植物多样性观测—植物生长状态监测系统

植物多样性观测—植物生长状态监测系统

一、生物多样性观测背景

1992年6月5日，在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上，《生物多样性公约》向所有的国家开放签署。中国于同年6月11日签署公约，成为最先签署的国家之一。2021年10月12日习总书记在《生物多样性公约》第十五次缔约方大会领导人峰会视频讲话中提出：“万物各得其和以生，各得其养以成”，生物多样性使地球充满生机，也是人类生存和发展的基础。保护生物多样性有助于维护地球家园，促进人类可持续发展。

植物多样性观测是生物多样性观测下的一大分类，利用专业监测设备，对森林植物多样性、草原荒漠植物多样性、林冠生物多样性进行监测。系统通过监测植物生长状态、植被物候、植物茎流、植被冠层、植物叶绿素等参数来反映植物多样性。

二、植物生长状态在线监测系统简介

植物叶片温度、直径的生长以及归一化植被指数是反映植物生长状态非常重要的指示参数。通常可以通过测量植物叶片的温度来计算植物的缺水情况、植物蒸腾作用和呼吸作用的强弱，甚至可以用来推测植物的染病情况。归一化植被指数和植物的直径生长则可直接或间接地反映植物长势和营养信息。

植物生长状态在线监测系统采用低功耗、高精度的测量设备，可使用太阳能板为设备供电，以达到野外自动在线测量功能。

植物生长状态在线监测系统也可以将生长和气象因素同步观测，这样不但可以准确认定影响生长的关键因素，而且也给数据处理带来极大方便。

三、监测设备

1、植物直径测量系统

树木直径在线监测仪：利用高精度位移传感器移动的距离反映植物直径生长，精度可达1.5微米（直径），并通过数据采集器传输至指定平台。

树木周长变化在线监测仪：利用高精度位移传感器移动的距离反映植物周长变化，精度可达3.3微米（周长），并通过数据采集器传输至指定平台。

图1树木直径在线监测仪      图2树木周长变化在线监测仪

2、植物叶片温度测量系统

红外叶温在线监测仪：通过高精度的红外测量仪器来测量叶片温度，精度高达0.5℃，并通过数据采集器传输至指定平台，仪器可多角度大范围测量。

图3  红外叶温在线监测仪

3、归一化植被指数测量系统

植物的绿色叶片在可见光谱范围（400 nm~700 nm）对光的吸收最强，但在近红外光谱范围（>700 nm）则反射最强。通过这两个波段测量值的不同组合可得到不同的植被指数。

归一化植被指数NDVI是反映地表植被覆盖状况的指标，是植被生长状态和空间分布的指示因子，可以反映植物的长势和营养信息，以及估测土地覆盖面积的大小、植物光合能力、叶面积指数、现存绿色生物量、植被生产力等。

图4  归一化植被指数在线监测仪

4、数据采集器

植物生长状态在线监测系统需要配备高分辨率的数据采集器，来获得数据的精确化收集。并且数据采集器可以进行直接通讯以及远程通讯，能够将数据精简为统计值，进行计算，还可以控制外部设备。测量完成以后，数据存储在数据采集器内部存储空间，等待传输到电脑上。

图5  数据采集器

四、系统示意图

图6  系统示意图