Dengan kebimbangan yang semakin meningkat tentang perubahan iklim dan lebihan penduduk, kita perlu meningkatkan produktiviti pertanian dengan segera. Dengan matlamat untuk mencipta cara untuk menentukan dengan mudah sama ada tumbuhan itu tumbuh subur atau mati, penyelidik di Universiti Tohoku mencipta penderia yang dipasang pada daun. Teknologi kecil tetapi berkuasa ini boleh membantu meningkatkan hasil tanaman dan pengurusan sumber untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat.
Kejadian cuaca ekstrem seperti gelombang panas, hujan lebat dan tumbuhan tekanan kemarau, yang boleh mengurangkan hasil dan mengancam kesihatan jangka panjang ladang, hutan dan biodiversiti kita. Terdapat keperluan yang tidak dipenuhi untuk memantau dengan tepat cara tumbuhan bertindak balas terhadap perubahan ini. Walaupun dron dan kapal terbang meningkatkan pemantauan tumbuhan dari atas, mereka hanya mengumpul lebih banyak maklumat makro, aras tanah. Mereka juga memerlukan pelarasan untuk dapat menjejaki tumbuhan dengan tepat dari semasa ke semasa. Penderia kecil lain yang boleh menangkap perubahan pada peringkat loji individu adalah menyusahkan kerana selalunya memerlukan kakitangan di tapak untuk memasang dan menyemak setiap penderia secara manual.
“Kaedah tradisional mungkin berfungsi dengan baik untuk beberapa tujuan, tetapi ia sukar digunakan dan agak mahal,” jelas Kaori Kohzuma. “Untuk menjejaki perubahan kecil, kami memerlukan penyelesaian baharu.”
Untuk menyelesaikan masalah ini, pasukan penyelidik membangunkan sensor baharu yang melekat terus ke bahagian bawah daun tumbuhan. Peranti kecil ini menggunakan penderia spektroskopi dan sumber cahaya untuk mengukur warna daun tanpa menyekat cahaya matahari dan boleh menjejaki perubahan di lokasi yang sama dari semasa ke semasa. Kuasa bateri, penghantaran Wi-Fi dan kalis air membolehkan penderia beroperasi di luar rumah selama lebih sebulan, membolehkan pengumpulan data lanjutan.
“Pertanian pintar menjimatkan banyak masa,” kata Koichiro Miyamoto. “Petani tidak mempunyai masa untuk memeriksa setiap loji secara manual. Penderia ini mampu memberikan bacaan yang ditala halus tentang apa yang berlaku dalam masa nyata. , mereka boleh bertindak balas dengan sewajarnya kepada kawasan di mana tumbuhan mengalami tekanan yang tinggi.”
Sensor ini berprestasi baik berbanding spektrometer komersial pada kira-kira 90 daun daripada 30 spesies tumbuhan yang berbeza. Ia membezakan warna dengan tepat pada tujuh daripada lapan panjang gelombang yang boleh dikesan, dan bacaannya pada 620 nm sangat serupa dengan meter klorofil komersial. Ujian lanjut dengan mutan sensitif tekanan Arabidopsis thaliana menunjukkan bahawa perubahan pada 550 nm dalam bacaan sensor sepadan dengan tindak balas tegasan tumbuhan, selaras dengan indeks pemantulan fotokimia (PRI) yang digunakan secara meluas.
Dalam ujian luar untuk menguji prestasi dalam keadaan dunia sebenar, mereka memasang penderia pada daun birch untuk mengesan perubahan warna daun pada musim luruh, defoliasi dan penuaan dalam tempoh dua minggu. Mereka dapat memerhatikan penurunan jumlah klorofil (penunjuk tekanan tumbuhan) dan bagaimana tindak balas tumbuhan berubah-ubah bergantung kepada keamatan cahaya matahari.
“Penderia mampu milik ini merupakan alat yang menjanjikan untuk memantau kesihatan dan tekanan tumbuhan dengan tepat menggunakan data pada warna daun dan pantulan cahaya. Kosnya yang rendah membolehkan berbilang penderia diletakkan di lokasi yang berbeza, mewujudkan rangkaian untuk pemantauan serentak di banyak tempat,” simpul Kohzuma. .
Teknologi diagnostik pintar ini membolehkan anda memberikan sokongan di tempat yang paling anda perlukan. Sensor ini boleh digunakan secara meluas dalam pertanian pintar, penyelidikan kesihatan hutan dan bidang lain di mana pemantauan terperinci kesihatan tumbuhan adalah penting.
Kajian itu diterbitkan dalam Penyelidikan deria dan biosensori 24 September 2024
