基于太赫兹光谱与成像技术的油菜叶面水分运输机理研究

Oilseed rape, as a main bioresource crop for oil production, accounts for over 40% of total oil crop production in China. The improvement of comprehensive utilization value of oilseed rape shows a broad prospect of its development. The yield and quality of oilseed rape have a close relationship to its physiological information in the growth periods. Oilseed rape is primarily cultivated in China's Yangtze River basin, where the growth of oilseed rape is easily affected by water and drought stress. The mechanism study of water distribution of oilseed rape leaf in normal environment or under water or drought stress is of great importance to realize the dynamic monitoring of water conditions and the precision management in different growth periods and to improve the yield and quality for oilseed rape..Water distribution rules of oilseed rape at seeding, flowering and bean periods will be explored to reveal the water distribution mechanism at different growth periods under different water and drought stress using THz spectroscopy and imaging technology. The dynamic virtual 3D digital models will be developed for understanding water distribution mechanism. The results of this project will be helpful to provide theoretical foundations for water-saving irrigation strategy, provide decision basis for dealing with water and drought stress, and to provide theoretical foundations of dynamic virtual 3D digital simulation research for oilseed rape. .

油菜是我国主要油料生产原料，占我国油料作物生产总量40%以上，综合利用价值日渐提升而显示出良好的发展前景。油菜籽产量及油品品质优劣与油菜生长时期生理信息紧密相关。油菜在我国主要以长江流域种植为主，极易受到水胁迫和干旱胁迫情况。因此，研究油菜叶面水分运输机理和水胁迫、干旱胁迫下的水分运输机理对实现油菜生长时期水分状态的动态监控和精细化管理，提高油菜籽的产量和品质具有重要意义。.本项目以油菜的苗期、花期、角果期叶面水分运输规律为研究对象，利用太赫兹光谱与成像技术研究不同生长周期内油菜叶面水分运输规律，揭示油菜在不同生长周期内的水分运输机制。研究不同程度的水胁迫、干旱胁迫下的水分运输机理，并通过三维动态虚拟模型反演油菜不同生长时期和水胁迫、干旱胁迫下的水分运输机理，为油菜在不同生理周期内的节水灌溉提供理论基础，为应对水胁迫、干旱胁迫提供决策依据，为油菜虚拟三维动态模拟研究提供理论基础。

油菜是我国的一种主要的经济作物，检测油菜叶片的水分状态对研究该作物生理状况、节水灌溉、提高油菜品质和提高油菜籽产量具重要意义。本项目依据太赫兹辐射的吸水性、透射性、安全性等优势，采用太赫兹光谱与太赫兹成像技术，研究油菜叶片中含水率的快速检测与水分分布与转移规律。采用太赫兹光谱技术获取不同水分梯度的油菜叶片的光谱信息，结合偏最小二乘、核偏最小二乘、集成偏最小二乘法分别建立相应的叶片含水率预测模型，得到了较可靠的结果，证明了利用太赫兹光谱技术检测油菜叶片含水率的有效性。采用太赫兹光谱技术对开花期不同叶位油菜叶片中的水分分布进行了预测，揭示了油菜植株中水分从根系到顶端的分布规律，并确定了检测油菜叶片含水率的最佳叶位。通过实验模拟不同品种油菜叶片对干旱的响应机制，采用太赫兹时域光谱结合偏最小二乘线性判别分析方法，建立了油菜品种分类模型，实现了油菜品种的鉴定。采用太赫兹成像技术获取不同含水率的油菜叶片的太赫兹图像，结合数字图像处理技术中数据插值方法，提高了图像的分辨率，采用对数域梯度变换模型实现了油菜叶片中水分与背景信号的分离，得到了更明确的叶片水分分布估计。本项目的研究对太赫兹技术在农业领域中植物组织水分的检测提供了一定的理论参考和实践指导。