當(dāng)田野開始發(fā)黃，莊稼葉片下垂，許多人才意識到干旱來臨。但對農(nóng)業(yè)科研人員和生態(tài)學(xué)者而言，等到“黃葉子”出現(xiàn)，已經(jīng)太晚了。如何更早識別植物是否遭受干旱脅迫?答案藏在看不見的“光譜信號”中。

一、植物“隱形求救”的信號，能看見嗎？

干旱脅迫下的植物會發(fā)生一系列生理變化，比如氣孔關(guān)閉、葉綠素含量下降、水分含量減少等。這些變化，肉眼可能察覺不到，但在反射光譜中卻會留下痕跡。

地物光譜儀，正是用來捕捉這些“隱形變化”的關(guān)鍵工具。它可以在400nm至2500nm的波段內(nèi)，精確測量植物對不同波長光的反射率，從而揭示植物葉片的健康狀態(tài)、水分含量以及光合效率等信息。

二、干旱脅迫下，植物的光譜會發(fā)生哪些變化？

在遭遇干旱時，植物的光譜反射曲線會出現(xiàn)幾個關(guān)鍵變化：

近紅外區(qū)（NIR，約700–1300nm）反射率下降：這個波段與葉片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)水分減少，細(xì)胞塌陷，結(jié)構(gòu)松散，NIR反射率會降低。

可見光區(qū)（尤其是紅光）吸收變化：干旱時葉綠素含量下降，導(dǎo)致紅光吸收減弱，反射率上升。

短波紅外區(qū)（SWIR，約1300–2500nm）反射增強(qiáng)：該波段對水分極為敏感，水分下降會導(dǎo)致該區(qū)域反射率升高。

通過對比這些波段的反射特征，可以判斷植物是否處于正常、水分脅迫或嚴(yán)重干旱的狀態(tài)。

三、常見的植被指數(shù)如何揭示干旱？

地物光譜儀采集的原始數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出多種植被指數(shù)，比如：

NDVI（歸一化植被指數(shù)）：衡量綠植覆蓋度，反映光合作用效率，干旱脅迫時會下降;

PRI（光合反射指數(shù)）：與植物光合活動有關(guān)，可用于檢測短期脅迫;

WI（水分指數(shù)）：基于近紅外特定波段組合，對植物水分含量敏感。

這些指數(shù)結(jié)合使用，可以更準(zhǔn)確地識別不同程度的干旱脅迫狀態(tài)。

四、為何提前預(yù)警如此關(guān)鍵？

傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測往往依賴氣象數(shù)據(jù)或者目視評估，滯后性強(qiáng)。而利用地物光譜儀進(jìn)行定期監(jiān)測，可以在植物尚未出現(xiàn)明顯生理衰退前，就捕捉到微小變化，提前發(fā)出預(yù)警。

這在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)保護(hù)中意義重大——能提早干預(yù)、灌溉或調(diào)整種植策略，避免重大損失。

五、小結(jié)

干旱帶來的影響不可小覷，但植物并不是“無聲的受害者”。借助地物光譜儀，我們可以“看見”它們的健康狀態(tài)，聽懂它們無聲的求救，從而贏得關(guān)鍵的應(yīng)對時間。未來，隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，光譜監(jiān)測將在農(nóng)業(yè)氣象預(yù)警和生態(tài)監(jiān)控中扮演越來越重要的角色。

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審核編輯 黃宇