随着人们对气候变化和人口过剩的担忧日益加剧，我们迫切需要提高农业生产率。日本东北大学（Tohoku University）的研究人员发明了一种安装在叶子上的传感器，目的是找到一种方法来轻松判断植物是在生长还是死亡。这种小而强大的技术可以帮助提高作物产量和资源管理，以满足日益增长的需求。
热浪、大雨和干旱等极端天气事件会给植物带来压力，从而降低作物产量，威胁到农场、森林和生物多样性的长期健康。精确监测植物对这些变化的反应是一个尚未得到满足的需求。虽然无人机和飞机改善了工厂的空中监控，但它们只能捕捉到更多宏观的、表面的信息。他们还需要调整，以便能够随着时间的推移准确地跟踪植物。其他可以捕获单个工厂级别变化的小型传感器不方便，因为它们通常需要现场人员安装和手动检查每个传感器。
Kaori Kohzuma解释说：“传统的方法在某些方面可能有效，但它们很难操作，而且相当昂贵。为了持续监测微小的变化，我们需要一种新的解决方案。”
为了解决这些问题，一组研究人员开发了一种直接附着在植物叶子底部的新型传感器。这个小装置使用一个光谱传感器和光源来测量叶子的颜色，而不遮挡阳光，它可以跟踪同一点随时间的变化。该传感器由电池供电，具有Wi-Fi数据传输和防水功能，可以在户外工作一个多月，允许扩展数据收集。
“智能农业节省了大量时间，”宫本耕一郎说，“农民没有时间手动检查每一棵植物。这个传感器能够为实时发生的事情提供微调读数。然后，它们可以对植物承受高水平压力的区域做出相应的反应。”
与商用光谱仪相比，该传感器在30种不同植物的90片叶子上表现良好。它能准确地分辨出8个可探测波长中的7个波长的颜色，它在620纳米处的读数与商用叶绿素计非常相似。对胁迫敏感的拟南芥突变体的进一步测试表明，传感器读数在550 nm处的变化与植物的胁迫反应相匹配，这与常用的光化学反射指数（PRI）一致。
大约30种植物叶子被用于传感器的功能
测试部分。?Kohzuma and Miyamoto
在一项户外试验中，他们测试了在现实生活条件下的性能，他们将传感器连接到桦树的叶子上，以跟踪秋天、落叶和两周内叶子颜色的变化。他们能够观察到叶绿素（植物压力的一个指标）的减少，以及植物的反应如何随着阳光强度而波动。
“这种价格合理的传感器是一种很有前途的工具，可以通过叶子颜色和光反射数据准确监测植物的健康和压力。它的低成本使得在不同地点放置多个传感器成为可能，从而创建一个在许多地点同时监测的网络，”Kohzuma总结道。
这种智能诊断技术允许在最需要的领域提供支持。这种传感器可以广泛应用于智能农业、森林健康研究和其他需要详细植物健康跟踪的领域。
该研究发表在2024年9月24日的《传感与生物传感研究》上。
对桦树秋叶期的两周观察。（上）八个波长的时间变化。（中）阳光强度的变化。（下）叶子颜色的实际变化。当绿色变为黄色和棕色时，可以观察到反射率的变化。?Kohzuma and Miyamoto
