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红外热成像对大蒜测温评估其随土壤水分利用量的变异性

气候变化带来的不稳定的气候条件导致整个作物季节的作物产量极不稳定,这造成了经济损失。这些经济和产量损失可以通过基于生物多样性的更具复原力的农业生态系统得到缓解。从这个意义上讲,在不同的环境条件下寻找可持续,有弹性且单产稳定的品种变得至关重要,尤其是在气候变化的情况下。

作物表型目前正在寻找抗非生物和生物胁迫的改良基因型品种。因此,对环境的功能和产量响应的种内表征应该是作物育种和选择计划的关键方法。为此,必须以具有成本效益的方式并切实可行地进行作物表型和品种选择。新技术的使用以及增强的农业生物多样性为改善农业可持续性和作物对气候变化的适应性提供了许多有前途的机会。

基于快速,可扩展和非侵入性技术的植物表型可以优化对环境的反应中品种间或基因型间变异性的评估。遥感技术与功能性植物建模一起,可以在广泛的时空尺度上评估和分析关键功能性状。从红外热成像得出的某些热指数,例如作物水分胁迫指数(CWSI),已被报告为植物表型分析的有效工具,涉及响应环境条件的植物水分关系。


大蒜在全球种植最多的葱属作物中排名第二,全球产量稳步增长,2018年达到2850万吨(mt)。特别是在地中海地区,大蒜是一种分布广泛的农作物,是地中海饮食中的重要元素,由于其具有生物活性成分而被认为是功能性食品。但是,在当前气候变化的背景下,鳞茎形成对环境因素(例如缺水,高温等)的高度敏感性正威胁着这一重要作物。地中海气候的特点是季节性和年度间变化很大,干旱时期,干旱和热浪的发生频率很高。此外,在过去的几十年中,极端气候事件更加频繁,并且在地中海地区预计还会增加。这给该地区当前和未来的灌溉资源带来了额外的压力。

在这些气候情况下,对大蒜测温以改良品种使其适应至关重要。然而,大蒜的育种受到以下事实的限制:大多数品种不育,并且系统发育和种子生产需要非常特殊的条件。在这种情况下,评估和了解大蒜对压力环境条件的响应,对大蒜测温,并了解已经存在的基因型的选择对于适应未来与气候变化有关的环境条件至关重要。评估品种间对水分利用的响应仍然很缺乏。在这方面,已经强调了在植物生长和对环境条件的产量响应模型中纳入品种间变异性的需要。它将提高最大化产量的效率,并开发大蒜的有效缓解和适应工具。


红外热成像机芯

图为大蒜植物的红外热图像


基于非侵入性方法(红外热成像)评估压力指数(CWSI),该方法将用于大蒜测温管理。具体而言,将CWSI评估为潜在的有价值指标,该指标能够评估球茎产量响应土壤水分梯度而产生的品种间变异性。分别评估了两个连续预测因子(Cp),CWSI和土壤体积含水量(VWC),并评估了分类因子品种。对这些模型进行了测试,以确定在两个不同的地点和不同的天气条件下,三个实验测定中五个大蒜品种对VWC梯度响应的变化性。

研究表明,对作物冠层温度的监测可以作为对大蒜灌溉和作物管理中的土壤水分监测的有价值的补充。此外,研究证实了大蒜对水分利用敏感性的品种间变异性的存在。通常,水对环境的限制越多,球茎生物量生产上的品种间差异就越小。相反,在有利的环境下,品种间的差异更大。然而,非限制性环境下生产力最高的品种也表现出最陡的模型斜率,因此对水的敏感性也最高,这应在未来的减缓气候变化选择计划中予以考虑。总体而言,使用红外热成像对大蒜测温,尤其是生成特定的热指数,例如CWSI,可以成为在大蒜种植和品种选择上的实际应用的有价值的工具。



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