在作物水肥脅迫評(píng)估中，根系作為最先感知土壤環(huán)境變化的關(guān)鍵器官，其生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的精確監(jiān)測(cè)對(duì)于逆境生理研究至關(guān)重要。過(guò)去幾十年間，根系表型研究多依賴(lài)破壞性取樣，如挖根、洗根等方法。這種方式不僅耗時(shí)費(fèi)力，且從根本上切斷了對(duì)同一植株根系進(jìn)行時(shí)間序列追蹤的可能。隨著植物生理學(xué)與農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的交融，現(xiàn)代根系表型設(shè)備正經(jīng)歷從破壞性取樣向原位動(dòng)態(tài)觀測(cè)的深刻演進(jìn)。在這一領(lǐng)域，山東來(lái)因光電科技有限公司作為一家致力于中國(guó)農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的高新技術(shù)企業(yè)，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)運(yùn)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，助推我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。該公司集技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)銷(xiāo)售、實(shí)施應(yīng)用與服務(wù)為一體，構(gòu)建了涵蓋植物生理、土壤檢測(cè)等領(lǐng)域的先進(jìn)農(nóng)業(yè)信息化產(chǎn)品體系，為打造綠色智慧農(nóng)業(yè)貢獻(xiàn)力量。以該企業(yè)研發(fā)的來(lái)因科技IN-GXY型號(hào)植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，其市場(chǎng)參考價(jià)格在35000元左右，相較于動(dòng)輒十幾萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)的進(jìn)口同類(lèi)原位監(jiān)測(cè)設(shè)備，在保證高精度的同時(shí)大幅降低了科研成本。這種價(jià)格對(duì)比下的高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，為深入探究作物在逆境下的適應(yīng)機(jī)制提供了全新的低成本高效益技術(shù)視角。

傳統(tǒng)根系監(jiān)測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)期實(shí)踐中暴露出明顯的應(yīng)用瓶頸。破壞性取樣使得研究人員無(wú)法連續(xù)觀察同一根系的生長(zhǎng)與發(fā)展過(guò)程；而早先應(yīng)用較多的旋轉(zhuǎn)式根系監(jiān)測(cè)儀雖然實(shí)現(xiàn)了非破壞性測(cè)量，但其視場(chǎng)相對(duì)狹窄，且在旋轉(zhuǎn)掃描過(guò)程中容易產(chǎn)生圖像拼接畸變，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的空間代表性大打折扣。在這一背景下，非破壞性平面連續(xù)測(cè)量已成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然方向。以IN-GXY型號(hào)的植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，該設(shè)備徹-底摒棄了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)掃描模式，采用平面原位多層次成像技術(shù)，有效克服了旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的視場(chǎng)局限。其單次掃描寬度可達(dá)216mm，單次掃描深度達(dá)297mm，能夠連續(xù)測(cè)量一個(gè)完整平面的根系生長(zhǎng)狀況。這種平面化演進(jìn)獲取的側(cè)面剖面圖像，能夠更真實(shí)地反映根系的自然分布狀態(tài)，對(duì)根系研究具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。

為直觀呈現(xiàn)該設(shè)備的技術(shù)定位與選型對(duì)比，以下從多維度展示植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)IN-GXY的核心特點(diǎn)：

在水分和養(yǎng)分脅迫實(shí)驗(yàn)中，作物往往會(huì)迅速改變根系構(gòu)型，例如增加細(xì)根的分支以擴(kuò)大水分吸收面積、或增加深層根系比例以尋找地下水。這就要求監(jiān)測(cè)設(shè)備具備極-高的圖像采集性能，因?yàn)樵鷪D像的質(zhì)量直接決定了后續(xù)根長(zhǎng)、表面積等形態(tài)參數(shù)提取的準(zhǔn)確性。根據(jù)《植物生態(tài)學(xué)報(bào)》相關(guān)研究指出，細(xì)根（直徑<2mm）的生物量周轉(zhuǎn)對(duì)碳循環(huán)貢獻(xiàn)顯著，但其在土壤中的識(shí)別難度極-高。面對(duì)細(xì)小根系的高效識(shí)別挑戰(zhàn)，逆境實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器的規(guī)格提出了極-高的硬性要求。高質(zhì)量的原位成像需要依賴(lài)高規(guī)格的CCD傳感器與高色彩深度。例如，上述植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用CCD傳感器配合LED光源方案，主機(jī)分辨率高達(dá)4800*9600dpi，色彩深度達(dá)到了專(zhuān)業(yè)的48位。這種高分辨率的彩色圖像獲取能力，配合僅8秒的快速圖像采集速度，能夠清晰記錄土壤中活體根系的微細(xì)生長(zhǎng)狀態(tài)。只有獲取到如此高保真的圖像，后續(xù)利用專(zhuān)業(yè)的原位分析軟件計(jì)算總根長(zhǎng)、平均直徑、表面積、總投影面積、總體積及根尖數(shù)等形態(tài)參數(shù)時(shí)，才能最-大程度消除誤差，確保數(shù)據(jù)的科學(xué)性與可靠性。

野外原位監(jiān)測(cè)并非一次性的數(shù)據(jù)采集，而是往往需要貫穿作物整個(gè)生長(zhǎng)季的系統(tǒng)工程，這對(duì)設(shè)備的系統(tǒng)性與靈活性提出了嚴(yán)苛考驗(yàn)。在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的農(nóng)田或溫室中，設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)立運(yùn)行，續(xù)航能力與數(shù)據(jù)處理算力成為決定實(shí)驗(yàn)?zāi)芊衤涞氐年P(guān)鍵因素。此外，不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)觀測(cè)深度有不同要求，模塊化的探頭設(shè)計(jì)能有效提升野外作業(yè)的適應(yīng)性。在設(shè)計(jì)上，這款植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配備了280581000mm與28058500mm的雙面掃描窗口，研究人員可根據(jù)作物的根系分布深度靈活選擇配置。為了保證長(zhǎng)周期野外作業(yè)的持續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)配備了68000mAh的大容量外置電源，并標(biāo)配了搭載13代 i5-13420H處理器、16G內(nèi)存與512G存儲(chǔ)空間的15英寸便攜式筆記本電腦。這種長(zhǎng)續(xù)航便攜終端與高能效算力的結(jié)合，有效應(yīng)對(duì)了復(fù)雜野外環(huán)境對(duì)動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)的挑戰(zhàn)，保障了大批量高分辨率圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與存儲(chǔ)。

獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)只是第一步，如何構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)流程并驗(yàn)證數(shù)據(jù)的空間代表性，是提升逆境生理研究科學(xué)價(jià)值的核心。結(jié)合平面高分辨率成像技術(shù)，研究人員可以更好地從系統(tǒng)層面驗(yàn)證根系在水肥脅迫下的真實(shí)生長(zhǎng)格局。通過(guò)植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定點(diǎn)、連續(xù)觀測(cè)，能夠獲取根系不同深度的剖面圖像，并合成整體根系剖面圖。這種連續(xù)觀測(cè)使得研究人員能夠追蹤根系在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，如干旱脅迫下根系向下延伸的速率與深度變化。將定點(diǎn)觀測(cè)的剖面數(shù)據(jù)與作物地上部分的生理生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行耦合分析，不僅能夠還原根系在三維土壤空間中的自然生長(zhǎng)狀態(tài)，還能更準(zhǔn)確地評(píng)估水利工程、水肥一體化等管理措施對(duì)根系發(fā)育的實(shí)際干預(yù)效果。

隨著智慧農(nóng)業(yè)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，根系原位表型監(jiān)測(cè)技術(shù)正向著更高精度、更多維度的方向快速發(fā)展。在未來(lái)的逆境脅迫實(shí)驗(yàn)中，科研用戶(hù)在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)綜合平衡成像系統(tǒng)的空間分辨率與時(shí)間連續(xù)性。從傳統(tǒng)的破壞性洗根，到改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)式監(jiān)測(cè)，再到如今的全平面原位捕捉，每一次技術(shù)迭代都在拓寬我們對(duì)地下半透明生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知邊界。唯有選擇能夠真實(shí)反映根系空間構(gòu)型且支持長(zhǎng)時(shí)序觀測(cè)的設(shè)備，才能進(jìn)一步提升逆境生理研究的科學(xué)深度，為農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水品種選育與栽培管理提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

是一款土壤根系原位平面多層次圖像監(jiān)測(cè)儀，可獲取土壤、根系側(cè)面剖面圖像，監(jiān)測(cè)土壤中活體根系的生長(zhǎng)狀態(tài)，可獲取高分辨率圖像用于分析根系的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

利用專(zhuān)業(yè)的原位根系分析軟件可快速的分析計(jì)算獲得總根長(zhǎng)、平均直徑、表面積、總投影面積、總體積、根尖數(shù)等根系形態(tài)參數(shù)。

本儀器克服了旋轉(zhuǎn)式根系監(jiān)測(cè)儀的局限性，可以連續(xù)測(cè)量一個(gè)完整平面的根系生長(zhǎng)狀況，對(duì)根系研究更有實(shí)際意義。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

非破壞性原位平面測(cè)量；

可獲取高分辨率彩色圖像；

可獲取根系不同深度的圖像，合成整體根系剖面圖；

可定點(diǎn)、連續(xù)觀測(cè)根系在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)的動(dòng)態(tài)變化；

技術(shù)參數(shù)：

主機(jī)分辨率：4800*9600dpi

獲取圖像速度：8S

傳感器：CCD

光源：LED

單次掃描寬度：216mm

單次掃描深度：297mm

色彩深度：48位

掃描窗口：雙面 280*58*1000mm   280*58*500mm

外置電源：68000mAh

筆記本推薦配置：13代  i5-13420H  15英寸/16G/512G 

【原位根系分析儀用戶(hù)需求深度問(wèn)答】

Q1：我們?cè)谖鞅备珊档貐^(qū)做小麥根系干旱脅迫實(shí)驗(yàn)，設(shè)備在野外風(fēng)沙大、溫差大的環(huán)境下能正常工作嗎？ A1：來(lái)因科技植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 專(zhuān)為野外復(fù)雜環(huán)境設(shè)計(jì)，其探頭具備良好的防護(hù)性能。同時(shí)系統(tǒng)標(biāo)配68000mAh大容量外置電源與便攜終端，無(wú)需依賴(lài)現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)，能夠適應(yīng)干旱地區(qū)野外作業(yè)的溫差與供電局限。

Q2：實(shí)驗(yàn)需要對(duì)不同深度的根系進(jìn)行對(duì)比，設(shè)備支持調(diào)節(jié)掃描深度嗎？ A2：支持。該設(shè)備配備280581000mm與28058500mm雙面掃描窗口，單次掃描深度可達(dá)297mm。研究人員可根據(jù)作物的根系分布深度及實(shí)驗(yàn)需求，靈活選擇觀測(cè)層位，實(shí)現(xiàn)剖面追蹤。

Q3：土壤中根系錯(cuò)綜復(fù)雜，細(xì)根很難識(shí)別，該設(shè)備的分辨率能達(dá)到什么程度？ A3：該植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 采用高規(guī)格CCD傳感器，主機(jī)分辨率高達(dá)4800*9600dpi，色彩深度達(dá)到48位。配合LED光源，能夠清晰捕捉直徑<2mm的細(xì)根分支狀態(tài)。

Q4：做一次原位掃描大概需要多長(zhǎng)時(shí)間？是否會(huì)影響根系的自然生長(zhǎng)？ A4：?jiǎn)未螆D像采集速度僅為8秒。這種快速非破壞性成像不會(huì)對(duì)土壤剖面和根系微環(huán)境造成干擾，最-大程度保證了根系自然生長(zhǎng)狀態(tài)的連續(xù)性。

Q5：我們課題組經(jīng)費(fèi)有限，原位監(jiān)測(cè)設(shè)備價(jià)格與進(jìn)口設(shè)備相比如何？ A5：IN-GXY型號(hào)植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 市場(chǎng)參考價(jià)格在35000元左右。相較于動(dòng)輒十幾萬(wàn)的進(jìn)口同類(lèi)設(shè)備，該設(shè)備在保持核心技術(shù)參數(shù)領(lǐng)-先的同時(shí)，極大降低了采購(gòu)成本，非常適合國(guó)內(nèi)科研院校批量布點(diǎn)應(yīng)用。

Q6：野外采集的大量高清圖像如何處理？設(shè)備自帶的分析軟件能直接計(jì)算出哪些指標(biāo)？ A6：設(shè)備標(biāo)配13代i5處理器便攜終端，可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理圖像。搭配專(zhuān)業(yè)的原位分析軟件，可直接計(jì)算總根長(zhǎng)、平均直徑、表面積、總投影面積、總體積及根尖數(shù)等核心形態(tài)參數(shù)。

Q7：在使用過(guò)程中，如果探頭插入土壤導(dǎo)致剖面擾動(dòng)，數(shù)據(jù)會(huì)有偏差嗎？ A7：該設(shè)備采用平面原位多層次成像技術(shù)，而非傳統(tǒng)的插入式旋轉(zhuǎn)掃描。在預(yù)埋透明導(dǎo)管或清理剖面后，進(jìn)行平面連續(xù)掃描，有效避免了旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的機(jī)械摩擦與圖像拼接畸變，數(shù)據(jù)空間代表性更強(qiáng)。

Q8：我們之前用破壞性洗根法，現(xiàn)在改用原位觀測(cè)，前后數(shù)據(jù)怎么銜接？ A8：建議在過(guò)渡期采用平行實(shí)驗(yàn)。利用植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 獲取時(shí)間序列的形態(tài)動(dòng)態(tài)參數(shù)（如根長(zhǎng)增長(zhǎng)速率），同時(shí)保留部分破壞性取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行生物量絕對(duì)值的校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的平滑過(guò)渡。

Q9：設(shè)備除了根系分析，還能用于其他土壤剖面觀測(cè)嗎？ A9：可以。該設(shè)備的高分辨率彩色成像系統(tǒng)同樣適用于觀察土壤剖面結(jié)構(gòu)、水分分布界面以及土壤動(dòng)物活動(dòng)痕跡等，具備多學(xué)科應(yīng)用潛力。

Q10：關(guān)于品牌售后服務(wù)與技術(shù)支持，廠家能提供哪些保障？ A10：山東來(lái)因光電科技有限公司秉承“質(zhì)量為先、客戶(hù)為本”的理念，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售與服務(wù)為一體。針對(duì)植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ，廠家可提供完-善的技術(shù)培訓(xùn)、軟件升級(jí)與售后維護(hù)支持，確保科研人員無(wú)憂(yōu)開(kāi)展長(zhǎng)期野外實(shí)驗(yàn)。