温室甜椒氮素过量胁迫的多光谱成像检测系统：温度调控下的低成本精准监测方案

本研究针对温室甜椒生产中氮肥过量导致的生态风险和作物应激问题，开发了基于电缆摄像系统（cablecam）的低成本多光谱成像技术。通过分析NDVI、GNDVI等植被指数，揭示了高温环境下植被指数对氮素状态敏感性降低的现象，证实热胁迫会限制植物对氮素的利用效率。该研究为温室作物精准营养管理提供了可部署的远程监测方案。

　　

在现代设施农业中，氮肥滥用正引发双重危机——不仅造成地下水硝酸盐污染和N₂O温室气体排放，过量氮素还会引发作物"奢侈消耗"现象：甜椒等作物在短期氮素激增时叶片氮含量飙升，但持续过量反而导致叶绿素降解和氧化损伤。更棘手的是，全球变暖背景下温室内部频繁出现的高温胁迫，可能进一步干扰作物对氮素的响应机制。传统检测方法依赖破坏性采样，难以实现动态监测，而无人机在密闭温室中的使用又受空间限制。

西班牙穆尔西亚农业食品研究与开发研究所（IMIDA）的研究团队在《Smart Agricultural Technology》发表的研究，创新性地将电缆摄像系统与五波段多光谱传感器（475-842nm）结合，构建了适用于温室环境的移动监测平台。通过对比不同氮处理（12mM对照、24mM 2N、36mM 3N）和温度条件（27°C对照、+5°C高温）下甜椒的生理响应，发现高温会显著削弱植被指数与叶片氮含量的相关性（r值从0.64降至无显著性），揭示了环境温度对光谱诊断的干扰机制。

关键技术方法
研究采用MicaSense RedEdge-P传感器获取蓝、绿、红、红边和近红外波段数据，通过PIX4Dmapper软件生成正交镶嵌图。设置3天和10天两个氮处理周期，测定叶片氮含量（%N）、叶绿素a/b（Chl a/b）、PSII最大光量子产量（Fv/Fm）等参数。使用硫代巴比妥酸反应物（TBARS）评估脂质过氧化程度，ABTS法测定抗氧化活性。统计采用Duncan检验（α=0.05）。

主要研究发现

3.1 作物氮含量
短期（3天）2N处理使叶片氮含量提升最显著（较对照增加28.6%），但10天3N处理引发氮代谢紊乱，高温组氮积累量比常温组低19.4%（p<0.05）。

3.2 叶绿素含量
呈现"钟形曲线"响应：3天氮处理使Chl a增加37.2%，但10天处理反而下降21.8%，且高温完全抵消了氮素的促进作用。

3.3 PSII光量子效率
2N处理3天后Fv/Fm值提升12.3%，但长期处理使该效应消失，表明氮过量会破坏光系统修复能力。

3.4 氧化应激指标
10天3N处理使TBARS含量激增2.1倍，ABTS抗氧化活性下降41.7%，证实氮过量诱发氧化损伤。

3.5 植被指数特征
NDVI和RVI在常温下与%N呈中度相关（r=0.52-0.65），但高温使相关性丧失。GVI对短期氮响应敏感，而长期处理中所有指数值下降15-22%。

结论与展望
该研究首次证实高温会"掩盖"植被指数对氮胁迫的诊断信号——当环境温度超过32°C时，NDVI等指数与叶片氮含量的相关系数下降达76%。这种现象可能源于热胁迫抑制了硝酸还原酶活性，导致植物无法有效利用富集氮素。提出的电缆摄像系统以<1.5kg载重和4米作业高度，实现了单株分辨率0.002m的监测精度，其80%图像重叠度的设计确保数据连续性。

这项成果为设施农业的"双胁迫"（高温+营养失衡）管理提供了新思路：在夏季高温时段，需结合热成像数据修正植被指数解读；而GVI指数可作为氮素短期过量的早期预警指标。未来研究可探索红边指数（如NDRE）在高温环境下的稳定性，以及多模态传感器融合的提升潜力。