2020年09月30日
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看透逆境中植物的沉默 近紅外光光譜儀快速找到農作物病因

小果番茄是國內溫室設施栽培重要作物之一,但農民多依據自己的栽培經驗,肉眼觀察植株是否缺水枯萎,若有此狀態就調整溫室溫度如使用風扇、水牆或用遮陰方式因應,但同時會造成人力、電力浪費。農業試驗所宣布,該所利用近紅外光光譜儀開發作物逆境監測系統,能提早掌握植株缺水,讓農民提早因應,減少損失。該系統目前監測準確率達90%以上。

農試所表示,現溫室栽培小果番茄,農民須依經驗及肉眼了解作物狀態,一發現缺水,就調整溫室溫度、濕氣,調整方式為使用風扇、水牆或幫植栽遮陰,很少以作物當下生理狀況為調整依據,若農民經驗不足,無法判斷,等到植株外觀出現凋萎,往往已來不及搶救。

農試所助理研究員杜元凱表示,其實,當作物遭逢缺水逆境時,會啟動生理改變,降低危害,而此生理改變,光譜儀可偵測到,農試所就利用近紅外光光譜儀收集葉表反射光譜,建立葉子遭遇缺水逆境模型,以協助農民早期發現,提早因應減少損失。

杜元凱強調,傳統檢測葉子缺水,工作人員須剪下葉子,用化學分析法分析,耗時半天至1天才會有結果,但近紅外光光譜儀檢測,只要數秒即可知結果。

杜元凱說,農試所開發的此監測系統,是以小果番茄做初期研究,但同時也比較「玉女」、「台南亞蔬19號」2個品種番茄,結果差異不大,判斷番茄缺水逆境正確率已可達90%以上。小果番茄栽培除了缺水,也會面臨高溫、淹水及氮磷鉀等營養素不均衡,衍生的生長逆境,農試所未來亦將針對不同作物、不同逆境情境建立預測模式。

植株營養不均衡,葉片也會出現各種症狀,要夠細心才能發現,但透過近紅外光光譜儀的協助,亦能快速辨識該症狀產生的原因。杜元凱指出,氮肥不足或過量,均會影響番茄生長勢及果實品質,當氮肥過量,番茄葉子就容易變硬、顏色趨於暗沉,有些品種根系亦有往土表生長的不定根現象;當氮肥不足,葉子會出色澤變淺等生理變化,未來可利用近紅外光光譜儀監測並收集作物處於正常生理狀況及遭遇逆境時葉表反射光譜數據,建立逆境預測模型,並作為作物逆境監測系統的判定依據。

對於學界本會利用光合作用測定儀這類設備,就能取得樹葉光合作用有關的氣孔開合、氣體交換速率等數據,為何農試所需要開發近紅外光譜監測技術?價格是關鍵。杜元凱解釋,光合作用測定儀要價皆上看2、300萬元,一般農民可能難以負擔,但近紅外光波長範圍廣,若能建立預測模型,將可針對有效波段設計成本較低的監測儀器,便可應用推廣。

利用近紅外線光譜儀收集葉表反射光譜資料示意圖。

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