在與全球變暖和水資源短缺相關(guān)的應(yīng)用生態(tài)生理學(xué)研究中，水果水分狀況在生鮮食品生產(chǎn)中越來越重要。在本工作中，引入果實水分脅迫指數(shù)(fruit water stress index，F(xiàn)WSI)來密切分析果實與氣溫的關(guān)系。采用光探測與測距(LiDAR)傳感器和熱像儀組成的傳感系統(tǒng)對蘋果樹進行了遠程分析。“Gala”)，通過三維點云的方式。對傳感器系統(tǒng)進行幾何定標(biāo)后，在相應(yīng)的三維點云中分配溫度值，重建整個冠層的熱點云。對標(biāo)注的水果點進行分割，得到標(biāo)注的水果點云。果實表面溫度的三維分布(TEst)與人工記錄的參考溫度高度相關(guān)(r²=0.93)。作為方法上的創(chuàng)新，在測試的基礎(chǔ)上，引入了果實水分脅迫指數(shù)(FWSIEst)，與現(xiàn)有的二維熱成像獲得的作物全冠層水分脅迫指數(shù)相比，可能提供更詳細的果實信息。與手工參考數(shù)據(jù)相比，F(xiàn)WSIEst顯示出較低的誤差?？紤]到總共有302個蘋果，F(xiàn)WSIEst在這個季節(jié)增加了。在商業(yè)收獲期對50個蘋果進行額外的日曬測量，每個蘋果每天測量6次(總共600個蘋果)。在氣溫加5℃條件下計算的FWSIEst表現(xiàn)為diel遲滯。這種FWSIEst的日變化和整個果實發(fā)育過程中的變化為果實三維時空分析提供了一種新的生態(tài)生理工具，特別是更高效，捕獲更多樣本，洞察作物管理的具體要求。

圖1  利用激光雷達和熱傳感器分析了DAFB153的冠層三維空間溫度分布。

圖2  (a)原始激光雷達獲得的溫度(TRaw) (n = 302)， (b)線性回歸估計(n = 241) (TEst)和(c)交叉驗證結(jié)果(TVal) (n = 61)的散點圖。所有的測量日期都包括在內(nèi)，并以不同的顏色標(biāo)記。

圖3  水果水分脅迫指數(shù)(FWSI)根據(jù)Jones、Irmak和標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)計算，考慮到校準(zhǔn)的水果表面溫度數(shù)據(jù)(整個數(shù)據(jù)集的80%，n = 241)在左列(a、B、C)和剩余20%的數(shù)據(jù)集用于交叉驗證的結(jié)果(n = 61)在右列(D、E、F)。

圖4  FWSII,Est的箱形圖(a)和標(biāo)準(zhǔn)化FWSI (FWSIN,Est)的箱形圖(b)是根據(jù)水果測試數(shù)據(jù)中測量到的當(dāng)?shù)豰axTfruit和minTfruit計算得出的，考慮到每個測量日期42個蘋果，在開花后的幾天內(nèi)的水果發(fā)育。

圖5  (a)用airT + 5°C (FWSII,Est)計算得出的果面溫度差(ΔΤ)與果實水分脅迫指數(shù)的關(guān)系；(b)對果面溫度數(shù)據(jù)(FWSIN,Est)進行歸一化處理，分析開花后4天(DAFB;67、81、132和166)。

圖6 (a) FWSII,Est和(b) FWSIN,Est在蘋果樹內(nèi)的空間分布。估計FWSI所需的水果溫度通過t注釋點云遠程測量，給出了DAFB153中午左右測量的點云示例。

圖7   在9月21日和22日連續(xù)測定了兩個DAFB152和DAFB153的空氣(Ta)和果面溫度(TEst)的日變化。

圖8  (a)根據(jù)Irmak et al提出的CWSI計算的水汽壓虧缺(VPD)和FWSI的日變化過程;(FWSII,Est)和(b)按標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)(FWSIN,Est)。