Примеры использования фитомониторов

Рис.1

В комплект датчиков устройства "Phytoscan-3T" входит датчик интенсивности сокодвижения от корневой системы растения к испаряющим поверхностям листовых пластинок. По результатам регистрации этого параметра (Рис.1) виден циклический характер с суточным циклом. Включение света приводит к началу транспирации. В свою очередь интенсивное испарение с поверхности листа вызывает дефицит влаги в листе. Это является причиной непрерывного движения жидкости по сосудистой системе растения от корня к листовым поверхностям.
На рисунке показан характерный вид такого движения в течение световых периодов. Выключение света приводит к прекращению транспирации и, сответственно, резкому снижению скорости перемещения жидкой составляющей по сосудистой системе.

Рис.2

Если на листе установить датчик микроизменений его толщины, то в условиях оптимизации микроклимата график будет иметь положительный тренд (Рис.2). Он характеризуется непрерывным ростом толщины листовой пластинки, как в ночной, так и в дневной периоды. Характерно то, что ночной прирост всегда выше, чем дневной.
Подобные данные позволяют осуществлять оптимизацию микроклимата, не только за счёт корневого и газового питания, но и путём рациональной организации световой среды (интенсивность, фотопериод, спектральный состав).

Рис.3

В то же время, можно увидеть, что с помощью нашего устройства можно очень точно установить величину дефицита водного питания и довольно точно момент начала дефицита влагообеспечения. На рисунке можно увидеть (Рис.3), что толщина листьев при недостатке полива может даже уменьшаться, т.е. график имеет отрицательный тренд.
Степень уменьшения оводнённости можно увидеть путём сравнения текущей толщины листовой пластины с таковой в предыдущие сутки.

Рис.4

Можно наблюдать, что когда нижние листья испытывают дефицит влагообеспечения, верхние ярусы, находящиеся под интенсивным световым облучением, продолжают суточный прирост толщины листовой пластины, что видно на данном графике (Рис.4). Подобные явления заставили увеличить количество параллельных каналов в устройствах фитомониторинга, что реализовано в Physcan-4T. На разных частях контрольного растения (на различных ярусах) устанавливаются подобные датчики. Специальное программное обеспечение обобщает параллельные сигналы, которые являются входными параметрами для виртуального образа растения в виде системы дифференциальных уравнений.

Рис.5

Существует оптимальная величина освещённости, изменение её в сторону увеличения или уменьшения приводит к снижению интенсивности суточного прироста (уменьшению угла положительного тренда). Например, на графике (Рис.5) второй световой период характеризуется несколько меньшей интенсивностью. Что приводит к уменьшению скачка при включении света и снижению общей величины суточного прироста. Аналогичная картина наблюдается при увеличении интенсивности за пределы оптимума.

Рис.6

На рисунке 6 график восстановления оводнённости листа после стресса (недостаток полива или дефицит влажности воздуха). Датчик скорости ксилемного потока от корневой системы к листьям показывает, что после падения интенсивности сокодвижения при недостатке полива его восстановление происходит прерывистыми перемещениями жидкости - нижняя линия на рисунке. Следствием этого является ступенчатое восстановление оводнённости листа, что показано на верхней линии рисунка.

Этот процесс связан со структурными изменениями проводящей системы растений - увеличивается её сопротивление. В результате, даже кратковременный недостаток влаги в объёме листовой пластинки с последующим, неполным востановлением тургора не проходит бесследно. Замедление роста после водного стресса неминуемо снижает растительную массу и замедляет развитие плода по сравнению с растениями находившимися в оптимальных условиях развития.