La SIF (Sunlight Induced Chlorophyll Fluorescence) è come un medico preciso che utilizza uno "stetoscopio" professionale per catturare direttamente il reale impulso della fotosintesi nella vegetazione. In quanto segnale ottico naturale della fotosintesi, l'intensità della SIF riflette direttamente l'intrinseca "attività fisiologica" della pianta, non solo l'apparente "verde". Questa capacità di rilevare direttamente lo stato fisiologico delle piante fa sì che la tecnologia SIF mostri vantaggi unici nell'allerta precoce dello stress, nella stima accurata della resa e nella contabilizzazione del pozzo di carbonio, fornendo un nuovo metodo tecnico per la gestione agricola, il monitoraggio ecologico e la ricerca sul ciclo del carbonio.
Dall'Area Protetta della Foresta Chiusa di Baotou, nella Mongolia Interna, all'Osservatorio Scientifico sul Campo degli Ecosistemi Carsici di Guanling, nel Guizhou, fino al moderno campo meteorologico agricolo di Hebi, nello Henan, un sistema di spettroscopia di fluorescenza della clorofilla indotta dalla luce del giorno ad alta precisione, con diritti di proprietà intellettuale completamente indipendenti, è costantemente al servizio di molti scenari di ricerca ecologici e agricoli tipici della Cina, fornendo un supporto affidabile per il monitoraggio della fotosintesi della vegetazione.
Vantaggio tecnologico: catturare con precisione l'"impulso" della fotosintesi
Il sistema adotta un design ottico avanzato e una tecnologia di elaborazione del segnale con le seguenti caratteristiche:
Gamma spettrale:650 - 800 nm, copertura accurata delle principali linee di assorbimento della fluorescenza come O₂-A, O₂-B, ecc.
Acquisizione spettrale di precisione:Risoluzione spettrale di 0,3 nm con intervallo di campionamento di 0,1 nm per una chiara risoluzione delle caratteristiche della linea di assorbimento dell'ossigeno
Eccellenti prestazioni segnale/rumore:Il rapporto segnale/rumore di 1000:1 garantisce l'estrazione affidabile di segnali fluorescenti deboli
Stabilizzare l'adattamento ambientale:Controllo della temperatura sinergico a semiconduttore e ad aria per garantire un funzionamento stabile a lungo termine sul campo
Ampia gamma dinamica:Gamma dinamica 5000:1 per tutte le condizioni di illuminazione
Tendenze intraday
(Campione 1 dell'osservazione ecologica automatica su scala regionale della prateria di Hulunbeier, Mongolia interna, 1 luglio 2022)
II. Garanzia di accuratezza e sistema di verifica
Abbiamo stabilito un processo completo di calibrazione in laboratorio e sul campo per garantire dati accurati e affidabili:
Calibrazione assoluta delle radiazioni in laboratorio:Prima della spedizione di ogni strumento, la calibrazione della radiazione assoluta viene effettuata in camera oscura utilizzando una sfera integratrice e una lampada standard, calibrata dalla China Academy of Measurement Sciences per garantire l'accuratezza del valore fisico dei dati.
Calibrazione e controllo di qualità in fabbrica:Il sistema integra la funzione di commutazione automatica del percorso ottico e la raccolta della corrente di buio e la misura di riferimento della lavagna standard vengono eseguite prima di lasciare la fabbrica, in modo da sopprimere efficacemente la deriva dello strumento e le interferenze ambientali.
Convalidato da marchi internazionali:Per valutare le prestazioni in modo oggettivo, abbiamo condotto un test di confronto con lo spettrometro Ocean Optics nelle stesse condizioni. I risultati dimostrano che il sistema ha raggiunto un livello comparabile in termini di rapporto segnale/rumore, stabilità e coerenza dell'inversione di fluorescenza e ha una comparabilità affidabile dei dati.
Accordo statisticamente significativo tra lo spettrometro nazionale e l'Ocean Optics QE Pro importato in generale, con una correlazione di 92% (R2 = 0,85) soprattutto nella banda del lontano rosso (O2B)
III. Casi di applicazione tipici
Stazione di osservazione meteorologica agricola di Hebi, provincia di Henan, Cina
Le colture nella stazione di Hebi sono piantate secondo uno schema a due stagioni, e durante il periodo di installazione (da metà a fine maggio) si trovavano nella parte finale della stagione di crescita del grano invernale, che è stato raccolto intorno al 10 giugno, seguito dalla semina del mais.
L'apparecchiatura della stazione di Hebi è stata impostata per funzionare dalle 10:00 alle 14:00 con una frequenza di campionamento di 10 minuti dal 20 maggio al 3 giugno; dal 4 giugno, la frequenza di campionamento è stata impostata a 5 minuti, per cui le misurazioni teoriche del volume di dati al giorno sono rispettivamente 24 e 48 voci. I dati validi effettivi del dispositivo sono ≥98%, il che indica che il dispositivo è in grado di raccogliere e trasmettere dati in modo stabile.
Il momento del nadir dell'osservazione del SIF coincide esattamente con la data della raccolta del grano nel campo, e l'improvvisa diminuzione del SIF riflette bene la situazione reale della rapida raccolta del grano.
L'andamento delle osservazioni delle telecamere climatiche (indice di vegetazione) nello stesso periodo ha mostrato che, sebbene l'NDVI abbia toccato il fondo in una data simile a quella del raccolto del grano, la tendenza al ribasso è stata più lieve rispetto a quella del SIF e non è stata sensibile come il SIF nel riflettere la situazione del raccolto della vegetazione (mutazione).
Ciò si riflette chiaramente nel lento cambiamento e nel rapido aumento del SIF sia durante la fase di inizio crescita (inizio luglio) sia durante la fase di crescita rapida (metà luglio) del mais.
Le tendenze dei valori del SIF e dell'indice di vegetazione (NDVI) sono state generalmente coerenti, con la data del SIF che differisce da quella dell'NDVI di un solo giorno per quanto riguarda l'inizio del periodo di crescita rapida del mais.
Gli indici di vegetazione mostrano che c'è un periodo di sollevamento significativo per il mais solo all'inizio del DOY = 194 giorni (14 luglio), una data che è ampiamente coerente con l'osservazione SIF del 15 luglio.
Nel sistema di rotazione delle colture di grano invernale e mais della stazione di Hebi, nella provincia di Henan, il sistema di misurazione SIF ha funzionato in modo stabile e ha ricevuto dati completi. Il sistema ha catturato con precisione il brusco calo del SIF causato dalla raccolta del grano e la risposta è stata più netta rispetto a quella dell'indice di vegetazione; allo stesso tempo, ha registrato chiaramente i cambiamenti dinamici del SIF durante le fasi di emergenza delle piantine e di crescita rapida del mais, in modo molto coerente con i risultati del monitoraggio dell'indice di vegetazione.
Questo caso dimostra che l'apparecchiatura SIF ha un'affidabile capacità di rilevamento della risposta fisiologica e un'accurata cattura delle dinamiche della vegetazione, fornendo un solido supporto di dati per il monitoraggio agricolo e la ricerca sugli ecosistemi.
IV. Prospettive
Attualmente, il sistema è stato messo in funzione in diverse stazioni di campo e stazioni agrometeorologiche, fornendo un supporto continuo e stabile di dati per la ricerca correlata. In futuro, continueremo ad approfondire la ricerca e l'applicazione della tecnologia di misurazione SIF per espandere ulteriormente l'adattabilità e la stabilità del sistema in ecosistemi multipli e ambienti complessi.
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