Development of optical sensing technology for eco-physiological functions and their integrated controls of crop leaf-root systems

作物叶根系统生态生理功能及其综合调控光学传感技术发展

• 批准号: 21H02318
• 负责人: 安武 大輔
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02318/
• 关键词: 透過光スペクトル; 分光反射; 根; 光センシング; 光合成; 葉群; 根群; スペクトルデータ; 葉面積指数; 根の成長段階

研究初年度である令和３年度は，目標１「葉群の“透過光スペクトル”利用による光合成動態・関連パラメータの光センシング」と目標２「根群の“可視・ハイパースペクトル画像”利用による成長・養分吸収動態の光センシング」についてそれぞれ以下の内容に取り組んだ．目標１については，ホウレンソウ群落の床面に分光器（波長400 - 900 nmのスペクトルデータを計測可能）を設置することで，葉群を透過した光（透過光）のスペクトルデータを連続的に取得した．葉群の成長とともにスペクトルデータの変化を観察することができた．このようなデータに基づき，可視光領域と近赤外線領域の変化から，葉面積指数を非破壊・連続的にモニタリング可能であることを示した．ただし，本モニタリング手法においては誤差要因も大きく，推定精度の向上のための注意点（計測インターバル，受感部の設置方法など）についても整理した．目標２については，根群の観察システムとして透明材質で製作した栽培ベッドを準備した．続いて，透明栽培ベッドを水耕栽培装置に導入し，可視カメラとハイパースペクトルカメラも組込んでモニタリング装置を完成させた．ホウレンソウ群落の様々な生育状態の可視画像およびスペクトル画像を得て，根の異なる成長段階を表現できる最適な反射率比が得られ，それを用いて異なる成長状態の根を分類できた．すなわち，栽培期間を通して根の高次元成長状態を可視化することを達成できた．

In the first year and the third year of the study, the following contents were selected: Objective 1,"Photosynthetic dynamics of leaf group" and Objective 2,"Visible dynamics of leaf group" and "Photosynthetic dynamics of root group". Objective 1. To set up a beam splitter (wavelength 400 - 900 nm) for the bed surface of the leaf group and obtain the transmission light (transmitted light). The growth and development of leaf groups The change of leaf area index between visible light and near infrared light is not only the change of leaf area index but also the change of leaf area index between visible light and near infrared light. The error of this method is due to the large error, and the upward error of the estimation accuracy is due to the attention point (measurement information, installation method of the sensing part). Objective 2. To prepare transparent materials for cultivation. In addition, transparent culture is introduced into hydroponic cultivation equipment, and visual selection is carried out. A visual portrait of the growth state of a plant community is obtained, and the optimum reflectance ratio is obtained. During the cultivation period, the root and the high-dimensional growth state are visualized.

项目成果

植物生産環境・生理生態情報の「見える化」と「使える化」を目指して

旨在“可视化”和“利用”植物生产环境和生理生态信息

• 发表时间: 2021
• 作者: 安武大輔

九州大学 気象環境学研究室

九州大学气象环境研究实验室

Long-term estimation of the canopy photosynthesis of a leafy vegetable based on greenhouse climate conditions and nadir photographs

基于温室气候条件和最低点照片的叶类蔬菜冠层光合作用的长期估计

• DOI: 10.1016/j.scienta.2021.110433
• 发表时间: 2021
• 期刊: Scientia Horticulturae
• 影响因子: 4.3
• 作者: Nomura K.;Yasutake D.;Kaneko T.;Iwao T.;Okayasu T.;Ozaki Y.;Mori M. and Kitano M.
• 通讯作者: Mori M. and Kitano M.

ホウレンソウ群落における400-1000 nmの透過光を用いたLAIの長期連続推定

使用 400-1000 nm 透射光长期连续估算菠菜群落中的 LAI

• 发表时间: 2022
• 作者: 西元 茉那;中塚 雅也;川岸駿太，岩田拓記，高橋けんし;山口洋夢，安武大輔，広田知良
• 通讯作者: 山口洋夢，安武大輔，広田知良

ホウレンソウ群落内における鉛直方向の光強度の減衰－群落の成長に伴った減衰の挙動－

菠菜群落内垂直光强度的衰减 - 随着群落生长的衰减行为 -

• 发表时间: 2021
• 作者: Zushi Kazufumi;Higashijima Mai;次郎丸雪依，山口洋夢，安武大輔，広田知良
• 通讯作者: 次郎丸雪依，山口洋夢，安武大輔，広田知良