OPL разработала новую технику, которая впервые позволила им наблюдать на расстоянии полный спектр (все цвета) флуоресценции взрослых деревьев, растущих в лесу. Измерение всего спектра излучения позволяет получить информацию как о продуктивности растений (как они фотосинтезируют), так и о структуре самих растений.
Проблема с обычными методами дистанционного зондирования, которые использовались до сих пор, заключалась в том, что в дневное время большая часть распределения флуоресценции остается скрытой от глаз, поскольку сигнал настолько слаб по сравнению с солнечным светом.
Поэтому для измерения флуоресценции в дневное время, обычно называемой солнечно-индуцированной флуоресценцией (SIF), требуются чрезвычайно чувствительные и специализированные приборы. Новая технология отличается от этих предыдущих попыток использованием коммерчески доступной светодиодной технологии, которая буквально освещает лес ночью, чтобы раскрыть полный спектр излучения целых деревьев.
«Мы поняли, что можем использовать ночь как« естественный светофильтр », поэтому мы пошли в лес ночью и прикрепили сильный источник света с ограниченной длиной волны (коммерческий свет диско-типа) к башне, которая возбуждала флуоресценцию. Затем мы использовали специализированное научное оборудование, спектрорадиометр, также установленный на башне, для наблюдения за сигналом », – описывает Джон Атертон, исследователь из лаборатории оптики фотосинтеза Хельсинкского университета в Институте исследования атмосферы и системы Земли (INAR) / Forest.
Наук Хельсинкского университета. Сочетание света и ночи упрощает задачу: измерение SIF в ночное время можно проводить с помощью потенциально более дешевых (менее чувствительных) приборов, и это дает данные, которые легче интерпретировать.
Связь между флуоресценцией и земными стоками углерода
Новый вклад исследователей приближает нас на шаг ближе к «наблюдению фотосинтеза», глядя на свет, излучаемый растениями, как в меньших масштабах (теплица, посевы, лесонасаждения), так и в глобальном масштабе с использованием спутников. Европейское космическое агентство готовит миссию спутника FLEX, целью которой является глобальное картирование флуоресценции. Есть надежда, что флуоресценция будет использоваться для повседневной оценки фотосинтеза растений из космоса, который является процессом, который управляет земным углеродным циклом.
Роль лесов в поглощении и ассимиляции атмосферного углерода имеет решающее значение и широко обсуждается в средствах массовой информации. Измерение обмена углекислого газа между лесами и атмосферой выполняется с помощью дорогостоящих приборов в определенных местах (площадках для магнитных колонн), которые производят локальные оценки потоков (углеродный обмен) вблизи этих участков. Именно здесь в игру вступает флуоресценция, предоставляя удобные для дистанционного зондирования средства оценки фотосинтеза по всему ландшафту, заполняя зону покрытия (промежутки) между станциями.
Интерпретация данных является сложной задачей, но с техникой флуоресценции, индуцированной светоизлучающими диодами (LEDIF), должен быть значительный шаг вперед.
«Именно возможность измерения флюоресценции из космоса действительно побудила нас заняться этой работой, хотя наши результаты могут иметь и другие приложения, такие как фенотипирование, точное земледелие или лесные питомники. Мы надеемся, что наши данные могут быть использованы для информирования алгоритмов, используемых для «извлечения» флуоресценции из космоса.
Такие алгоритмы работают немного иначе, чем наша спектральная техника, поскольку они используют темные атмосферные «линии» для оценки флуоресценции. Следовательно, полный спектр излучения остается фактически скрытым в спутниковых данных, и это то, что показывают наши данные », – добавляет Джон Атертон.