掌握光与植物冠层之间复杂的相互作用对于解开提高作物产量和抗灾能力的秘密至关重要。
研究人员传统上使用光合有效辐射传感器和叶面积指数计算来测量光拦截，但这些方法与树冠复杂的空间安排相斗争。最近的进展采用3D模型和光学模拟来进行详细的分析，但由于技术限制，在该领域获得真实的3D冠层模型(RCMs)仍然具有挑战性。
目前的重点是改进这些3D重建，以精确量化光分布，增强我们对植物生长的理解，像运动结构(SfM)这样的方法为更准确的现场数据采集提供了有希望的途径。
2023年8月，Plant Phenomics发表了一篇题为《利用逼真的3D冠层模型计算野外光拦截的重要性》的研究文章。
本文通过对真实三维玉米冠层模型(RCM)和虚拟冠层模型(VCMs)的光拦截进行对比分析，以期大幅度提高光拦截计算的精度。采用先进的无人机(UAV)交叉绕行倾斜(CCO)路线，结合运动多视角立体结构方法，实现了大面积RCM的详细重建。
然后通过在RCM中心复制1、4和8个独立的真实植物来创建3种类型的vcm (VCM-1、VCM-4和VCM-8)。结果表明，VCM-1、VCM-4和VCM-8的日单位面积截光量(DLI)差异显著，相对均方根误差(rRMSE)分别为20.22%、17.38%和15.48%。
随着用于复制虚拟冠层的植物数量的增加，这种偏差减小，但即使有8株植物，也存在显著差异。重建的三维模型提供了植物结构的详细可视化，在估计叶片尺寸方面显示出很高的精度，并得到了R2和RMSE值的证实。
对比播后48天和70 d的截光能力，发现rcm和vcm在前期的差异小于后期，说明随着植株成熟，冠层结构和截光能力的变化更为明显。每小时的光捕获比较也显示出一致的趋势，RCM比vcm更准确地捕获光分布的复杂动态，特别是在后期阶段。
此外，研究还探讨了RCM和vcm的结构差异，发现随着冠层密度的增加，模型之间的1D表型差异(如植物高度和冠层盖度)减小，而2D和3D表型差异(如植物面积指数和冠状病毒)增加。
这表明RCM可以更好地捕捉冠层的结构复杂性，特别是对于密度较大的冠层。该研究证实，rcm可以更准确地表示野外的光拦截，特别是在生长后期，并强调了捕获真实的3D冠层结构对于精确的光分布分析的重要性。
尽管取得了这些进步，但提取精确叶片角度信息的挑战仍然存在，这表明迫切需要继续研究和创新方法，以便从3D点云中准确地分割单个植物和叶片。
总之，该研究不仅验证了rcm比vcm在分析光截获方面的优势，而且通过精确的三维重建为农业研究的突破性进展铺平了道路。
更多资料:肖顺福等，The importance of Using Realistic 3D Canopy Models to Calculate Light Interception in Field, Plant Phenomics(2023)。DOI: 10.34133 / plantphenomics.0082
引用本文:真实三维冠层模型在作物抗逆性和可持续性光截获分析中的关键作用(2023,December 29)， 2023年12月29日检索自httpsokphys.org/news/2023-12-crucial-role-realistic-3d-canopy.html
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