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Identification of fine root species by visible near-infrared spectral reflectance

可见近红外光谱反射率鉴定细根品种

基本信息

批准号：
21K19140
负责人：
牧田直樹
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

多種多様な樹種が混在する森林生態系において、各植物種の機能を理解するためには、その種を同定することが必須である。しかし、詳細な形態情報をもとに種の分類と検索法が確立されている地上部（葉や樹皮）と異なり、根の種識別に関しては、色や形態構造等の情報が乏しく、いまだに客観的な識別法の確立には至っていない。この結果、様々な種が混在している森林生態系での地下部の研究では、その識別の困難さゆえに、根の種を同定せず「根」という区分でひとくくりに扱っているのが現状である。本課題では、可視-近赤外分光技術を駆使して、根の種識別の課題に挑戦している。分光技術は、対象物からの反射光を連続した多波長に分光し画像として計測する非破壊観測法である。植物組織の分光反射の波長依存性と強度（反射スペクトル）は、色素や有機物、水分などの内部の化学組成や細胞構造の発達段階を反映する。このため、反射スペクトルはリモートセンシングの分野では地上植生の分類や、窒素、水分などのマッピングに利用されており、観測者の主観を排除した客観的評価や再解析を可能にしている。本研究は、この技術を樹木根の観測に応用し、客観的かつ瞬時に種の識別できる方法の確立を目的とした。本年度は、初年度に確立した根系の可視-近赤外分光反射率の技術を用いて、380～2500nm の連続多波長の分光反射率画像を撮影し、様々な種における樹木根の分光反射率を観察した。結果、根系の分光反射率は、樹種ごとで値が大きく異なる、一方、波長ごとに樹種差を超えた類似したパターンを示した。それらのデータを集約した結果、現段階での樹種判別は、約６０％の正答率であった。

A variety of tree species are mixed in the forest ecosystem, and it is necessary to understand the functions of each plant species. The classification and identification method of species is established by detailed morphological information, and the information related to the identification of aboveground parts (leaves and stems), differences, roots, and morphological structures is lacking. As a result, species are mixed in the forest ecosystem, and it is difficult to identify them. This paper presents a new approach to the identification of root species by visible-near infrared spectroscopy. Spectroscopic technology is a non-destructive method for measuring reflected light from an object by combining multi-wavelength spectroscopic measurements. Wavelength dependence and intensity of spectral reflectance of plant tissues reflect the development stages of pigment, organic matter, moisture, and internal chemical composition. The classification of plants, nutrients and moisture, the utilization of the main components of the tester, the elimination of the main components of the guest, and the reanalysis of the components are possible. This study aims to establish a method for the identification of tree roots by using this technique. This year, we established the technology of visible-near infrared spectral reflectance of tree roots, and observed the spectral reflectance of tree roots at multiple wavelengths from 380 to 2500nm. The results show that the spectral reflectance of roots is different from that of trees, and the wavelength of roots is similar to that of trees. The results of tree species identification at the present stage are about 60% correct.