[发明专利]基于太赫兹指数的作物叶片生物指标的反演方法

说明书

本发明提出一种基于太赫兹指数的作物叶片生物指标的反演方法，包括：S1，通过太赫兹波谱来测量叶片的生物指标；S2，基于太赫兹指数对作物叶片的生物指标进行反演建模，其中，用两个或多个不同太赫兹波段以一定形式组合成一个指数进行建模；S3，通过反演模型来反演作物叶片生物指标。本发明采用两个或多个不同太赫兹波段以一定形式组合成一个指数进行建模时，可以抑制自然或技术因素在各个波段上产生的同步干扰，更好地突出作物叶片生物指标信息，比使用单一波段更稳定、可靠。

技术领域

本发明涉及测量作物叶片生物指标的技术领域，更具体地，涉及一种基于太赫兹指数的作物叶片生物指标的反演方法。

背景技术

太赫兹波(Terahertz,THz)，又被称为T射线，是电磁波谱中介于微波和中红外波之间，频率在0.1～10THz(对应波长0.03～3mm)范围内电磁辐射的总称。介于中红外波和微波之间的特殊波段位置使太赫兹波对生物分子结构，尤其是有机大分子，呈现特殊的吸收和色散特性，为确定生物分子结构和环境影响提供了类似指纹的单一特征。同时，太赫兹波能量只有毫电子伏(1～12meV)，低于各种化学健键能，属于低能量级波，不会由于电离作用破坏生物分子，对研究生物分子结构、分子间反应以及分子与环境相互作用具有独特的优势。

水分是控制作物光合、呼吸作用和产量形成的主要因素之一，对作物生长发育具有重要作用，准确、快速的监测作物水分含量对诊断作物健康状况，科学实施灌溉以及提高作物水分利用率具有重大意义。作物叶片是作物重要的生理器官，准确获得叶片含水量信息对掌握整个作物水分含量，间接了解作物生理生化特征以及生长发育状态具有十分重要的意义。在传统农学研究中，作物叶片含水量的测量方法主要包括烘干法、化学法以及电容法等，上述方法对作物叶片具有破坏性，且耗时耗力。因此，如何非破坏性的获取作物叶片含水量信息，对作物叶片含水量进行快速准确监测和定量反演是当前研究的热点问题之一。当太赫兹波穿过水分子时，水分子在皮秒量级时间内与太赫兹波发生多种相互作用，产生分子共振和弛豫，在波谱上呈现出水分子对太赫兹波的强吸收特性。此外，太赫兹波能量只有毫电子伏(1～12meV)，低于各种化学健键能，属于低能量级波，不会由于电离作用破坏生物分子结构。水分子对太赫兹波吸收的敏感性和太赫兹低能量特性使太赫兹波在作物叶片含水量的无损检测和定量反演研究中展现了巨大的潜力。当使用太赫兹波谱检测材料含水量时，对于被检测材料来说，自由水和束缚水在太赫兹波谱上带来的影响也是不同的。通常来说，添加到被检测材料中的自由水只增加该材料整体对太赫兹波的吸收率，而不引入其他波谱特征；而束缚水则会与被检测材料相互作用，使被检测材料在太赫兹波谱某一范围内获得较低的折射率和吸收系数，从而改变太赫兹谱的形态。植物组织中既存在不与原生质胶体紧密结合而可以自由移动的自由水又存在与原生质胶体紧密结合着的束缚水。作物叶片的这一特质为作物叶片含水量无损检测和定量反演带来了更大的误差和不确定性。当研究人员利用太赫兹波谱技术建立作物叶片含水量的反演模型时，受到叶片本身条件的影响和现有传感器技术的限制，单一波段往往面临信息量不足、噪声影响以及水汽干扰等问题带来的波段误差。