎直径变化和液流情况；利用气孔计和叶绿素荧光仪测量气孔导度（gsw）、叶绿素荧光等指标；此外，借助便携式显微镜对单个气孔运动进行成像观察。
研究结果如下：
- 微气候和灌溉情况：实验期间天气多晴朗，净辐射、光合有效辐射（PAR）、气温、水汽压亏缺呈现明显日变化，灌溉量与太阳辐射相关。干旱处理下，岩棉板水分在 28 小时内降至检测下限。
- 茎直径和液流变化：正常情况下，下茎直径有日变化规律。干旱初期，茎直径变化不明显，随后急剧下降，恢复灌溉后，部分植株茎直径恢复缓慢。液流对干旱处理响应有限，其日变化最大值主要与太阳辐射有关。
- 声学传感器监测结果：干旱植株在胁迫期的声发射（AE）率高于对照植株，且 AE 率、共振频率和脉冲衰减时间等参数存在差异，体现了植株间的变异性和胁迫的影响。
- 气孔行为和光合效率变化：干旱初期，对照和干旱植株的气孔导度（gsw）无显著差异，随后干旱植株 gsw急剧下降，恢复灌溉后部分恢复。光系统 II 的量子产额（Y (II)）对干旱胁迫响应迟缓。通过气孔成像观察到气孔孔径在干旱期减小，恢复灌溉后部分恢复，同时叶温与气温差值也发生变化。
- 变量相关性分析：对照条件下，茎直径、液流与气温、相对湿度（RH）、辐射等相关性强；干旱胁迫下，茎直径、AE 相关变量与岩棉湿度的相关性改变，液流与其他变量相关性变化不大。
研究结论和讨论部分指出，茎直径、声发射、气孔孔径、气孔导度（gsw）和叶温（尤其是冠层中部叶片）可作为干旱胁迫早期的指示指标。其中，声发射和茎直径能互补反映植物茎部水分状况，气孔成像可补充气孔导度测量的不足。同时，研究还发现实验中部分传感器为原型，样本量受限，后续研究需优化统计设计。此外，温室环境中温度空间变化大，影响植物生理过程，未来应增加温度传感器密度。该研究成果为温室精准灌溉和作物管理提供了科学依据，推动了智慧农业发展，有助于解决全球农业面临的水资源利用和作物产量保障等问题，对实现可持续农业具有重要意义。
