美国宾州州立大学农业研究所的工作人员最近表示，基于植物传感器测量的叶片厚度和叶片电容的研究，告知农民何时启动灌溉系统，以防止水浪费和植物干旱，将变得很有希望。

连续监测植物的水分胁迫在干旱地区尤为重要。传统上，人们通过测量土壤含水量，或者开发蒸散模型来计算地表蒸发以及植物蒸腾的水总量。但现在，新技术能更准确地检测出植物何时需要浇水，从而提高水的利用率。

发表于《美国农业与生物工程师学会会刊》一项研究的主要作者Amin Afzal集成了一种叶片传感器，具有同时测量叶片厚度和叶片电容的能力，这在以前是没有过的。

在一个恒温、12小时开/闭光周期的生长室里，工作人员在番茄植株上进行了11天的研究。生长培养基是一种泥炭封装混合物，有土壤水分传感器测其水分含量。前三天，土壤水分含量保持在较高水平。之后允许脱水，为期八天。

研究人员随机选择了直接暴露于光源的6片叶子，并在其上安装叶片传感器，避免主脉和边缘。每间隔5分钟，他们记录下测量数据。

当土壤含水量从高位降到凋蔫点，每天叶片厚度变化不大，即没有显著的日变化。然而，叶片厚度在土壤湿度降到凋蔫点以下时，变化更为明显，直到最后两天水分含量达到5%时，叶片厚度稳定住了。

电容显示了一片叶子储存电荷的能力，其在黑暗阶段基本保持不变，在明亮阶段迅速增加。这意味着电容是光合作用的反映。土壤含水量低于凋蔫点时，日电容量下降，在水分含量为11%时完全停止，这表示缺水对电容的影响可通过其对光合作用的影响观察到。

“叶片厚度像气球一样，水合作用时膨胀，缺水时收缩。”Afzal说，“叶电容和水分状态关系背后的机理是复杂的，简单地说，叶片电容变化随着植物水分状态和环境光的变化而变化。因此，叶片厚度和电容的变化分析表明了植物水分状态——浇上水了或缺水了。”

Afzal表示这是一个系列研究，希望叶片传感器能在田间应用，向中央装置发送植物水分的精准信息，然后连接一个灌溉系统进行作物即时灌溉。到时候，传感器、中央装置、灌溉系统都可以不用电线来通讯。“最终，所有细节通过智能手机应用程序来管理。”Afzal说。

在伊朗长大的Afzal知道水的应用决定了农业的命运。过去十年间，家乡的Zayandeh河已经干涸了，农民不再种过去那些常见作物。研究小组成员Sjoerd Duiker表示，“水资源短缺已经是一个很大的地缘政治问题。”

农业用水占世界淡水使用量的70%，提高水效率至关重要。但目前决定灌溉的方法都比较粗糙，Afzal直接将其与植物组织相关联，谁需要水谁发信号。接下来，他会开发一种算法，把叶片厚度和叶片电容转化为植物水状态的有效信息。

（王方编译）